Церий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
58 ЛантанЦерийПразеодим
Ce

Th
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
58Ce
Cubic-face-centered.svg
Electron shell 058 Cerium.svg
Внешний вид простого вещества
Церий
Ковкий, вязкий металл железно-серого цвета
Свойства атома
Название, символ, номер

Це́рий / Cerium (Ce), 58

Атомная масса
(молярная масса)

140,116(1)[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[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

21,0 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

кубическая
гранецентрированая

Параметры решётки

5,160 Å

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) 11,3 Вт/(м·К)

58
Церий
Ce
140,115
4f15d16s2

Це́рий — химический элемент из группы лантаноидов, серебристый металл.

История[править | править вики-текст]

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 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[править | править вики-текст]

Содержание церия в земной коре 70 г/т, в воде океанов 5,2·10−6 мг/л[3].

Месторождения[править | править вики-текст]

Главные месторождения церия находятся в США, Казахстане, России, Украине, Австралии, Бразилии, Индии, Скандинавии[источник не указан 1282 дня].

Получение[править | править вики-текст]

Получают электролизом расплава фторида церия CeF3.

Физические свойства[править | править вики-текст]

Серебристо-белый металл. Плотность 6,77 г/см³. Температура плавления 804 °C. Температура кипения 3260 °C.

Химические свойства[править | править вики-текст]

Редкоземельный металл, неустойчив на воздухе, постепенно окисляется, превращаясь в белый оксид.

Применение[править | править вики-текст]

Металлургия[править | править вики-текст]

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 лантана, значение церия, как легирующей добавки, больше.

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

Стоит отметить то обстоятельство, что церий с рядом металлов при сплавлении реагирует весьма бурно с образованием интерметаллидов. Так весьма характерна для церия бурная реакция с цинком при сплавлении или при локальном нагревании смеси порошка церия с порошком цинка. Эта реакция протекает в форме мощного взрыва, поэтому весьма опасно прибавление кусочка церия к расплавленному цинку — происходит яркая вспышка и сильный взрыв.

Катализаторы[править | править вики-текст]

В химической и нефтяной промышленности диоксид церия СеО2 (т. пл. 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.

Термоэлектрические материалы[править | править вики-текст]

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

Производство стекла[править | править вики-текст]

В атомной технике широко применяют церий-содержащие стекла — 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.

Абразивные материалы[править | править вики-текст]

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 нем 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[править | править вики-текст]

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

Источники света[править | править вики-текст]

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

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

Огнеупорные материалы[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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

Топливные элементы[править | править вики-текст]

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

Химические источники тока[править | править вики-текст]

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

Изотопы[править | править вики-текст]

Природный церий состоит из смеси четырёх стабильных изотопов: 136Ce (0,185 %), 138Ce (0,251 %), 140Ce (88,450 %) и 142Ce (11,114 %). Два из них (136Ce и 142Ce) в принципе могут испытывать двойной бета-распад, однако их радиоактивность не наблюдалась, установлены лишь нижние ограничения на периоды полураспада (3,8·1016 лет и 5,0·1016 лет, соответственно). Известны также 26 радионуклидов церия. Из них наиболее стабильны 144Ce (период полураспада 284,893 д), 139Ce (137,640 д) и 141Ce (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.

Биологическая роль[править | править вики-текст]

Токсичность[править | править вики-текст]

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.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Химическая энциклопедия: в 5-ти тт. / Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.). — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 351.
  3. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965

Ссылки[править | править вики-текст]