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.

Церий

Что представляет собой

  • Церий – это химический элемент семейства лантаноидов, номер 58 таблицы Менделеева.
  • Серебристый с «железными» оттенками металл наделен умеренным блеском.
  • По составу – конгломерат четырех стабильных изотопов.
  • Международное обозначение – Ce (Cerium).

Как был открыт и назван

История обнаружения элемента извивиста:

  • Минерал церит, «начиненный» редкоземельными элементами, обнаружил в 1751 году шведский минералог Аксель Кронштедт.
  • Через полвека, в 1803 году, находка послужила образцом для исследований. Трое химиков – немец Мартин Клапрот, шведы Йенс Берцелиус и Вильгельм Хизингер – выявили цериевую «землю».
  • Это случилось почти синхронно, поэтому все трое считаются первооткрывателями элемента.
  • Дальше к работе подключился француз Луи Воклен. Он доказал, что цериевая земля бывает белой и оранжевой. То есть церий представлен двумя валентными модификациями. И что это – металл.
  • Церий как металл получили в 1875 году британцы Томас Нортон и Вильям Хиллебранд.

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

Церий - ковкий, вязкий металл железно-серого цвета
Церий – ковкий, вязкий металл железно-серого цвета

Вокруг названия элемента разгорелись споры:

  • Клапрот настаивал на полной транскрипции – новый элемент должен был именоваться церерием.
  • Берцелиус считал такой вариант «непроизносимым», предложив укороченную версию – церий.

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:

  • Евразия – Россия, Украина, Скандинавский полуостров, Казахстан, Индия, Китай.
  • Америка – США, Бразилия.
  • Австралия.

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:

  • Вязкий, пластичный. Легко обрабатывается при комнатной температуре.
  • Кристаллическая решетка представлена четырьмя модификациями, в зависимости от температуры вещества.
  • Поддается воздействию кислот (не щелочей), галогенов, газов.
  • На воздухе окисляется при комнатной температуре, в воде – при кипячении.
  • Сплавляясь с некоторыми металлами, образует интерметаллид.

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

Свойства атома
Название, символ, номер Це́рий / Cerium (Ce), 58
Атомная масса
(молярная масса)
140,116(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Xe]4f15d16s2
Радиус атома 181 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 165 пм
Радиус иона (+4e) 92 103.(+3e) 4 пм
Электроотрицательность 1,12 (шкала Полинга)
Электродный потенциал Ce←Ce3+ −2,34 В
Степени окисления 4, 3
Энергия ионизации (первый электрон)  540,1 (5,60) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
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
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая
гранецентрированная
Параметры решётки 5,160 Å
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 11,3 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-45-1

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:

  • 1% вещества к алюминиевому, магниевому сплаву кратно повышает их порог прочности на разрыв, «расползаемость».
  • У медных, алюминиевых, ниобиевых, титановых продуктов интенсифицируется проводимость тока.
  • Конструкционные стали в разы прочнее.

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

Церий металлический
Церий металлический

Другие отрасли промышленности

Свойства элемента обеспечили его востребованность ведущими отраслями промышленного комплекса:

  • Катализатор в химпроме, нефтяном секторе. Оксидом вещества обезвоживают спирты, ускоряют реакции «окись углерода – водород». Сульфат исследуют на предмет производства сернокислого ассортимента.
  • Для аккумуляторных батарей повышенной мощности применяется сплав фтористых церия и стронция.
  • Оксид церия – составляющая электролита топливных элементов, работающих в условиях высоких температур.
  • Это компонент стекла, не тускнеющего от радиации, для защиты персонала атомных объектов.
  • Двуокись либо сульфид – жаростойкие огнеупоры.
  • Сульфид элемента, легированный сульфидом стронция, – термоэлектрический материал с высоким КПД для работы при запредельных температурах.
  • Железисто-цериевый (пополам) сплав используется как «спусковой механизм» зажигалок.

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):

  • Слитки (99,5-99,9%) – 50 110.
  • Электролитический – 11 000.
  • Вольфрамат – 6 500.

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

Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака

Знак Зодиака мужчины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы

Знак Зодиака женщины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы


Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
471
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: