Церий что это такое

Церий

Церий
Ковкий, вязкий металл железно-серого цвета
Название, символ, номер	Церий / Cerium (Ce), 58
Атомная масса (молярная масса)	140,116(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Xe]4f 1 5d 1 6s 2
Радиус атома	181 пм
Ковалентный радиус	165 пм
Радиус иона	(+4e) 92 103.(+3e) 4 пм
Электроотрицательность	1,12 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	Ce←Ce 3+ −2,34 В
Степени окисления	4, 3
Энергия ионизации (первый электрон)	540,1 (5,60) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н. у.)	6,757 г/см³
Температура плавления	1072 K
Температура кипения	3699 K
Уд. теплота плавления	5,2 кДж/моль
Уд. теплота испарения	398 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	26,94 Дж/(K·моль)
Молярный объём	21,0 см³/моль
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	5,160 Å
Теплопроводность	(300 K) 11,3 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-45-1

Церий (химический символ — Ce; лат. Cerium ) — химический элемент из группы лантаноидов, серебристый металл.

Содержание

История

Назван в честь самой большой из малых планет, Цереры (Ceres), в свою очередь, названной в честь римской богини плодородия.

Немецкий химик М. Г. Клапрот, открывший цериевую землю в 1803 г. почти одновременно со своими шведскими коллегами — В. Хизингером и Й. Я. Берцелиусом, возражал против названия «церий», предлагая «церерий». Берцелиус, однако, отстоял своё название, ссылаясь на трудности произношения того имени, которое предлагал новому элементу Клапрот.

Нахождение в природе

Содержание церия в земной коре — 70 г/т, в воде океанов — 5,2⋅10 −6 мг/л.

Месторождения

Главные месторождения церия находятся в Китае, США, Казахстане, России, Украине, Австралии, Бразилии, Индии, Скандинавии.

Получение

Церий выделяют из смеси редкоземельных элементов процессами экстракции и хроматографии. Получают электролизом расплава фторида церия CeF₃.

Физические свойства

Церий представляет собой серебристо-белый вязкий и ковкий металл, легко поддаётся ковке и механической обработке при комнатной температуре.

Известны 4 кристаллические модификации:

Химические свойства

Редкоземельный металл, неустойчив на воздухе, постепенно окисляется, превращаясь в белый оксид и карбонат церия. При нагревании до +160…+180 °C на воздухе загорается; порошок церия является пирофорным.

Церий реагирует с кислотами, при кипячении окисляется водой, устойчив к действию щелочей. Энергично взаимодействует с галогенами, халькогенами, азотом и углеродом.

Применение

Металлургия

В современной технике широко используют способность церия (как и других лантаноидов) модифицировать сплавы на основе железа, магния; добавление 1% церия к магнию резко увеличивает прочность последнего на разрыв и сопротивление ползучести.

Легирование конструкционных сталей церием значительно повышает их прочность. Здесь действие церия в целом аналогично действию лантана. Но поскольку церий и его соединения дешевле и доступнее лантана, то значение церия как легирующей добавки больше.

Легирование церием алюминия увеличивает его прочность и снижает электропроводность (величина изменений зависит от концентрации церия в сплаве, а также от способа получения сплава).

Катализаторы

В химической и нефтяной промышленности диоксид церия CeO₂ (температура плавления 2600 °C) используют как катализатор. В частности, CeO₂ хорошо ускоряет практически важную реакцию между водородом и окисью углерода. Так же хорошо и надёжно работает диоксид церия в аппаратах, где происходит дегидрогенизация спиртов. Другое соединение церия — его сульфат Ce(SO₄)₂ — считают перспективным катализатором для сернокислого производства. Он намного ускоряет реакцию окисления сернистого ангидрида в серный.

Получение и измерение сверхнизких температур

Церий-магниевый нитрат (ЦМН) Ce₂Mg₃(NO₃)₁₂·24H₂O используют в магнитных термометрах и как вещество для адиабатического размагничивания.

Термоэлектрические материалы

Сульфид церия применяется в качестве высокотемпературного термоэлектрического материала с высокой эффективностью, для увеличения эффективности обычно легируется сульфидом стронция.

Производство стекла

В атомной технике широко применяют церий-содержащие стёкла — они не тускнеют под действием радиации, позволяя изготавливать толстые стёкла для защиты персонала.

Диоксид церия церит входит в состав специальных стёкол как осветлитель и иногда как светло-жёлтый краситель.

Оксид церия (IV) совместно с диоксидом титана используется для варки цветных стёкол, окрашенных от светло-жёлтого до оранжевого оттенка.

Абразивные материалы

Диоксид церия — основной компонент полирита, самого эффективного порошка для полирования оптического и зеркального стекла. Полирит — коричневый порошок, состоящий из оксидов редкоземельных элементов. Оксида церия в нём не меньше 45%. Известно, что с переходом на полирит качество полировки значительно улучшилось. На Харьковском заводе имени Ф. Э. Дзержинского, например, выход первосортного зеркального стекла после перехода на полирит увеличился в 10 раз. Выросла и производительность конвейера — за то же время полирит снимает примерно вдвое больше материала, чем другие полирующие порошки.

Пирофорные сплавы

Сплав церия с 50 % железа (ферроцерий), а иногда и мишметалл используется как искусственный «кремень» в зажигалках.

Источники света

Трифторид церия используется в качестве добавки при изготовлении углей для дуговых источников света, его добавление к материалу углей резко повышает яркость свечения.

Огнеупорные материалы

В качестве чрезвычайно стойких огнеупорных материалов используют диоксид церия (до 2300 °C в окислительной и инертной атмосфере), сульфид церия (до 1800 °C в восстановительной атмосфере).

Церий в медицине

Соли церия применяются для лечения и предотвращения симптомов «морской болезни». В стоматологии используется цериевая сталь и керамика с содержанием диоксида церия.

Топливные элементы

Диоксид церия применяется в качестве компонента для производства твёрдого электролита высокотемпературных топливных элементов.

Химические источники тока

Трифторид церия в сплаве с фторидом стронция используется для производства очень мощных твердотельных аккумуляторных батарей. Анодом в таких батареях является чистый металлический церий.

Изотопы

Природный церий состоит из смеси четырёх стабильных изотопов: 136 Ce (0,185 %), 138 Ce (0,251 %), 140 Ce (88,450 %) и 142 Ce (11,114 %). Два из них ( 136 Ce и 142 Ce), в принципе, могут испытывать двойной бета-распад, однако их радиоактивность не наблюдалась, установлены лишь нижние ограничения на периоды полураспада (3,8⋅10 16 лет и 5,0⋅10 16 лет, соответственно). Известны также 26 радионуклидов церия. Из них наиболее стабильны 144 Ce (период полураспада 284,893 д), 139 Ce (137,640 д) и 141 Ce (32,501 д). Остальные известные радионуклиды церия имеют периоды полураспада менее 4 дней, а большинство из них — менее 10 минут. Известны также 2 изомерных состояния изотопов церия.

Церий-144 (период полураспада — 285 суток) является одним из продуктов деления урана-235, в связи с чем нарабатывается в больших количествах в ядерных реакторах. Применяется в виде диоксида (плотность около 6,4 г/см³) в производстве радиоизотопных источников тока в качестве источника тепла, его энерговыделение составляет около 12,5 Вт/см³.

Токсичность

Оказывает токсическое действие на рыб и низшие водные организмы. Обладает способностью к биоаккумуляции. Рекомендованные ВОЗ ПДК церия для питьевой воды составляют 0—0,05 мг/л.

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Источник

Церий

Содержание

История

Происхождение названия

Получение

Цены на церий чистотой 99-99,9 составляют около 40-125 долл за 1 кг.

Физические свойства

Химические свойства

Применение

Металлургия

В современной технике широко используют способность церия (как и других лантаноидов) модифицировать сплавы на основе железа, магния, добавления 1 % церия к магнию резко увеличивает прочность последнего на разрыв и сопротивление ползучести. Церий повышает электропроводность алюминия, меди, ниобия, титана.

Легирование конструкционных сталей церием значительно повышает их прочность. Здесь действие церия в целом аналогично действию лантана. Но, поскольку церий и его соединения дешевле и доступнее, чем лантан, значение церия как легирующей добавки больше, нежели лантана.

Легирование церием алюминия резко увеличивает его прочность и электропроводность (на несколько процентов).

Катализаторы

Термоэлектрические материалы

Сульфид церия применяется в качестве высокотемпературного термоэлектрического материала с высокой эффективностью, для увеличения эффективности обычно легируется сульфидом стронция.

Производство стекла

В атомной технике широко применяют и церий-содержащие стекла — они не тускнеют под действием радиации, позволяя изготавливать толстые стёкла для защиты персонала.

Двуокись церия церит входит в состав специальных стёкол как осветлитель и иногда как светло-желтый краситель.

Абразивные материалы

Пирофорные сплавы

Источники света

Трехфтористый церий используется в качестве добавки при изготовлении углей для дуговых источников света, его добавление к материалу углей резко повышает яркость свечения.

Оксид церия совместно с двуокисью титана используется для варки цветных стекол окрашенных от светло-желтого до оранжевого оттенка.

Огнеупорные материалы

В качестве чрезвычайно стойких огнеупорных материалов используют двуокись церия (до 2300 °C в окислительной и инертной атмосфере), сульфид церия (до 1800 °C в восстановительной атмосфере).

Церий в медицине

Соли церия применяются для лечения и предотвращения симптомов «морской болезни». В стоматологии цериевая сталь и керамика с содержанием двуокиси церия.

Топливные элементы

Оксид церия применяется в качестве компонента для производства твердого электролита высокотемпературных топливных элементов.

Химические источники тока

Трехфтористый церий в сплаве с фторидом стронция используется для производства очень мощных твердотельных аккумуляторных батарей, анодом в таких батареях является чистый металлический церий.

Изотопы

Биологическая роль

Ссылки

bs:Cerijum ca:Ceri co:Ceriu cs:Cer da:Cerium de:Cer el:Δημήτριο en:Cerium eo:Cerio es:Cerio et:Tseerium fi:Cerium fr:Cérium gl:Cerio (elemento) he:צריום hr:Cerij hu:Cérium id:Serium io:Cerio it:Cerio ja:セリウム jbo:jinmrseri ko:세륨 la:Cerium lb:Cer lt:Ceris lv:Cērijs nl:Cerium nn:Cerium no:Cerium pl:Cer pt:Cério sh:Cerijum sk:Cér sl:Cerij sr:Церијум sv:Cerium th:ซีเรียม tr:Seryum ug:سېرىي uk:Церій zh:铈

Источник

Церий – полезные свойства, использование и ограничения

Этот химический элемент причислен к редкоземельным, хотя на планете его достаточно. И это хорошо: без церия создание материалов нового поколения проблематично. Хотя и сегодня цериевый продукт раскупается полностью.

Что представляет собой

Как был открыт и назван

История обнаружения элемента извивиста:

Назвать решили в честь Цереры – планеты-карлика, обнаруженной двумя годами ранее в поясе астероидов.

Церий – ковкий, вязкий металл железно-серого цвета

Вокруг названия элемента разгорелись споры:

Она и закрепилась за элементом.

Как представлен в природе

Церий, подобно другим лантаноидам, – компонент десятков видов горных пород. Минералы с долей элемента 5-8% исчисляются шестью десятками.

Микропримеси элемента присутствуют в глинах, нефти, каменном угле, грунтах, морской воде.

Однако коренных месторождений нет, элемент рассеян.

Он накапливается биологическими организмами.

Тонна земной коры содержит 70 г церия, литр океанской воды – 5,2⋅10−6 мг.

Где и как добывается

Месторождения элемента рассредоточены по планете, но исчисляются единицами:

95% месторождений церия сосредоточены и разрабатываются в Китае.

Добыча ведется шахтным способом.

Получение

В отличие от других металлов-лантаноидов, церий (а также лантан, празеодим и иттрий), не добываются как оксиды либо в чистом виде с последующей сепарацией.

Их извлекают по отдельности из смеси редкоземельных элементов, экстрагируя, затем используя хроматографию.

Металл – продукт электролиза расплавленного фторида вещества.

Физико-химические характеристики

Элемент наделен характеристиками, присущими редкоземельной группе:

Красиво, но опасно соединение порошковых церия и цинка. Результат сплавления – ослепительная вспышка, сопровождаемая оглушительным взрывом.

Кубик из церия с ребром в 1 см весит 6,8 грамма.

Порошок церия пирофорен: воспламеняется спонтанно при комнатной температуре (у металла этот показатель – +165°C). Поэтому хранится в герметичной таре.

Где используется

Церий как элемент, его соединения нашли применение в промышленном комплексе, других сферах.

Атомный сектор

Церий-144 (полураспад – 9,5 месяцев) как продукт распада урана-235 вырабатывается «оптом» в ядерных реакторах.

Данный изотоп задействован в качестве теплоносителя при производстве специальных источников тока.

Металлургия

Изготовители металлических заготовок используют церий как элемент-лигатуру к другим сплавам:

Церий как легирующая добавка конкурирует с лантаном. И побеждает благодаря дешевизне и доступности.

Церий металлический

Другие отрасли промышленности

Свойства элемента обеспечили его востребованность ведущими отраслями промышленного комплекса:

Окись вещества – базовая (45+%) составляющая полирита. Это порошок номер один для полировки стекла. Особенно зеркал и оптики. Двуокисью титана с церием стекла осветляют либо придают желто-оранжевые оттенки.

Медицина

Сталь и керамика с цериевыми соединениями – материал стоматологов.

Солями вещества предотвращают либо нейтрализуют морскую болезнь.

Материалы поколения 2.0

Российско-китайская команда физиков модернизировала состав керамики-преобразователя цвета. Туда просто добавили микродозу «светлячков»-ионов церия.

Результат: белые светодиоды станут ярче, процесс изготовления подешевеет. Материал предназначен для освещения мегаобъектов (стадионов, гипермаркетов, полигонов, аэропортов), используется в фарах, лазерных телевизорах.

Исследование, завершившееся в августе 2021 года, профинансировано грантом Президента России.

Ограничения

Металл церий накапливается живыми организмами. Токсичен для морской, океанской, речной флоры и фауны.

Согласно рекомендации Всемирной Организации Здравоохранения, литр питьевой воды не должен содержать более 0,049 мг церия.

Стоимость

На российском рынке представлен металл, порошок и соединения.

Цена определяется степенью чистоты и формой материала (руб. /кг):

Самый доступный продукт – оксид-порошок. Килограмм предлагают купить за 39 рублей.

Источник