Церий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
58 ЛантанЦерийПразеодим
Ce

Th
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая 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[2]
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[3] 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)
Номер CAS 7440-45-1
58
Церий
140,116
4f15d16s2

Це́рий (химический символCe; лат. Cerium) — химический элемент из группы лантаноидов, серебристый металл.

История[править | править код]

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[править | править код]

Содержание церия в земной коре — 70 г/т, в воде океанов — 5,2·10−6 мг/л[4].

Месторождения[править | править код]

Главные месторождения церия находятся в США, Казахстане, России, Украине, Австралии, Бразилии, Индии, Скандинавии[источник не указан 2772 дня].

Получение[править | править код]

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

Физические свойства[править | править код]

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

Известны 4 кристаллические модификации:

Химические свойства[править | править код]

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[править | править код]

Металлургия[править | править код]

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).

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 код]

В химической и нефтяной промышленности диоксид церия СеО2 (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[править | править код]

Церий-магниевый нитрат (ЦМН) Ce2Mg3(NO3)12·24H2O используют в магнитных термометрах и как вещество для адиабатического размагничивания[5][6][7].

Термоэлектрические материалы[править | править код]

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

Производство стекла[править | править код]

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.

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

Абразивные материалы[править | править код]

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 код]

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

Источники света[править | править код]

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

Огнеупорные материалы[править | править код]

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[править | править код]

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

Топливные элементы[править | править код]

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

Химические источники тока[править | править код]

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 код]

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.

Токсичность[править | править код]

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 код]

  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. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
  2. Atomic Reference Data for Electronic Structure Calculations, Electronic Configurations of the Elements. NIST.gov.
  3. Химическая энциклопедия: в 5-ти тт. / Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.). — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 351.
  4. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  5. Евдокимов И. Н. Методы и средства исследований. Часть 1. Температура, с. 53 (рус.). Рос. гос. ун-т нефти и газа им. И. М. Губкина.
  6. Магнитная термометрия (рус.). БСЭ (3-е изд.), 1974, т. 15.
  7. Абрагам А., Блини Б., Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов, т. 1, 1972, с. 361.

Литература[править | править код]

  • Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов. Том I. — М.: Мир, 1972. — 652 с.

Ссылки[править | править код]