Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с цезием или кюрием .

Церий,  58 Ce
Cerium2.jpg
Церий
Произношение/ С ɪər я ə м / ( ПРОВИДЕЦ -ее-əm )
Внешностьсеребристо-белый
Стандартный атомный вес A r, std (Ce) 140.116 (1) [1]
Церий в периодической таблице
ВодородГелий
ЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеон
НатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргон
КалийКальцийСкандийТитанаВанадийХромМарганецУтюгКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптон
РубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийБанкаСурьмаТеллурЙодКсенон
ЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоМеркурий (элемент)ТаллийВестиВисмутПолонийАстатинРадон
ФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклиумКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБориумКалийМейтнерийДармштадтиумРентгенийКопернициумNihoniumФлеровийМосковиумЛиверморийTennessineОганессон
-
↑
Ce
↓
Th
лантан ← церий → празеодим
Атомный номер ( Z )58
Группагруппа н / д
Периодпериод 6
Блокировать  f-блок
Электронная конфигурация[ Xe ] 4f 1 5d 1 6s 2 [2]
Электронов на оболочку2, 8, 18, 19, 9, 2
Физические свойства
Фаза на  СТПтвердый
Температура плавления1068  К (795 ° С, 1463 ° F)
Точка кипения3716 К (3443 ° С, 6229 ° F)
Плотность (около  rt )6,770 г / см 3
в жидком состоянии (при  т. пл. )6,55 г / см 3
Теплота плавления5,46  кДж / моль
Теплота испарения398 кДж / моль
Молярная теплоемкость26,94 Дж / (моль · К)
Давление газа
P  (Па)1101001 к10 тыс.100 тыс.
при  T  (K)1992 г.21942442275431593705
Атомные свойства
Состояния окисления+1, +2, +3 , +4 (умеренно основной оксид)
ЭлектроотрицательностьШкала Полинга: 1,12
Энергии ионизации
  • 1-я: 534,4 кДж / моль
  • 2-я: 1050 кДж / моль
  • 3-я: 1949 кДж / моль
  • ( больше )
Радиус атомаэмпирический: 181,8  пм
Ковалентный радиус204 ± 9 часов вечера
Спектральные линии церия
Другие свойства
Естественное явлениеизначальный
Кристальная структурадвойной гексагональной плотной упаковкой (DHCP)

β-Ce
Кристальная структурагранецентрированной кубической (ГЦК)

γ-Ce
Скорость звука тонкого стержня2100 м / с (при 20 ° C)
Тепловое расширениеγ, поли: 6,3 мкм / (м · К) (при  комнатной температуре )
Теплопроводность11,3 Вт / (м · К)
Удельное электрическое сопротивлениеβ, поли: 828 нОм · м (при  комнатной температуре )
Магнитный заказпарамагнитный [3]
Магнитная восприимчивость(β) + 2450,0 · 10 -6  см 3 / моль (293 K) [4]
Модуль для младшихγ-форма: 33,6 ГПа
Модуль сдвигаγ-форма: 13,5 ГПа
Объемный модульγ форма: 21,5 ГПа
коэффициент Пуассонаγ форма: 0,24
Твердость по Моосу2,5
Твердость по Виккерсу210–470 МПа
Твердость по Бринеллю186–412 МПа
Количество CAS7440-45-1
История
Именованиев честь карликовой планеты Церера , названной в честь римского божества земледелия Церера
ОткрытиеМартин Генрих Клапрот , Йенс Якоб Берцелиус , Вильгельм Хизингер (1803)
Первая изоляцияКарл Густав Мосандер (1838)
Основные изотопы церия
ИзотопИзбытокПериод полураспада ( t 1/2 )Режим распадаТовар
134 CEсин3,16 гε134 Ла
136 CE0,186%стабильный
138 CE0,251%стабильный
139 CEсин137,640 гε139 Ла
140 CE88,449%стабильный
141 CEсин32,501 дβ -141 пр
142 CE11,114%стабильный
143 CEсин33,039 чβ -143 пр
144 CEсин284,893 дβ -144 Пр
Категория Категория: Церий
  • Посмотреть
  • разговаривать
  • редактировать
| Рекомендации

Церий - это химический элемент с символом Се и атомным номером 58. Церий - мягкий , пластичный и серебристо-белый металл, который тускнеет под воздействием воздуха и достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать стальным кухонным ножом. Церий является вторым элементом в ряду лантанидов , и, хотя он часто показывает степень окисления +3, характерную для этого ряда, он также имеет стабильное состояние +4, которое не окисляет воду. Он также считается одним из редкоземельных элементов . Церий не играет биологической роли в организме человека и не очень токсичен.

Несмотря на то , что церий всегда встречается в сочетании с другими редкоземельными элементами в минералах, таких как группы монацита и бастнезита , церий легко извлекается из его руд, поскольку его можно выделить среди лантаноидов по его уникальной способности окисляться до +4 состояние. Это самый распространенный из лантаноидов, за которым следуют неодим , лантан и празеодим . Это 26-й элемент по распространенности , составляющий 66  частей на миллион в земной коре, что вдвое меньше хлора и в пять раз больше, чем свинца .

Церий был первым из лантаноидов, обнаруженных в Бастнесе , Швеция, Йенсом Якобом Берцелиусом и Вильгельмом Хизингером в 1803 году и независимо Мартином Генрихом Клапротом в Германии в том же году. В 1839 году Карл Густав Мосандер стал первым, кто выделил металл. Сегодня церий и его соединения имеют множество применений: например, оксид церия (IV) используется для полировки стекла и является важной частью каталитических нейтрализаторов . Металлический церий используется в ферроцериевых зажигалках из-за его пирофорных свойств. Люминофор YAG, легированный церием, используется в сочетании с синимсветодиоды для получения белого света в большинстве коммерческих источников белого светодиодного света.

Характеристики [ править ]

Физический [ править ]

Церий - второй элемент ряда лантанидов . В периодической таблице он появляется между лантаноидами лантана слева и празеодимом справа и над актинидом тория . Это пластичный металл с твердостью, подобной серебру . [5] Его 58 электронов расположены в конфигурации [Xe] 4f 1 5d 1 6s 2 , из которых четыре внешних электрона являются валентными электронами . [6]Уровни энергии 4f, 5d и 6s очень близки друг к другу, и перенос одного электрона на 5d-оболочку происходит из-за сильного межэлектронного отталкивания в компактной 4f-оболочке. Этот эффект подавляется, когда атом положительно ионизируется; таким образом, Ce 2+ сам по себе имеет вместо этого обычную конфигурацию [Xe] 4f 2 , хотя в некоторых твердых растворах это может быть [Xe] 4f 1 5d 1 . [7] Большинство лантаноидов могут использовать только три электрона в качестве валентных электронов, поскольку впоследствии оставшиеся 4f-электроны слишком сильно связаны: церий является исключением из-за стабильности пустой f-оболочки в Ce 4+.и тот факт, что это происходит очень рано в ряду лантаноидов, где ядерный заряд все еще достаточно низок до появления неодима, чтобы позволить химическим путем удалить четвертый валентный электрон. [8]

Фазовая диаграмма церия

Известно, что четыре аллотропные формы церия существуют при стандартном давлении и имеют общие обозначения от α до δ: [9]

  • Высокотемпературная форма, δ-церий, имеет кристаллическую структуру ОЦК (объемно -центрированную кубическую ) и существует при температуре выше 726 ° C.
  • Стабильной формой при температурах ниже 726 ° C и примерно до комнатной температуры является γ-церий с кристаллической структурой ГЦК ( гранецентрированной кубической ).
  • DHCP (двойной гексагональный плотноупакованный ) форма β-церия представляет собой равновесную структуру приблизительно от комнатной температуры до -150 ° C.
  • ГЦК-форма α-церия стабильна при температуре ниже -150 ° C; он имеет плотность 8,16 г / см 3 .
  • Остальные твердые фазы, встречающиеся только при высоких давлениях, показаны на фазовой диаграмме.
  • Обе формы γ и β довольно стабильны при комнатной температуре, хотя температура равновесного превращения оценивается примерно в 75 ° C. [9]

Церий имеет изменчивую электронную структуру . Энергия 4f-электрона почти такая же, как у внешних 5d- и 6s-электронов, которые делокализованы в металлическом состоянии, и для изменения относительной заселенности этих электронных уровней требуется лишь небольшое количество энергии. Это приводит к возникновению состояний с двойной валентностью. Например, изменение объема примерно на 10% происходит, когда церий подвергается воздействию высокого давления или низких температур. Похоже, что валентность изменяется от примерно 3 до 4 при охлаждении или сжатии. [10]

При более низких температурах поведение церия осложняется медленными скоростями превращения. Температуры трансформации подвержены значительному гистерезису, и указанные здесь значения являются приблизительными. При охлаждении ниже -15 ° C γ-церий начинает превращаться в β-церий, но превращение включает увеличение объема, и по мере образования большего количества β внутренние напряжения нарастают и подавляют дальнейшее превращение. [9] При охлаждении ниже -160 ° C начнется образование α-церия, но только из оставшегося γ-церия. β-церий существенно не превращается в α-церий, за исключением наличия напряжения или деформации. [9] При атмосферном давлении жидкий церий более плотный, чем его твердая форма при температуре плавления. [5] [11] [12]

Изотопы [ править ]

Основная статья: Изотопы церия

Встречающийся в природе церий состоит из четырех изотопов: 136 Ce (0,19%), 138 Ce (0,25%), 140 Ce (88,4%) и 142 Ce (11,1%). Все четыре стабильны по наблюдениям , хотя теоретически ожидается , что легкие изотопы 136 Ce и 138 Ce претерпят обратный двойной бета-распад до изотопов бария , а самый тяжелый изотоп 142 Ce, как ожидается, подвергнется двойному бета-распаду до 142 Nd или альфа-распаду до 138 Ба. Кроме того, 140 Ce будет выделять энергию при спонтанном делении.. Ни один из этих режимов распада еще не наблюдался, хотя экспериментально искали двойной бета-распад 136 Ce, 138 Ce и 142 Ce. Текущие экспериментальные пределы их периода полураспада: [13]

136 С:> 3,8 × 10 16 лет
138 С:> 5,7 × 10 16 лет
142 С:> 5,0 × 10 16 лет

Все остальные изотопы церия синтетические и радиоактивные . Наиболее стабильными из них являются 144 Ce с периодом полураспада 284,9 дня, 139 Ce с периодом полураспада 137,6 дня и 141 Ce с периодом полураспада 32,5 дня. Все другие радиоактивные изотопы церия имеют период полураспада менее четырех суток, а у большинства из них период полураспада менее десяти минут. [13] Изотопы между 140 Ce и 144 Ce ИНКЛЮЗИВНЫМ происходить как продукты деления из урана . [13] Первичная мода распада изотопов легче 140 Ce - это обратный бета-распад илизахват электронов в изотопы лантана , в то время как у более тяжелых изотопов происходит бета-распад на изотопы празеодима . [13]

Редкость богатых протонами 136 Се и 138 Се объясняется тем, что они не могут быть получены в наиболее распространенных процессах звездного нуклеосинтеза элементов, помимо железа, в s-процессе (медленный захват нейтронов ) и r-процессе ( быстрый захват нейтронов). Это так, потому что они обходятся реакционным потоком s-процесса, а нуклиды r-процесса блокируются от распада на них более богатыми нейтронами стабильными нуклидами. Такие ядра называются р-ядрами , и их происхождение еще не совсем понятно: некоторые предполагаемые механизмы их образования включают захват протонов, а также фотораспад .[14] 140 Ce является наиболее распространенным изотопом церия, так как он может быть получен как в s-, так и в r-процессах, в то время как 142 Ce может быть получен только в r-процессе. Другая причина обилия 140 Ce заключается в том, что это магическое ядро с закрытой нейтронной оболочкой (в нем 82 нейтрона), и, следовательно, оно имеет очень низкое сечение для дальнейшего захвата нейтронов. Хотя его протонное число 58 не является магическим, ему дается дополнительная стабильность, поскольку его восемь дополнительных протонов после магического числа 50 входят и завершаютпротонную орбиталь1g 7/2 . [14] Содержание изотопов церия может очень незначительно отличаться в природных источниках, потому что 138Ce и 140 Ce - дочери долгоживущих первичных радионуклидов 138 La и 144 Nd соответственно. [13]

Химия [ править ]

Церия тускнеет в воздухе, образуя откола слой оксида , как железо ржавчины; образец металлического церия размером сантиметр полностью корродирует примерно за год. [15] Он легко горит при 150 ° C с образованием бледно-желтого оксида церия (IV) , также известного как церий: [16]

Ce + O 2 → CeO 2

Это может быть восстановлено до оксида церия (III) газообразным водородом. [17] Металлический церий очень пирофорен , а это означает, что при шлифовании или царапании образовавшаяся стружка загорается. [18] Эта реакционная способность соответствует периодическим тенденциям , поскольку церий является одним из первых и, следовательно, одним из крупнейших (по атомному радиусу ) лантаноидов. [19] Оксид церия (IV) имеет структуру флюорита , как и диоксиды празеодима и тербия . Известны также многие нестехиометрические халькогениды , наряду с трехвалентным Ce 2 Z 3 (Z =S , Se , Te ). Монохалькогениды CeZ проводят электричество, и их лучше сформулировать как Ce 3+ Z 2− e - . Хотя CeZ 2 известны, они являются полихалькогенидами с церием (III): халькогениды церия (IV) остаются неизвестными. [17]

Оксид церия (IV)

Церий - металл с высокой электроположительностью и реагирует с водой. Реакция протекает медленно с холодной водой, но ускоряется с повышением температуры с образованием гидроксида церия (III) и газообразного водорода: [16]

2 Ce (тв) + 6 H 2 O (л) → 2 Ce (OH) 3 (водн.) + 3 H 2 (г)

Металлический церий реагирует со всеми галогенами с образованием тригалогенидов: [16]

2 Ce (s) + 3 F 2 (g) → 2 CeF 3 (s) [белый]
2 Ce ( тв. ) + 3 Cl 2 (г) → 2 CeCl 3 ( тв ) [белый]
2 Ce (s) + 3 Br 2 (г) → 2 CeBr 3 (s) [белый]
2 CeI + 3 I 2 (г) → 2 CeI 3 (s) [желтый]

Реакция с избытком фтора дает стабильный белый тетрафторид CeF 4 ; другие тетрагалогениды неизвестны. Из дигалогенидов известен только дийодид бронзы CeI 2 ; как дииодиды лантана, празеодима и гадолиния , это соединение электрида церия (III) . [20] Истинные соединения церия (II) ограничены несколькими необычными церийорганическими комплексами. [21] [22]

Церий легко растворяется в разбавленной серной кислоте с образованием растворов, содержащих бесцветные ионы Ce 3+ , которые существуют как [Ce (H
2O)
9]3+
комплексы: [16]

2 Ce (тв.) + 3 H 2 SO 4 (водн.) → 2 Ce 3+ (водн.) + 3 SO2-
4(водн.) + 3 H 2 (г)

Растворимость церия в метансульфоновой кислоте намного выше . [23] Церий (III) и тербий (III) имеют полосы поглощения ультрафиолета относительно высокой интенсивности по сравнению с другими лантаноидами, поскольку их конфигурации (на один электрон больше, чем пустая или наполовину заполненная f-подоболочка соответственно) облегчают лишний f-электрон для осуществления f → d-переходов вместо запрещенных f → f-переходов других лантаноидов. [24] Сульфат церия (III) - одна из немногих солей, растворимость которых в воде уменьшается с повышением температуры. [25]

Аммиачная селитра церия

Водные растворы церия (IV) могут быть приготовлены путем взаимодействия растворов церия (III) с сильными окислителями пероксодисульфатом или висмутатом . Значение Х ⦵ (Се 4+ / Ce 3+ ) колеблется в широких пределах в зависимости от условий из - за относительную простоту комплексообразования и гидролиза с различными анионами, хотя 1,72 V представляет собой , как правило , репрезентативное значение; что для Е ⦵ (Се 3+ / С) является -2,34 В. Церий является единственным лантанидом , который имеет важную водную и координационную химию в состоянии окисления +4. [26] [27] Из -за переноса заряда от лиганда к металлу водные ионы церия (IV) имеют оранжево-желтый цвет.[28] Водный церий (IV) является метастабильным в воде [29] [27] и является сильным окислителем, который окисляет соляную кислоту с образованием газообразного хлора . [26] Например, нитрат церия-аммония является распространенным окислителем в органической химии , высвобождая органические лиганды из карбонилов металлов . [30] В реакции Белоусова-Жаботинского церий колеблется между состояниями окисления +4 и +3, чтобы катализировать реакцию. [31] Соли церия (IV), особенно сульфат церия (IV) , часто используются в качестве стандартных реагентов для объемного анализа.в цериметрическом титровании . [32]

Нитратный комплекс [Ce (NO
3)
6]2−
является наиболее распространенным комплексом церия, встречающимся при использовании церия (IV), является окислителем: он и его аналог церия (III) [Ce (NO
3)
6]3−
имеют 12-координатную икосаэдрическую молекулярную геометрию, а [Ce (NO
3)
6]2−
 имеет 10-координатную двояковыпуклую додекадельтаэдрическую молекулярную геометрию. Нитраты церия также образуют комплексы 4: 3 и 1: 1 с 18-краун-6 (отношение, относящееся к соотношению между церием и краун-эфиром ). Галогенсодержащие комплексные ионы, такие как CeF4-
8, CeF2-
6, а оранжевый CeCl2-
6также известны. [26] Церорганический химический состав аналогичен химическому составу других лантаноидов , в основном это циклопентадиенильные и циклооктатетраенильные соединения. Церий (III) циклооктатетраенильное соединение имеет ураноценовую структуру. [33]

Церий (IV) [ править ]

Несмотря на общее название соединений церия (IV), японский спектроскопист Акио Котани написал, что «подлинного примера церия (IV) не существует». Причину этого можно увидеть в структуре самого церия, который всегда содержит несколько октаэдрических вакансий, в которых, как ожидается, будут находиться атомы кислорода, и его можно было бы лучше рассматривать как нестехиометрическое соединение с химической формулой CeO 2− x . Кроме того, каждый атом церия в оксиде церия не теряет все четыре своих валентных электрона, но частично сохраняет последний, что приводит к степени окисления от +3 до +4. [34] [35] Даже предположительно чисто четырехвалентные соединения, такие как CeRh 3 , CeCo 5, или сам церий имеет спектры рентгеновской фотоэмиссии и рентгеновского поглощения, более характерные для соединений с промежуточной валентностью. [36] 4f электрон в цероцене , Ce (C
8ЧАС
8)
2, неоднозначно балансирует между локализацией и делокализацией, и это соединение также считается промежуточно-валентным. [35]

История [ править ]

Карликовая планета Церера , в честь которой назван церий

Церий был открыт в Бастнесе в Швеции Йенсом Якобом Берцелиусом и Вильгельмом Хизингером и независимо в Германии Мартином Генрихом Клапротом , оба в 1803 году. [37] Церий был назван Берцелиусом в честь карликовой планеты Церера , открытой двумя годами ранее. [37] [38] Сама карликовая планета названа в честь римской богини земледелия, зерновых культур, плодородия и материнских отношений, Цереры . [37]

Первоначально церий был изолирован в виде его оксида, который получил название церий - термин, который используется до сих пор. Сам металл был слишком электроположительным, чтобы его можно было изолировать с помощью современной технологии плавки, что характерно для редкоземельных металлов в целом. После развития электрохимии по Хэмфри Дэви через пять лет, земли вскоре дали металлы содержащихся в них. Церий, выделенный в 1803 г., содержал все лантаноиды, присутствующие в церитовой руде из Бастнеса, Швеция, и, таким образом, содержал только около 45% того, что сейчас известно как чистый церий. Только когда Карлу Густаву Мосандеру удалось удалить лантану и «дидимию».в конце 1830-х годов этот церий был получен в чистом виде. Вильгельм Хисингер был богатым владельцем шахты и ученым-любителем, спонсором Берцелиуса. Он владел и контролировал рудник в Бастнесе и в течение многих лет пытался выяснить состав обильной тяжелой пустой породы («Вольфрам Бастнеса», которая, несмотря на свое название, не содержала вольфрама ), теперь известной как церит, которую он был в его шахте. [38] Мосандер и его семья много лет жили в том же доме, что и Берцелиус, и Берцелиус, несомненно, убедил Мосандра продолжить исследование церия. [39] [40] [41] [42]

Возникновение и производство [ править ]

Церий - самый распространенный из всех лантаноидов, составляющий 66  частей на миллион земной коры; это значение чуть ниже, чем у меди (68 частей на миллион), а церия даже больше, чем обычных металлов, таких как свинец (13 частей на миллион) и олово (2,1 частей на миллион). Таким образом, несмотря на свое положение как одного из так называемых редкоземельных металлов , церий на самом деле вовсе не редкость. [43] Содержание церия в почве колеблется от 2 до 150 частей на миллион, в среднем 50 частей на миллион; морская вода содержит 1,5 части на триллион церия. [38] Церий встречается в различных минералах, но наиболее важными коммерческими источниками являются минералы монацит и бастнезит.группы, где он составляет около половины содержания лантаноидов. Монацит- (Ce) является наиболее распространенным представителем монацитов, причем «-Ce» является суффиксом Левинсона, информирующим о доминировании конкретного представителя элемента РЗЭ. [44] [45] [46] Также бастнезит с преобладанием церия (Ce) является наиболее важным из бастнэзитов. [47] [44] Церий - лантаноид, который легче всего извлечь из минералов, потому что он единственный, который может достичь стабильной степени окисления +4 в водном растворе. [48] Из-за пониженной растворимости церия в степени окисления +4 церий иногда обедняется из горных пород по сравнению с другими редкоземельными элементами и включается в циркон , поскольку Ce4+ и Zr 4+ имеют одинаковый заряд и одинаковые ионные радиусы. [49] В крайних случаях церий (IV) может образовывать собственные минералы, отделенные от других редкоземельных элементов, таких как церианит (правильно названный церианит- (Ce) [50] [46] [44] ), (Ce, Th) O
2. [51] [52] [53]

Кристаллическая структура бастнезита- (Ce). Цветовой код: карбон, C, серо-голубой; фтор, F, зеленый; церий, Ce, белый; кислород, О, красный.

В бастнезите, Ln III CO 3 F, обычно не хватает тория и тяжелых лантаноидов, помимо самария и европия , и, следовательно, извлечение церия из него является довольно прямым. Сначала бастнезит очищается с помощью разбавленной соляной кислоты для удаления примесей карбоната кальция . Затем руда обжигается на воздухе, чтобы окислить ее до оксидов лантаноидов: в то время как большая часть лантаноидов будет окисляться до полуторных оксидов Ln 2 O 3 , церий будет окисляться до диоксида CeO 2 . Он нерастворим в воде и может быть выщелочен 0,5 М соляной кислотой, оставляя позади другие лантаноиды.[48]

Процедура для монацита, (Ln, Th) PO
4, который обычно содержит все редкоземельные элементы, а также торий. Монацит из-за его магнитных свойств может быть разделен многократным электромагнитным разделением. После разделения его обрабатывают горячей концентрированной серной кислотой для получения водорастворимых сульфатов редкоземельных элементов. Кислые фильтраты частично нейтрализуют гидроксидом натрия до pH 3–4. Торий выпадает из раствора в виде гидроксида и удаляется. После этого раствор обрабатывают оксалатом аммония, чтобы преобразовать редкоземельные элементы в их нерастворимые оксалаты . Оксалаты превращаются в оксиды при отжиге. Оксиды растворяются в азотной кислоте, но оксид церия не растворяется в HNO 3 и, следовательно, выпадает в осадок. [12]Следует соблюдать осторожность при обращении с некоторыми остатками, поскольку они содержат 228 Ra , дочерний элемент 232 Th, который является сильным гамма-излучателем. [48]

Приложения [ править ]

Карл Ауэр фон Вельсбах, открывший множество применений церия

Первое применение церия было в газовых оболочках , изобретенных австрийским химиком Карлом Ауэром фон Вельсбахом . В 1885 году он ранее экспериментировал со смесями оксидов магния , лантана и иттрия, но они давали зеленый оттенок и безуспешно. [54] Шесть лет спустя он обнаружил, что чистый оксид тория дает гораздо лучший, хотя и голубой, свет, и что его смешивание с диоксидом церия дает яркий белый свет. [55]Кроме того, диоксид церия также действует как катализатор горения оксида тория. Это привело к большому коммерческому успеху фон Вельсбаха и его изобретения и создало большой спрос на торий; его производство привело к одновременному извлечению большого количества лантаноидов в качестве побочных продуктов. [56] Вскоре они нашли применение, особенно в пирофорном сплаве, известном как « мишметалл », состоящем из 50% церия, 25% лантана, а остальное - других лантаноидов, которые широко используются для более легких кремней. [56] Обычно железо также добавляют для образования сплава, известного как ферроцерий , также изобретенного фон Вельсбахом. [57]Из-за химического сходства лантаноидов химическое разделение обычно не требуется для их применений, таких как смешивание мишметалла со сталью для повышения ее прочности и обрабатываемости, или в качестве катализаторов крекинга нефти. [48] Это свойство церия спасло жизнь писателю Примо Леви в концентрационном лагере Освенцим , когда он нашел запас ферроцериевого сплава и обменял его на еду. [58]

Церий - наиболее широко используемое соединение церия. Основное применение оксида церия - это полировальный состав, например, при химико-механической планаризации (CMP). В этом приложении оксид церия заменил оксиды других металлов для производства высококачественных оптических поверхностей. [57] Основное автомобильное применение низшего полуторного оксида - это каталитический нейтрализатор для окисления выбросов CO и NO x в выхлопных газах автомобилей. [59] [60] Церия также использовалась в качестве заменителя его радиоактивного родственного соединения. торий , например, при производстве электродов, используемых при дуговой сварке вольфрамовым электродом, где оксид церия в качестве легирующего элемента улучшает стабильность дуги и легкость зажигания, одновременно уменьшая выгорание. [61] Сульфат церия (IV) используется в качестве окислителя при количественном анализе. Церий (IV) в растворах метансульфоновой кислоты применяется в электросинтезе в промышленных масштабах как перерабатываемый окислитель. [62] Нитрат цериевого аммония используется в качестве окислителя в органической химии и травлении электронных компонентов, а также в качестве основного стандарта для количественного анализа. [5] [63]

Фотостабильность пигментов можно повысить добавлением церия. Он придает пигментам светостойкость и предотвращает потемнение прозрачных полимеров на солнце. Телевизионные стеклянные пластины подвергаются бомбардировке электронами, которая имеет тенденцию затемнять их из-за создания центров окраски F- центров. Этот эффект подавляется добавлением оксида церия. Церий также является важным компонентом люминофоров, используемых в экранах телевизоров и люминесцентных лампах. [64] [65] Сульфид церия образует красный пигмент, который остается стабильным до 350 ° C. Пигмент является нетоксичной альтернативой пигментам на основе сульфида кадмия . [38]

Церий используется в качестве легирующего элемента в алюминии для создания литейных эвтектических сплавов, сплавов Al-Ce с 6–16 мас.% Ce, к которым можно дополнительно добавлять Mg и / или Si; эти сплавы обладают отличной жаропрочностью. [66]

Биологическая роль и меры предосторожности [ править ]

Церий
Опасности
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHSОпасность
Формулировки опасности GHS
H228 , H302 , H312 , H332 , H315 , H319 , H335
Меры предосторожности GHS
P210 , P261 , P280 , P301 , P312 , P330 , P305 , P351 , P338 , P370 , P378 [67]
NFPA 704 (огненный алмаз)
2
0
0

Церий не играет известной биологической роли в организме человека, но он также не очень токсичен; он не накапливается в пищевой цепи в сколько-нибудь заметной степени. Поскольку он часто встречается вместе с кальцием в фосфатных минералах, а кости в основном состоят из фосфата кальция , церий может накапливаться в костях в небольших количествах, которые не считаются опасными. Церий, как и другие лантаноиды, влияет на метаболизм человека, снижает уровень холестерина, артериальное давление, аппетит и риск свертывания крови. [ необходима цитата ]

Нитрат церия является эффективным местным антимикробным для лечения ожогов третьей степени , [38] [68] , хотя большие дозы могут привести к отравлению и церием метгемоглобинемии . [69] Ранние лантаноиды действуют как важные кофакторы метанолдегидрогеназы метанотрофной бактерии Methylacidiphilum fumariolicum SolV, для которой лантан, церий, празеодим и неодим по отдельности примерно одинаково эффективны. [70]

Как и все редкоземельные металлы, церий имеет токсичность от низкой до умеренной. Сильный восстановитель, самовоспламеняется на воздухе при температуре от 65 до 80 ° C. Пары цериевых пожаров ядовиты. Не следует использовать воду для тушения возгорания церия, поскольку церий реагирует с водой с образованием газообразного водорода. Рабочие, подвергшиеся воздействию церия, испытывают зуд, чувствительность к теплу и кожные поражения. Церий не токсичен при употреблении в пищу, но животные, которым вводили большие дозы церия, умерли из-за сердечно-сосудистого коллапса. [38] Церий более опасен для водных организмов из-за того, что он повреждает клеточные мембраны, но это не важный риск, поскольку он не очень хорошо растворяется в воде. [38]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Мейджа, Юрис; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91. DOI : 10,1515 / пак-2015-0305 .
  2. ^ Основные уровни и энергии ионизации для нейтральных атомов , NIST
  3. ^ Лиде, DR, изд. (2005). «Магнитная восприимчивость элементов и неорганических соединений». CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN  0-8493-0486-5.
  4. ^ Weast, Роберт (1984). CRC, Справочник по химии и физике . Бока-Ратон, Флорида: Издательство Chemical Rubber Company. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
  5. ^ a b c Lide, DR, ed. (2005). Справочник CRC по химии и физике (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  6. ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1232-5
  7. ↑ Йоргенсен, Кристиан (1973). «Слабая связь между электронной конфигурацией и химическим поведением тяжелых элементов (трансуранов)». Angewandte Chemie International Edition . 12 (1): 12–19. DOI : 10.1002 / anie.197300121 .
  8. ^ Холлеман, Арнольд Фредерик; Виберг, Эгон (2001), Виберг, Нильс (ред.), Неорганическая химия , перевод Иглесона, Мэри; Брюэр, Уильям, Сан-Диего / Берлин: Academic Press / De Gruyter, стр. 1703–5, ISBN 0-12-352651-5
  9. ^ a b c d Коскимаки, округ Колумбия; Gschneidner, KA; Панусис, Н.Т. (1974). «Подготовка однофазных образцов церия β и α для низкотемпературных измерений». Журнал роста кристаллов . 22 (3): 225–229. Bibcode : 1974JCrGr..22..225K . DOI : 10.1016 / 0022-0248 (74) 90098-0 .
  10. ↑ Johansson, Börje; Ло, Вэй; Ли, Са; Ахуджа, Раджив (17 сентября 2014 г.). «Церий; кристаллическая структура и положение в периодической таблице» . Научные отчеты . 4 : 6398. Bibcode : 2014NatSR ... 4E6398J . DOI : 10.1038 / srep06398 . PMC 4165975 . PMID 25227991 .  
  11. ^ Стассис, C .; Gould, T .; McMasters, O .; Gschneidner, K .; Никлоу, Р. (1979). «Решеточная и спиновая динамика γ-Ce». Physical Review B . 19 (11): 5746–5753. Bibcode : 1979PhRvB..19.5746S . DOI : 10.1103 / PhysRevB.19.5746 .
  12. ^ a b Патнаик, Прадёт (2003). Справочник неорганических химических соединений . Макгроу-Хилл. С. 199–200. ISBN 978-0-07-049439-8.
  13. ^ a b c d e Audi, G .; Кондев Ф.Г .; Wang, M .; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A . DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001 .
  14. ^ a b Кэмерон, AGW (1973). «Изобилие элементов в Солнечной системе» (PDF) . Обзоры космической науки . 15 (1): 121–146. Bibcode : 1973SSRv ... 15..121C . DOI : 10.1007 / BF00172440 . S2CID 120201972 .  
  15. ^ «Испытание на длительное воздействие на воздух из редкоземельных металлов» . Проверено 8 августа 2009 .
  16. ^ a b c d "Химические реакции церия" . Веб-элементы . Дата обращения 9 июля 2016 .
  17. ^ a b Гринвуд и Эрншоу, стр. 1238–129.
  18. ^ Грей, Теодор (2010). Элементы . Black Dog & Leventhal Pub. ISBN 978-1-57912-895-1.
  19. ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1235-8
  20. ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1240-2
  21. ^ Михаил Н. Бочкарев (2004). «Молекулярные соединения« новых »двухвалентных лантаноидов». Координационные обзоры химии . 248 (9–10): 835–851. DOI : 10.1016 / j.ccr.2004.04.004 .
  22. ^ М. Кристина Кассани; Юрий К. Гунько; Питер Б. Хичкок; Александр Г. Халкс; Алексей В. Хвостов; Майкл Ф. Лапперт; Андрей В. Протченко (2002). «Аспекты неклассической химии лантаноидов». Журнал металлоорганической химии . 647 (1–2): 71–83. DOI : 10.1016 / s0022-328x (01) 01484-X .
  23. ^ Kreh, Роберт П .; Спотниц, Роберт М .; Лундквист, Джозеф Т. (1989). «Опосредованный электрохимический синтез ароматических альдегидов, кетонов и хинонов с использованием метансульфоната церия». Журнал органической химии . 54 (7): 1526–1531. DOI : 10.1021 / jo00268a010 .
  24. ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1242-4
  25. ^ Дэниел Л. Регер; Скотт Р. Гуд; Дэвид Уоррен Болл (2 января 2009 г.). Химия: принципы и практика . Cengage Learning. п. 482. ISBN. 978-0-534-42012-3. Проверено 23 марта 2013 года .
  26. ^ a b c Гринвуд и Эрншоу, стр. 1244–128.
  27. ^ а б Валле, Валери; Пурре, Оливье; Педро, Матье; Баник, Нидху Лал; Реаль, Флоран; Марсак, Реми (10.10.2017). «Водная химия Ce (IV): оценки с использованием аналогов актинидов» (PDF) . Сделки Далтона . 46 (39): 13553–13561. DOI : 10.1039 / C7DT02251D . ISSN 1477-9234 . PMID 28952626 .   
  28. ^ Срур, Фарид MA; Эдельманн, Франк Т. (2012). «Лантаноиды: четырехвалентные неорганические соединения». Энциклопедия неорганической и биоинорганической химии . DOI : 10.1002 / 9781119951438.eibc2033 . ISBN 978-1-119-95143-8.
  29. ^ Макгилл, Ян. «Редкоземельные элементы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . 31 . Вайнхайм: Wiley-VCH. п. 190. DOI : 10.1002 / 14356007.a22_607 .
  30. ^ Brener, L .; McKennis, JS; Петтит Р. (1976). «Циклобутадиен в синтезе: эндо-трицикло [4.4.0.02,5] дека-3,8-диен-7,10-дион». Орг. Synth . 55 : 43. DOI : 10,15227 / orgsyn.055.0043 .
  31. ↑ Б.П. Белоусов (1959). "Периодически действующая реакция и ее механизм" [Периодически действующая реакция и ее механизм]. Сборник рефератов по радиационной медицине . 147 : 145.
  32. ^ Гшнейднер К.А., ред. (2006). «Глава 229: Применение соединений четырехвалентного церия» . Справочник по физике и химии редких земель, том 36 . Нидерланды: Эльзевир. С. 286–288. ISBN 978-0-444-52142-2.
  33. ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1248-9
  34. ^ Селла, Андреа. «Химия в своем элементе: церий» . 2016 . Проверено 25 июля 2016 года .
  35. ^ a b Шелтер, Эрик Дж. (20 марта 2013 г.). «Церий под линзой». Химия природы . 5 (4): 348. Bibcode : 2013NatCh ... 5..348S . DOI : 10.1038 / nchem.1602 . PMID 23511425 . 
  36. ^ Krill, G .; Капплер, JP; Мейер, А .; Абадлы, Л .; Равет, MF (1981). «Поверхностные и объемные свойства атомов церия в некоторых интерметаллических соединениях церия: РФЭС и измерения поглощения рентгеновских лучей». Журнал физики F: Физика металлов . 11 (8): 1713–1725. Bibcode : 1981JPhF ... 11.1713K . DOI : 10.1088 / 0305-4608 / 11/8/024 .
  37. ^ a b c "Визуальные элементы: церий" . Лондон: Королевское химическое общество. 1999–2012 гг . Проверено 31 декабря 2009 года .
  38. ^ Б с д е е г Эмсли, Джон (2011). Природа Строительные блоки: AZ Руководство по элементам . Издательство Оксфордского университета. С. 120–125. ISBN 978-0-19-960563-7.
  39. ^ Недели, Мэри Эльвира (1956). Открытие элементов (6-е изд.). Истон, Пенсильвания: Журнал химического образования.
  40. ^ Недели, Мэри Эльвира (1932). «Открытие элементов: XI. Некоторые элементы, выделенные с помощью калия и натрия: цирконий, титан, церий и торий». Журнал химического образования . 9 (7): 1231–1243. Bibcode : 1932JChEd ... 9.1231W . DOI : 10.1021 / ed009p1231 .
  41. ^ Маршалл, Джеймс Л. Маршалл; Маршалл, Вирджиния Р. Маршалл (2015). «Повторное открытие элементов: редкие земли - начало» (PDF) . Шестиугольник : 41–45 . Проверено 30 декабря 2019 .
  42. ^ Маршалл, Джеймс Л. Маршалл; Маршалл, Вирджиния Р. Маршалл (2015). «Повторное открытие элементов: редкие земли - непонятные годы» (PDF) . Шестиугольник : 72–77 . Проверено 30 декабря 2019 .
  43. ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1294
  44. ^ a b c Берк, Эрнст AJ (2008). «Использование суффиксов в названиях минералов» (PDF) . Элементы . 4 (2): 96 . Проверено 7 декабря 2019 .
  45. ^ «Монацит- (Ce): Минеральная информация, данные и местоположения» . www.mindat.org .
  46. ^ a b "CNMNC" . nrmima.nrm.se . Архивировано из оригинала на 2019-08-10 . Проверено 6 октября 2018 .
  47. ^ "Bastnäsite- (Ce): Минеральная информация, данные и местоположения" . www.mindat.org .
  48. ^ a b c d Гринвуд и Эрншоу, стр. 1229–1232.
  49. ^ Томас, JB; Bodnar, RJ; Shimizu, N .; Чеснер, Калифорния (2003). «Включения расплава в цирконе». Обзоры по минералогии и геохимии . 53 (1): 63–87. Bibcode : 2003RvMG ... 53 ... 63T . DOI : 10.2113 / 0530063 .
  50. ^ "Церианит- (Ce): Минеральная информация, данные и местонахождение" .
  51. Перейти ↑ Graham, AR (1955). «Церианит CeO 2 : новый минерал на основе оксида редкоземельных элементов». Американский минералог . 40 : 560–564.
  52. ^ "Mindat.org - Шахты, полезные ископаемые и многое другое" . www.mindat.org .
  53. ^ nrmima.nrm.se
  54. ^ Льюис, Вивиан Байам (1911). «Освещение»  . В Чисхолме, Хью (ред.). Encyclopdia Britannica . 16 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 656.
  55. ^ Wickleder, Mathias S .; Фурест, Бландин; Дорхаут, Питер К. (2006). «Торий». In Morss, Lester R .; Эдельштейн, Норман М .; Фугер, Жан (ред.). Химия элементов актинидов и трансактинидов (PDF) . 3 (3-е изд.). Дордрехт, Нидерланды: Springer. С. 52–160. DOI : 10.1007 / 1-4020-3598-5_3 . ISBN  978-1-4020-3555-5. Архивировано из оригинального (PDF) 07 марта 2016 года.
  56. ^ a b Гринвуд и Эрншоу, стр. 1228
  57. ^ a b Клаус Рейнхардт и Хервиг Винклер в статье «Церий мишметалл, сплавы церия и соединения церия» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2000, Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a06_139
  58. ↑ Уилкинсон, Том (6 ноября 2009 г.). "Книга жизни: Периодическая таблица, Примо Леви" . Независимый . Проверено 25 октября 2016 года .
  59. ^ Bleiwas, DI (2013). Возможности восстановления церия, содержащегося в автомобильных каталитических преобразователях. Рестон, Вирджиния .: Департамент внутренних дел США , Геологическая служба США .
  60. ^ «Катализатор deNOx компании Argonne начинает обширные испытания выхлопных газов дизельного двигателя» . Аргоннская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала на 2015-09-07 . Проверено 2 июня 2014 .
  61. ^ AWS D10.11M / D10.11 - Американский национальный стандарт - Руководство по сварке корневого прохода трубы без подкладки . Американское сварочное общество. 2007 г.
  62. ^ Арены, LF; Понсе де Леон, С .; Уолш, ФК (2016). «Электрохимические окислительно-восстановительные процессы с участием растворимых частиц церия» (PDF) . Electrochimica Acta . 205 : 226–247. DOI : 10.1016 / j.electacta.2016.04.062 .
  63. ^ Гупта, CK и Кришнамурти, Nagaiyar (2004). Добывающая металлургия редкоземельных элементов . CRC Press. п. 30. ISBN 978-0-415-33340-5.
  64. ^ Диоксид церия архивации 2013-03-02 в Wayback Machine . nanopartikel.info (02.02.2011)
  65. ^ Trovarelli, Алессандро (2002). Катализ церием и родственными материалами . Imperial College Press. С. 6–11. ISBN 978-1-86094-299-0.
  66. Перейти ↑ Sims, Zachary (2016). «Интерметаллидно-усиленный алюминиевый литейный сплав на основе церия: разработка побочных продуктов в больших объемах» . JOM . 68 (7): 1940–1947. Bibcode : 2016JOM .... 68g1940S . DOI : 10.1007 / s11837-016-1943-9 . ОСТИ 1346625 . S2CID 138835874 .  
  67. ^ "Церий GF39030353" .
  68. ^ Дай, Тяньхун; Хуан Инь-Инь; Sharma, Sulbha K .; Хашми, Джавад Т .; Куруп, Дивья Б .; Хэмблин, Майкл Р. (2010). «Противомикробные препараты местного действия при ожоговых раневых инфекциях» . Последние публикации Pat Antiinfect Drug Discov . 5 (2): 124–151. DOI : 10.2174 / 157489110791233522 . PMC 2935806 . PMID 20429870 .  
  69. ^ Аттоф, Рашид; Маньен, Кристоф; Бертен-Магит, Марк; Оливье, Лора; Тиссо, Сильви; Пети, Поль (2007). «Метгемоглобинемия при отравлении нитратом церия». Бернс . 32 (8): 1060–1061. DOI : 10.1016 / j.burns.2006.04.005 . PMID 17027160 . 
  70. ^ Поль, Арьян; Барендс, Томас Р.М.; Дитль, Андреас; Khadem, Ahmad F .; Эйгенштейн, Джелле; Джеттен, Майк С.М.; Op Den Camp, Huub JM (2013). «Редкоземельные металлы необходимы для метанотрофной жизни в вулканических грязевых котлах». Экологическая микробиология . 16 (1): 255–264. DOI : 10.1111 / 1462-2920.12249 . PMID 24034209 . 

Библиография [ править ]

  • Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.