Что такое церий

Це́рий(лат. Cerium), Ce, химический элемент III группы короткой формы (3-й группы длинной формы) периодической системы ; редкоземельный элемент (РЗЭ), относится к лантаноидам , атомный номер 58, атомная масса 140,116. В природе 4 стабильных изотопа 136 Се (0,185 %), 138 Се (0,251 %), 140 Се (88,450 %) и 142 Се (11,114 %). Получены искусственные радиоизотопы с массовыми числами 119–157.

Открыт в 1803 г. Й. Берцелиусом и шведским химиком В. Хизингером, независимо от них М. Клапротом . Назван в честь открытой в 1801 г. малой планеты Церера .

Содержание церия в земной коре (3,3–6,6)·10 –3 % по массе. Основные минералы: монацит , бастнезит , лопарит, самарскит . По отношению к La, Pr и другие РЗЭ во многих породах проявляет цериевую аномалию – отличие в концентрации.

Конфигурация внешних электронных оболочек атома церия 4f 1 5d 1 6s 2 ; степени окисления +4, +3; энергия ионизации при переходе от Се 0 к Се 3+ 534,4, 1050 и 1949 кДж/моль; электроотрицательность по Полингу 1,12; атомный радиус 181,8 пм, ионные радиусы Се 3+ от 115 (координационное число 6) до 148 пм (12); Се 4+ от 101 (6) до 128 пм (12).

Три кота | Сборник крутых серий | Мультфильмы для детей

Церий – серебристо-белый металл, при температуре ниже 95 К кристаллическая решётка кубическая (α-фаза), в интервале 95–264 К – гексагональная (β-фаза), в интервале 264–1035 К – кубическая γ-фаза, выше 1035 К кубическая δ-фаза; tпл804 °С, tкип3450 °С; плотность (β-фаза, 20 °С) 6678 кг/м 3 . Модуль Юнга 30–34 ГПа; твёрдость по Моосу 2,5, по Виккерсу 210–470 МПа. В инертной атмосфере легко поддаётся механической обработке. На воздухе легко окисляется, при нагревании загорается. При кипячении разлагает воду; растворяется в кислотах; интенсивно реагирует с галогенами , халькогенами , N2, C. Многие соединения Се 4+ – окислители.

Церий получают экстракцией из смеси РЗЭ и применяют в зажигательных и трассирующих составах, в качестве добавок в Mg и Zr для уменьшения размера зёрен, в стали для дегазации , в стёкла для обесцвечивания, в угольные электроды для повышения светимости; СеО2используют в полировочных составах, некоторые соединения церия – как окислители в органической и аналитической химии.

Раков Эдуард Григорьевич . Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2017.

в 17:36 (GMT+3) Обратная связь
Информация

Области знаний: Общие вопросы химии Символ: Ce Атомный номер: 58 Группа элементов: Лантаноиды Относительная атомная масса: 140,116 а. е. м. Радиус атома: 181,8 пм Электроотрицательность: 1,12 ед. по шкале Полинга Агрегатное состояние: Твёрдое Плотность при н. у.: 6,757 г/см³ Температура плавления: 804 °C Температура кипения: 3450 °C

Источник: bigenc.ru

Металлический церий: свойства, применение, технология получения

Церий — Самый ПИРОФОРНЫЙ Металл!

Самый большой спрос металлический церий получил в виде диоксида. Основная часть его используется для производства полирующих порошков. Они идут на обесцвечивание и полировку зеркал, минеральных линз, химнестойких стекол; обладают хорошими суспензионными качествами, высокой эффективностью и чистотой обработки.

Поверхности после окончания работы не содержат царапин и повреждений. Сырьем в России для выработки порошков является лопаритовый концентрат, который поставляют с Кольского полуострова.

Исторические сведения

Свое название элемент церий приобрел в честь планеты Цереры. Открыли его почти одновременно немецкий химик М. Г. Клапрот и двое шведских коллег В. Хизингер и Й. Я. Берцелиус в девятнадцатом столетии. Минерал получил название церит, а химический элемент назвали церием. Строение атома показано на фото.

Химик К. Г. Мозандер выделил в чистом виде цериевую землю в 1839 году, а церий в виде металла с помощью электролиза получил американский химик У. Ф. Гиллебранд. Церий – это металл атомной энергетики. Его применяют как материал горячей зоны.

Свойства металла-лантаноида

Химический элемент церий является легким редкоземельным элементом, принадлежит третьей группе в периодической системе Менделеева. Он имеет светло-серый цвет с атомной массой 140,12 и температурой плавления около 1000 градусов по Цельсию. Металл обладает высокой активностью и в соединениях показывает две валентности 3+ и 4+.

Он активно вступает в реакцию с азотом, водородом и кислородом. Взаимодействие с водородом начинается при комнатной температуре и сопровождается выделением тепла. Реакция идет тем активнее, чем выше температура.

Металл способен растворяться в разведенных кислотах с выделением водорода. Одним из особых свойств церия является его бурная реакция с цинком, которая протекает мгновенно и заканчивается взрывом. На воздухе у металла образуется покрытие из очень тонкой пленки оксида. Воспламеняется элемент при температуре более 300 градусов по Цельсию, превращаясь в диоксид.

Это порошковое вещество желтого цвета. При прокаливании его в водороде получается окись трехвалентного церия, которая при взаимодействии со щелочью становится четырехвалентной. Церий – это ковкий и вязкий металл. Он легко прокатывается и при нагреве вытягивается в проволоку. Находится в зависимости от давления.

При сжатии происходит значительное уменьшение объема и падает электросопротивление. Это исключительное явление объясняется появлением в электронном облаке четырехвалентных ионов.

Месторождения руд, содержащих церий

Чисто цериевых минералов в природе не существуют. Больше всего его содержат:

• бастнезит. Руда состоит из кристаллов желтого, красного или бурого цвета. Месторождения, находящиеся в США и Китае, содержат большую часть мировых запасов церия. Известные месторождения бастнезитовых руд есть также во Вьетнаме и Афганистане;
• монацит. Это блестящий минерал желто-бурого оттенка. Его месторождения сконцентрированы в Бразилии, Австрии, Малайзии, Таиланде, США и ЮАР. Россыпи монацитового песка имеются по берегам морей, озер и рек многих стран;
• лопаритовые руды. Они являются главным источником металлического церия в России. Главное месторождение находится на Кольском полуострове.

Порошки для полировки

Основой для них является диоксид церия. Их в России выпускают двух марок:

1. «Оптипол» — полууниверсальный порошок. Состав отлично проявляет свои свойства при работе с кристаллами, керамикой, плоскими деталями кроновых стекол-зеркал, витринных, автомобильных, борлантановых и химнестойких стекол.
2. «Фторопол» — универсальный порошок. Он состоит из тонко измельченных кристаллических частиц, имеющих коричневый оттенок.

Мировые цены на церий

Важные цериевые продукты, находящиеся на рынке продаж, состоят из сплавов, оксидов, карбонатов, ацетатов и некоторых других соединений. Цена на церий металлический определяется видом продукта и его чистотой. Стоимость диоксида церия, чистота которого 99,99 %, за один килограмм равна 29,5 американских долларов.

Порошки, применяемые для полирования, бренда «Фторопол» стоят около 8, а «Оптипол» примерно 6 долларов за килограмм. Цена цериевого мишметалла от 14 до 18 долларов за килограмм. На российском рынке оксид церия стоит около 17 000, а церия электролитического 90 долларов за килограмм.

Применение церия в отечественной промышленности

Впервые в 1884 году был получен патент на использование церия. Металл стали применять в газокалильных лампах для увеличения яркости пламени светильников. В настоящее время он находит широкое применение:

• при небольших добавках к сплавам, которые растрескиваются, улучшается ковка, прокатка, легко получаются листы, трубы и прутки. Металл способствует модифицированию сплавов из железа, магния, алюминия, конструкционных сталей, увеличивая их прочность и коррозийную устойчивость;
• в качестве добавки к чугуну. Тем самым повышают жидкотекучесть, улучшают обрабатываемость отливок и физико-механические свойства;
• в нефтяной и химической промышленности применяют в роли катализатора, ускоряющего время прохождения реакции;
• в магнитных термометрах;
• в атомной технике используют стекла, содержащие церий. Под воздействием радиации они не тускнеют и защищают персонал;
• входит в состав самого эффективного порошка «Полирита» для полировки зеркального и оптического стекла;

• сплав церия с железом применяют как искусственный кремень для зажигалок;
• используют для варки цветных стекол, имеющих оттенок от желтого до оранжевого;
• одна из важных мировых сфер применение церия проявляется в проверке за отработанными газами автомашин. Этот элемент содействует удалению из них диоксида серы. Введенный в состав катализаторов церий существенно совершенствует и стабилизирует работу при изменении структуры выхлопных смесей;
• добавляют для изготовления очень закаленных огнеупорных материалов;
• применяют для производства твердотельных мощных аккумуляторных батарей, которые предназначены для электромобилей, компьютеров, сотовых телефонов, кино- и фотоаппаратов;
• в медицине лечат и предотвращают симптомы морской болезни. В стоматологии используют цериевую сталь и керамику.

Технология получения церия

При переработке концентратов, содержащих редкоземельные металлы, на первоначальном этапе отделяют легкие элементы от тяжелых и только потом выделяют необходимый металл. Получают церий из руд, чаще, из монацита по следующей технологии:

• осаждают из нитратного раствора гидроксид церия;
• фильтруют пульпу;
• сушат осадок;
• прокаливают полученный оксид.

При этой технологии извлекают порошковый диоксид церия. В чистом виде металл добывают с помощью электролиза расплава. Затем его переплавляют и формируют в слитки.

Вместо заключения

На смену минеральным линзам приходят пластиковые. Они значительно легче и более стойкие, а при изготовлении малозатратные. На мировых рынках изменился спрос на минеральное стекло. Российский производитель не остался в стороне. Это поспособствовало понижению спроса на продукцию, изготовляемую из металлического церия.

Отечественным заводам-производителям приходится ориентироваться на другой рынок сбыта.

Они перешли на выпуск порошков для полировки жидкокристаллических телевизионных экранов и мониторов. Главным потребителем стала Юго-Восточная Азия. Кроме того, российская продукция поступает и на внутренний рынок, удовлетворяя спрос на цериевые порошки. Они используются для навигационной техники авиации, флота и обороны. Помимо этого, металлический церий идет на изготовление оптических покрытий, а также его используют при производстве люминесцентных ламп и керамики.

Источник: fb.ru

Церий

Лантаноиды – это семейство т.н. редкоземельных элементов, включающее в себя 14 химических элементов с атомными номерами от 58 (церий) до 71 (лютеций). В периодической системе элементов Менделеева все лантаноиды помещаются в одной клетке с лантаном (III группа, VIII ряд, атомный номер 57), а подробная расшифровка семейства делается в отдельной строке. Химический символ церия Ce.

Что из себя представляет церий

По свойствам церий относится к металлам, охотно вступающим в реакцию с прочими элементами.

История открытия

Из всех редкоземельных элементов церий был открыт первым. Годом открытия называют, в разных источниках, 1803 или 1839 годы. Ошибки в датах нет, все выглядело так.

В 1801 году итальянским астрономом Джузеппе Пьяцци была открыта карликовая планета Церера, названная в честь древнеримской богини плодородия Цереры. Двумя годами позднее, в 1803 году, в Швеции химик Йонс Якоб Берцелиус (1779-1848) и предприниматель, ученый-любитель и спонсор Берцелиуса Вильгельм Хизингер (1766-1852) выделили из красноватой горной породы «тунгштейн Бастнаса», обнаруженной на медном и висмутовом руднике в окрестностях города Бастнас, некий новый элемент.

Элемент был назван церием в честь планеты Цереры, которая в те времена была у всех на слуху. Этот же элемент был, независимо от шведов, открыт в 1803 году в Германии Генрихом Клапротом (1743-1817).

По факту, выделенный в 1803 году элемент содержал чистого церия всего 45%, остальное приходилось на прочие лантаноиды. Берцелиусу удалось убедить шведского химика Карла Густава Мозандера (1798-1858) в необходимости дальнейшего изучения открытого элемента, и последний отделил в 1839 году от смеси лантаниды лантан и дидимий, получив чистый церий.

Дидимий, как позднее выяснилось, был ошибочно открытым химическим элементом, на самом деле он представлял собой смесь элементов празеодима и неодима.

Первоначально выделенный новый элемент являлся оксидом, поскольку существовавшие в начале 19-го века технологии не позволяли выплавить из оксида церия чистый металл. В последствии название элемента менять не стали.

Чистый металлический церий был получен лишь в 1875 году американским химиком Вильямом Хиллебрандом совместно со своим помощником Томасом Нортоном.

Нахождение в природе

Из редкоземельных химических элементов церий – самый распространенный. При этом химические элементы, традиционно называемые редкоземельными, по факту редкими не являются.

Наиболее важными рудами являются церит, монацит и бастназит. На земле достаточно крупных месторождений этих минералов, и запасов хватит на многие годы добычи как церия, так и прочих редкоземельных элементов. Обычно в районах расположения месторождений лантаноидов обнаруживаются также актиноиды уран и торий.

Атомная масса природного цезия 140,12. В природе встречаются 3 стабильных изотопа (с атомными массами 136, 138 и 140) и один радиоактивный с атомной массой 142; дополнительно, 35 изотопов были получены искусственно. Из стабильных изотопов наиболее распространен (88%) изотоп Ce140.

Важная информация

Период полураспада искусственных изотопов составляет менее 4 дней, при этом у большинства из них этот показатель менее 10 минут.

Добыча

Церий, как и прочие лантаноиды, получают, пропуская электрический ток через хлорид, или путем нагревания металлического кальция вместе с фторидом. Также, распространенным способом получения является получение посредством ионного обмена из монацитовых песков.

Церий может быть извлечен из руд и отделен от прочих лантаноидов на основании того, что у него, единственного из группы, состояние окисления в в одном растворе может быть +4, с образованием слабых оснований, в то время как прочие лантаноиды (состояние окисления +3) дают сильные основания.

Физико-химические свойства

Церий по внешнему виду схож с железом, отдает серебристым блеском в отсутствие воздуха, под воздействием кислорода становится серо-матовым, очень мягок и пластичен (свободно режется ножом и деформируется), легко подвергается ковке, протягивается в проволоку и прокатывается в листы.

По упругости подобен серебру. Способен существовать в четырех аллотропных формах с отличающимися физическими и химическими свойствами.

Ниже перечислены его основные физические свойства:

• плотность 6,77 г/см 3 ;
• твердость по шкале Мооса 2,5;
• температура плавления 795°С;
• температура кипения 3.443 °С;
• энергия испарения 414 кДж/моль;
• теплопроводность 11,4Вт/(м∙K);
• электропроводность 1,15∙10 6 См/м;
• энергия ионизации 5,54 эВ.

При расплавлении плотность расплава повышается в сравнении с плотностью твердого металла. Диапазон температуры жидкости (разность температур кипения и плавления) максимальный среди всех нерадиоактивных элементов, превышается этот диапазон лишь радиоактивным торием.

Из лантаноидов наиболее химически активен европий, церию принадлежит в этом отношении второе место. Достаточно поцарапать поверхность металла ножом, чтобы поджечь его, заставив реагировать с кислородом воздуха.

Реагирует элемент и с водой, с образованием нерастворимого в воде гидроксида и молекулярного водорода, при этом скорость реакции зависит от температуры воды (увеличиваясь с ростом температуры), оттого загоревшийся цезий или вызванный им пожар не следует тушить водой ввиду опасности взрыва выделяющегося водорода.

Реагирует металл и с водными растворами кислот и с щелочами, иными металлами (при контакте с цинком взрывоопасен, а контакт с висмутом и сурьмой приводит к повышению температуры), и газообразным водородом.

Высокая химическая активность церия предполагает особую осторожность при обращении с ним. На воздухе элемент тускнеет, и поскольку является мощным восстановителем, способен к самовозгоранию при температуре воздуха 65-80 °С с образованием оксида CeO2.

Полезная информация

Оксид церия CeO2– мощный окислитель, реагирует при высоких температурах с горючими органическими веществами.

Применение

Церий используется в чистом виде, в виде сплавов и химических соединений в различных отраслях промышленности.

Ниже ряд примеров применения:

• изготовление стекол, поглощающих ультрафиолетовое излучение;
• окрашивание керамики, эмали и стекол (в основном в желтый цвет);
• укрепление стоматологических материалов;
• используется в лазерах, излучающих ультрафиолет (применяются для обнаружения вредоносных озона и диоксида серы в воздухе);
• изготовление люминофоров;
• сплав с железом мишметалл используется в зажигалках (дает искру при ударе);
• применение в качестве катализатора (при крекинге нефти);
• оксид в виде нанопорошка применяется в качестве добавки к дизельному топливу, улучшая его свойства и минимизируя вредные выбросы;
• оксид используется в качестве абразива для шлифовки и полировки материалов (в частности, зеркал телескопов);
• добавка в чугун делает чугун ковким;
• добавка в нержавеющую сталь способствует упрочнению;
• повышает термостойкость магния при литье;
• поддерживает горение электрической дуги (при сварке, освещении);
• оксалат церия является противорвотным средством.

Радиоактивные изотопы церия к настоящему времени коммерческого применения не нашли.

Влияние на здоровье

Церий присутствует во многих бытовых приборах, включая энергосберегающие лампочки, цветные телевизоры, флуоресцентные лампы и очки. Опасен на рабочем месте, поскольку пары могут вдыхаться с воздухом, а длительное воздействие может привести к эмболии легких.

Умеренно токсичен, токсичны и пары горящего металла. При воздействии на кожу человека кожа начинает чесаться и становится сверхчувствительной к теплу. Эксперименты на животных с введением в организм церия вызывают смерть от сердечно-сосудистого коллапса.

Биологическая роль не установлена, однако некоторые исследования показали, что определенные соли церия могут стимулировать метаболическую активность организма. Чистый церий не радиоактивен, но коммерческие сорта металла могут содержать следы радиоактивного тория.

Стоимость церия и его соединений

Стоимость продукта чистотой 99% производства Китай составляет порядка 470 долларов США/кг.

Оксид церия чистотой 99,9% производства Китай стоит порядка 260 долларов США/кг.

Более чистый оксид (99,99%) стоит значительно дороже, 1200-1300 долларов США/кг.

Владислав Суркин

В моём личном блоге я познакомлю вас с особенностями разных драгоценных камней, влиянием зодиакальных камней в отношении каждого знака зодиака, а также целебными свойствами некоторых из них.

Источник: 1kamni.ru