церий

характеристики
[ Xe ] 4 f 1 5 d 1 6 s 2 58 CE Периодическая таблица
В целом
Имя , символ , атомный номер	Cer, Ce, 58
Категория элемента	Лантаноиды
Группа , период , блок	Ла , 6 , ф
Посмотрите	серебристо-белый
Количество CAS	7440-45-1
Номер ЕС	231-154-9
ECHA InfoCard	100.028.322
Массовая доля земной оболочки	43 частей на миллион
Атомный
Атомная масса	140.116 (1) и
Радиус атома	185 вечера
Ковалентный радиус	204 вечера
Электронная конфигурация	[ Xe ] 4 f 1 5 d 1 6 s 2
1. Энергия ионизации	5.5386 (4) эВ ≈ 534.39 кДж / моль
2. Энергия ионизации	10.956 (20) эВ ≈ 1 057.09 кДж / моль
3. Энергия ионизации	20-е.1974 год (25) эВ ≈ 1 948.75 кДж / моль
4. Энергия ионизации	36.906 (9) эВ ≈ 3 560.9 кДж / моль
5. Энергия ионизации	65.55 (25) эВ ≈ 6 320 кДж / моль
Физически
Физическое состояние	твердо
Кристальная структура	Кубическая площадь с центром
плотность	6,773 г / см 3 (25 ° C )
Твердость по шкале Мооса	2,5
магнетизм	парамагнитный ( Χ m = 1,4 10 −3 )
Температура плавления	1068 К (795 ° С)
точка кипения	3743 К (3470 ° С)
Молярный объем	20,69 · 10 −6 м 3 · моль −1
Теплота испарения	398 кДж / моль
Теплота плавления	5,5 кДж моль -1
Скорость звука	2100 м с -1 при температуре 293,15 К.
Электрическая проводимость	1,35 · 10 6 А · В −1 · м −1
Теплопроводность	11 Вт · м −1 · K −1
Химически
Состояния окисления	3 , 4
Нормальный потенциал	−2,34 В (Ce 3+ + 3 e - → Ce)
Электроотрицательность	1,12 ( шкала Полинга )
Изотопы
изотоп NH т 1/2 ZA ZE (M эВ ) ZP 134 CE {син.} 3,16 г ε 0,500 134 Ла 135 CE {син.} 17,7 ч ε 2,026 135 Ла 136 CE 0,19% Стабильный 137 Се {син.} 9.0 ч ε 1,222 137 Ла 138 CE 0,25% Стабильный 139 CE {син.} 137,64 г ε 0,581 139 Ла 140 CE 88,48% Стабильный 141 CE {син.} 32,501 д β - 0,581 141 пр 142 CE 11,08% 5 · 10 16 а β - β - 4,505 142 Nd 143 CE {син.} 33,039 ч β - 1,462 143 пр 144 CE {син.} 284 893 дня β - 0,319 144 Пр
Для других изотопов см. Список изотопов
Инструкции по технике безопасности
Маркировка опасности GHS Опасность H- и P-фразы ЧАС: 228 П: 231 + 232-233-280-370 + 378-402 + 404-501
Насколько это возможно и общепринято, используются единицы СИ . Если не указано иное, приведенные данные относятся к стандартным условиям .

Церий ( IPA : [ t͡seːɐ̯ ] listen ^{? / I} ; и церий или церий называется) - химический элемент с символом элемента Ce и атомным номером 58. В периодической таблице он входит в группу лантаноидов и, таким образом, является одним из металлов. редких земель .

история

Церий металлический яркий

Cer был открыт в 1803 году Йенсом Якобом Берцелиусом и Вильгельмом фон Хизингером и одновременно Мартином Генрихом Клапротом . Он был назван в честь карликовой планеты Церера . Карл Густав Мосандер удалось получить элемент в 1825 году путем снижения в хлорид с натрия .

Вхождение

В природе церий встречается вместе с другими лантаноидами в так называемых церитовых землях , таких как алланит (Ca, Ce, La, Y) ₂ (Al, Fe) ₃ (SiO ₄ ) ₃ (OH), в монаците (Ce, La, Th, Nd, Y) PO _4, а также в бастнезите (Ce, La, Y) CO ₃ F. Cer является наиболее распространенным элементом лантаноидов и занимает 28-е место по содержанию элементов. В земной коре ниже до глубины 16 км, согласно расчетам, он составляет 68 г / т и поэтому встречается чаще, чем олово или свинец. Важные месторождения расположены в Скандинавии, США, Конго, Южной Африке и Индии. Всемирно известные запасы церия оцениваются в 40 миллионов тонн. Церий - один из так называемых легких редкоземельных элементов, который в 2014 году BGR оценил как некритичный с точки зрения предложения. Элементарный («твердый») церий не встречается на Земле из-за его высокой реакционной способности. Однако он был обнаружен в микроскопических частицах в лунных породах. Вероятно, это вызвано ударами на Луне.

Добыча и производство

После кропотливого отделения компаньонов церия оксид превращается во фторид церия с фтористым водородом . Затем он восстанавливается до церия с кальцием с образованием фторида кальция . Оставшиеся остатки кальция и примеси отделяются в процессе дополнительного переплава в вакууме. Ежегодное мировое производство составляет около 24 000 тонн.

характеристики

Фазовая диаграмма церия

Физические свойства

Известны четыре модификации церия:

${\ displaystyle \ mathrm {(\ alpha) Cer \ _ {\ overrightarrow {-196 \, ^ {\ circ} \ mathrm {C}}} \ (\ beta) Cer \ _ {\ overrightarrow {-24 \, ^ {\ circ} \ mathrm {C}}} \ (\ gamma) Cer \ _ {\ overrightarrow {726 \, ^ {\ circ} \ mathrm {C}}} \ (\ delta) Cer}}$

Серебристо-белый блестящий металл - второй по активности элемент лантаноидов после европия . При температуре выше 150  ° C он горит с сильным свечением с образованием церия . Он реагирует с водой с образованием гидроксида церия (III) .

Химические свойства

Церий встречается в соединениях в виде трехвалентного бесцветного или четырехвалентного катиона от желтого до оранжевого цвета .

При воздействии тепла на него сильно воздействуют этанол и вода. Он также сильно разрушается в щелочах с образованием гидроксидов церия. В кислотах растворяется в солях.

использовать

Поскольку химические свойства редкоземельных элементов схожи, металлический церий редко используется в чистом виде, но в смеси, в которой он получается при производстве из редкоземельных минералов, так называемого мишметалла .

• В металлургии мишметалл используется в качестве добавки к алюминиевым сплавам и жаропрочным сплавам на основе железа . Он поддерживает разделение серы и кислорода в процессе плавления .
• Металлический сплав Cereisen с добавлением железа служит сырьем для кремня, используемого в зажигалках, а также для создания искр на американских горках и в сценах из фильмов (сцены аварий).

Небольшие примеси (более или менее чистых) соединений церия придают другим материалам определенные свойства:

• Церий (CeO ₂ ) используется для стабилизации керамического носителя катализатора из оксида алюминия для каталитических нейтрализаторов выхлопных газов автомобилей.
• Часть некоторых специальных стекол , например УФ-фильтров и ветровых стекол, а также глушителей при производстве стекла.
• Для окрашивания эмали
• Церия используется как полирующее средство при обработке стекла.
• Флуоресцентные красители ( люминофоры ), легированные церном, в кинескопах и белых светодиодах
• как допинг в накаленных мантии
• Духовки с самоочисткой содержат церийсодержащее покрытие.
• Сульфат церия (IV) как окислитель в количественном анализе ( цериметрии )
• в качестве контрастного вещества в ядерном резонансе
• как флуоресцентное вещество в газоразрядных трубках
• для регенерации сажевых фильтров, растворенных в топливе
• Он предлагается в качестве оксидного катода для целей тестирования как CerHexaBoride.
• в составе бондинговых сплавов, содержащих неблагородные металлы, в стоматологической технике ( керамика )
• в качестве окислителя для органических синтезов с CAN (нитрат церия и аммония), (NH ₄ ) ₂ Ce (NO ₃ ) ₆
• как компонент катализатора для расщепления CO ₂ . Исследовательская группа во главе с доктором Дж. Дорна Эсрафилзаде из Университета RMIT в Мельбурне использует церий в качестве компонента жидкометаллического катализатора для разделения парникового газа CO ₂ на углерод и кислород при комнатной температуре . Каталитически используемый жидкий металлический сплав, состоящий из галлия , индия , олова и церия, служит проводником и электролитом . В химическом процессе трехвалентный катион (Cer ³⁺ ) восстанавливается до металлического церия .

Биологическое значение

В 2013 году у бактерий впервые был обнаружен фермент , для функционирования которого необходимы ионы церия. Бактерии вида Methylacidiphilum fumariolicum были изолированы из бассейнов вулканической грязи в Италии. Церий необходим для образования метанолдегидрогеназы , фермента метаболизма метана . Ион играет роль, которую ионы кальция берут на себя в аналогичных ферментах других бактерий.

Инструкции по технике безопасности

Как и все лантаноиды, церий немного ядовит. Металлический церий может воспламениться от 65 ° C. Как мелкодисперсный металл, он может нагреваться на воздухе, не выделяя энергии, и в конце концов воспламениться. Готовность к возгоранию зависит, помимо прочего. очень сильно зависит от размера зерна и степени распределения. Cerfires нельзя тушить водой, так как образуется газообразный водород .

ссылки

Оксиды

• Оксид церия (III) Ce ₂ O ₃ , блестящее золотое керамическое твердое тело
• Оксид церия (IV) CeO ₂
• Оксид церия (III, IV) Ce ₃ O ₅ , синее керамическое твердое вещество

Галогениды

• Фторид церия (III) CeF ₃
• Фторид церия (IV) CeF ₄
• Хлорид церия (III) CeCl ₃  · 7 H ₂ O, белое, сильно гигроскопичное вещество
• Бромид церия (III) CeBr ₃
• Иодид церия (III) CeI ₃

Другие соединения

• Сульфат церия (III) Ce ₂ (SO ₄ ) ₃  · 8 H ₂ O, бесцветное вещество
• Сульфат церия (IV) Ce (SO ₄ ) ₂ , желтое вещество
• Нитрат церия (III) Ce (NO ₃ ) ₃  · 6 H ₂ O
• Оксалат церия (III) Ce ₂ (C ₂ O ₄ ) ₃  · 10 H ₂ O
• Аммоний-церия (IV) нитрат (CAN) (NH ₄ ) ₂ Ce (NO ₃ ) ₆ , оранжево-красный
• Сульфат церия (IV) аммония (NH ₄ ) ₄ Ce (SO ₄ ) ₄ · H ₂ O
• Перхлорат церия (IV) Ce (ClO ₄ ) ₄
• Ce вольфрамат Ce ₂ (WO ₄ ) ₃

• 

  Хлорид церия (III)

• 

  Сульфат церия (IV)

• 

  Аммоний-церия (IV) нитрат

веб ссылки

Викисловарь: Cer  - объяснение значений, происхождение слов, синонимы, переводы

• Вход в церий. В: Römpp Online . Георг Тиме Верлаг, по состоянию на 3 января 2015 г.

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Гарри Х. Биндер: Словарь химических элементов. С. Хирцель Верлаг, Штутгарт 1999, ISBN 3-7776-0736-3 .
2. ↑ Значения атомных и физических свойств (информационное окно) (если не указано иное) взяты с сайта www.webelements.com (Cer) .
3. ↑ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013 .
4. ↑ ^{б с д е} входа на церий в Kramida, A., Ральченко, Ю., Reader, J. и NIST ASD Team (2019):. NIST Атомные спектры базы данных (версия 5.7.1.) . Издание: НИСТ , Гейтерсбург, Мэриленд. DOI : 10.18434 / T4W30F ( https://physics.nist.gov/asd ).  Проверено 11 июня 2020 года.
5. ↑ ^{б с д е} запись на церий в WebElements, https://www.webelements.com , доступ на 11 июня 2020 года.
6. ^ Н. Н. Гринвуд, А. Эрншоу: Химия элементов. 1-е издание. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9 , стр. 1579.
7. ↑ Роберт К. Вист (Ред.): Справочник CRC по химии и физике . CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9 , стр. E-129 - E-145. Значения здесь основаны на г / моль и даны в единицах cgs. Указанное здесь значение - это рассчитанное на его основе значение в системе СИ без единицы измерения.
8. ↑ ^{a b} Иминь Чжан, Джулиан Р.Г. Эванс, Шоуфэн Ян: Скорректированные значения точек кипения и энтальпий испарения элементов в справочниках. В: Journal of Chemical & Engineering Data . 56, 2011, стр. 328-337, DOI : 10.1021 / je1011086 .
9. ↑ ^б запись на церий, стружка в базе данных GESTIS субстанцию на выставке IFA , доступ к 2 апреля 2018 года. (Требуется JavaScript)
10. ↑ Доктор. Стефан Кляйнер, д-р. Ральф Кнёбль, проф. Макс Мангольд (†) и др. в сотрудничестве с редакцией Duden : словарь произношения Duden . 7-е издание. Лента 6 . Dudenverlag, Берлин 2015, ISBN 978-3-411-04067-4 , стр. 268 . 
11. ↑ адаптировано из: Ева-Мария Крех, Эберхард Шток, Урсула Хиршфельд, Лутц Кристиан Андерс и др.: Словарь немецкого произношения . 1-е издание. Вальтер де Грюйтер, Берлин, Нью-Йорк 2009, ISBN 978-3-11-018202-6 , стр. 406 . 
12. ↑ Федеральный институт геонаук и сырья: Текущее исследование BGR: Доля Китая в мировом производстве редкоземельных элементов только медленно падает. 12 марта 2014 г.
13. ↑ https://rruff.info/uploads/DES382_83.pdf
14. ↑ MMTA: Незначительные металлы в периодической таблице: Ce .
15. Перейти ↑ Harry H. Binder: Lexicon of chemical elements , S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3 , p. 145.
16. ↑ https://www.sindlhauser.de/lab6-keramik-und-kathoden.html
17. ↑ Арне Гравемейер: CO2 в уголь при комнатной температуре ; heise онлайн, 8 марта 2019 г. - https://www.heise.de/newsticker/meldung/CO2-wird-zu-Kohle-bei-Raum Temperatur-4329963.html
18. ↑ Роберт Ф. Сервис: Новый способ превратить углекислый газ в уголь Может «перемотать время выбросов» . В: Наука , 27 февраля 2019 г. doi : 10.1126 / science.aax1527
19. ↑ Эсрафилзаде и др.: Восстановление CO2 при комнатной температуре до твердых частиц углерода на жидких металлах с атомарно тонкими границами раздела диоксида церия . В: Nature Communications 10, 865 (2019).
20. ↑ Арьян Пол, Томас Р.М. Барендс и др.: Редкоземельные металлы необходимы для метанотрофной жизни в вулканических грязевых котлах. В кн . : Экологическая микробиология. 2013, стр. Н / д - н / д, DOI: 10.1111 / 1462-2920.12249 .