Церий - Cerium

Не путать с цезий или же кюрий.

Церий,58Ce
Cerium2.jpg
Церий
Произношение/ˈsɪərяəм/ ​(ВИДЯЩИЙ-ee-əm )
Внешностьсеребристо-белый
Стандартный атомный вес Аr, std(Ce)140.116(1)[1]
Церий в периодическая таблица
ВодородГелий
ЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеон
НатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргон
КалийКальцийСкандийТитанаВанадийХромМарганецУтюгКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптон
РубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийБанкаСурьмаТеллурЙодКсенон
ЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоМеркурий (элемент)ТаллийСвинецВисмутПолонийАстатинРадон
ФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклиумКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБориумКалийМейтнерийДармштадтиумРентгенийКопернициумNihoniumФлеровийМосковиумЛиверморийTennessineОганессон
–
↑
Ce
↓
Чт
лантан ← церий → празеодим
Атомный номер (Z)58
Группагруппа н / д
Периодпериод 6
Блокироватьf-блок
Категория элемента  Лантаноид
Электронная конфигурация[Xe ] 4f1 5d1 6 с2[2]
Электронов на оболочку2, 8, 18, 19, 9, 2
Физические свойства
Фаза вSTPтвердый
Температура плавления1068 K (795 ° С, 1463 ° F)
Точка кипения3716 К (3443 ° С, 6229 ° F)
Плотность (возлеr.t.)6,770 г / см3
в жидком состоянии (приm.p.)6,55 г / см3
Теплота плавления5.46 кДж / моль
Теплота испарения398 кДж / моль
Молярная теплоемкость26,94 Дж / (моль · К)
Давление газа
п (Па)1101001 к10 тыс.100 тыс.
вТ (K)199221942442275431593705
Атомные свойства
Состояния окисления+1, +2, +3, +4 (мягко базовый окись)
ЭлектроотрицательностьШкала Полинга: 1,12
Энергии ионизации
  • 1-я: 534,4 кДж / моль
  • 2-я: 1050 кДж / моль
  • 3-я: 1949 кДж / моль
  • (более )
Радиус атомаэмпирический: 181,8вечера
Ковалентный радиус204 ± 9 часов вечера
Цветные линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии церия
Другие свойства
Естественное явлениеизначальный
Кристальная структура ​двойной шестиугольный плотно упакованный (dhcp)
Двойная гексагональная плотноупакованная кристаллическая структура церия

β-Ce
Кристальная структура ​гранецентрированная кубическая (fcc)
Гранецентрированная кубическая кристаллическая структура церия

γ-Ce
Скорость звука тонкий стержень2100 м / с (при 20 ° C)
Тепловое расширениеγ, поли: 6,3 мкм / (м · К) (приr.t.)
Теплопроводность11,3 Вт / (м · К)
Удельное электрическое сопротивлениеβ, поли: 828 нОм · м (приr.t.)
Магнитный заказпарамагнитный[3]
Магнитная восприимчивость(β) + 2450,0 · 10−6 см3/ моль (293 К)[4]
Модуль для младшихγ-форма: 33,6 ГПа
Модуль сдвигаγ-форма: 13,5 ГПа
Объемный модульγ форма: 21,5 ГПа
коэффициент Пуассонаγ форма: 0,24
Твердость по Моосу2.5
Твердость по Виккерсу210–470 МПа
Твердость по Бринеллю186–412 МПа
Количество CAS7440-45-1
История
Именованиепосле карликовой планеты Церера, названный в честь римского божества земледелия Церера
ОткрытиеМартин Генрих Клапрот, Йенс Якоб Берцелиус, Вильгельм Хизингер (1803)
Первая изоляцияКарл Густав Мосандер (1838)
Главный изотопы церия
ИзотопИзобилиеПериод полураспада (т1/2)Режим распадаПродукт
134Ceсин3,16 гε134Ла
136Ce0.186%стабильный
138Ce0.251%стабильный
139Ceсин137,640 гε139Ла
140Ce88.449%стабильный
141Ceсин32,501 дβ−141Pr
142Ce11.114%стабильный
143Ceсин33,039 чβ−143Pr
144Ceсин284,893 дβ−144Pr
Категория Категория: Церий
| Рекомендации

Церий это химический элемент с символ Ce и атомный номер 58. Церий - это мягкий, пластичный, и серебристо-белый металл который тускнеет на воздухе и достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать ножом. Церий - второй элемент в лантаноид серии, и хотя он часто показывает +3 степень окисления характерный для серии, он также имеет стабильное состояние +4, не окисляющее воду. Также считается одним из редкоземельные элементы. Церий не играет биологической роли в организме человека и не очень токсичен.

Несмотря на то, что всегда встречается в сочетании с другими редкоземельными элементами в минералах, таких как минералы монацит и бастнезит групп, церий легко извлечь из его руд, так как его можно выделить среди лантаноидов по его уникальной способности окисляться до состояния +4. Это самый распространенный из лантаноидов, за которым следует неодим, лантан, и празеодим. Это 26-е место обильный элемент, составляя 66промилле земной коры, вдвое меньше хлор и в пять раз больше, чем вести.

Церий был первым из лантаноидов, обнаруженных в Bastnäs, Швеция, автор: Йенс Якоб Берцелиус и Вильгельм Хизингер в 1803 г. и независимо Мартин Генрих Клапрот в Германии в том же году. В 1839 г. Карл Густав Мосандер стал первым, кто изолировал металл. Сегодня церий и его соединения имеют множество применений: например, оксид церия (IV) используется для полировки стекла и является важной частью каталитические преобразователи. Металлический церий используется в ферроцерий зажигалки для своих пирофорный характеристики. Легированный церием YAG люминофор используется в сочетании с синим светодиоды для получения белого света в большинстве коммерческих источников белого светодиодного света.

Характеристики

Физический

Церий - второй элемент лантаноид серии. В периодической таблице он появляется между лантаноидами. лантан слева и празеодим справа и над актинид торий. Это пластичный металл с твердостью, подобной твердости серебро.[5] Его 58 электронов расположены в конфигурация [Xe] 4f15d16 с2, из которых четыре внешних электрона валентные электроны. Сразу после лантана 4f орбитали внезапно сокращаются и их энергия понижается до такой степени, что они легко участвуют в химических реакциях; однако этот эффект еще недостаточно силен для церия, и поэтому 5d подоболочка все еще занят.[6] Большинство лантаноидов могут использовать только три электрона в качестве валентных электронов, поскольку впоследствии оставшиеся 4f-электроны становятся слишком прочно связанными: церий является исключением из-за стабильности пустой f-оболочки в Ce.4+ и тот факт, что он появляется очень рано в ряду лантаноидов, где ядерный заряд все еще достаточно низок, пока неодим чтобы позволить удалить четвертый валентный электрон химическим путем.[7]

Фазовая диаграмма церия

Четыре аллотропный Известно, что формы церия существуют при стандартном давлении и имеют общие обозначения от α до δ:[8]

  • Высокотемпературная форма δ-церий имеет ОЦК (объемно-центрированный кубический ) кристаллической структуры и существует выше 726 ° C.
  • Стабильной формой ниже 726 ° C примерно до комнатной температуры является γ-церий с ГЦК (гранецентрированная кубическая ) Кристальная структура.
  • DHCP (двойной шестиугольный плотно упакованный ) форма β-церия представляет собой равновесную структуру примерно от комнатной температуры до -150 ° C.
  • ГЦК-форма α-церия стабильна при температуре ниже -150 ° C; имеет плотность 8,16 г / см3.
  • Другие твердые фазы, встречающиеся только при высоких давлениях, показаны на фазовой диаграмме.
  • Обе формы γ и β довольно стабильны при комнатной температуре, хотя температура равновесного превращения оценивается примерно в 75 ° C.[8]

Церий имеет переменную электронная структура. Энергия 4f-электрона почти такая же, как у внешних 5d- и 6s-электронов, которые делокализованы в металлическом состоянии, и для изменения относительной заселенности этих электронных уровней требуется лишь небольшое количество энергии. Это приводит к возникновению состояний с двойной валентностью. Например, изменение объема примерно на 10% происходит, когда церий подвергается воздействию высокого давления или низких температур. Похоже, что валентность изменяется от примерно 3 до 4 при охлаждении или сжатии.[9]

При более низких температурах поведение церия осложняется медленными скоростями превращения. Температуры трансформации подвержены значительному гистерезису, и указанные здесь значения являются приблизительными. При охлаждении ниже -15 ° C γ-церий начинает превращаться в β-церий, но превращение включает увеличение объема, и по мере образования большего количества β внутренние напряжения нарастают и подавляют дальнейшее превращение.[8] При охлаждении ниже примерно -160 ° C начнется образование α-церия, но только из оставшегося γ-церия. β-церий существенно не превращается в α-церий, за исключением наличия напряжения или деформации.[8] При атмосферном давлении жидкий церий более плотный, чем его твердая форма в точке плавления.[5][10][11]

Изотопы

Основная статья: Изотопы церия

Встречающийся в природе церий состоит из четырех изотопов: 136Се (0,19%), 138Ce (0,25%), 140Се (88,4%) и 142Се (11,1%). Все четверо наблюдательно стабильный, хотя легкие изотопы 136Ce и 138Теоретически ожидается, что Ce подвергнется обратному двойной бета-распад к изотопам барий, а самый тяжелый изотоп 142Ожидается, что Ce подвергнется двойному бета-распаду до 142Nd или альфа-распад до 138Ба. Кроме того, 140Ce будет выделять энергию на спонтанное деление. Ни один из этих режимов распада еще не наблюдался, хотя двойной бета-распад 136Ce, 138Ce и 142Ce были найдены экспериментально. Текущие экспериментальные пределы их периода полураспада:[12]

136Ce:> 3,8 × 1016 у
138Ce:> 5,7 × 1016 у
142Ce:> 5,0 × 1016 у

Все остальные изотопы церия синтетический и радиоактивный. Самыми стабильными из них являются 144Ce с периодом полураспада 284,9 суток, 139Ce с периодом полураспада 137,6 суток, и 141Ce с периодом полураспада 32,5 дня. Все другие радиоактивные изотопы церия имеют период полураспада менее четырех суток, а у большинства из них период полураспада менее десяти минут.[12] Изотопы между 140Ce и 144Ce включительно встречаются как продукты деления из уран.[12] Первичная мода распада изотопов легче 140Ce обратный бета-распад или же захват электронов к изотопы лантана, а у более тяжелых изотопов - бета-распад к изотопы празеодима.[12]

Редкость богатых протонами 136Ce и 138Ce объясняется тем, что они не могут быть получены в наиболее распространенных процессах звездный нуклеосинтез для элементов помимо железа s-процесс (медленный захват нейтронов ) и r-процесс (быстрый захват нейтронов). Это так, потому что они обходятся реакционным потоком s-процесса, а нуклиды r-процесса блокируются от распада на них более богатыми нейтронами стабильными нуклидами. Такие ядра называются р-ядра, и их происхождение еще не совсем понятно: некоторые предполагаемые механизмы их образования включают захват протонов а также фотодезинтеграция.[13] 140Ce является наиболее распространенным изотопом церия, так как он может быть получен как в s-, так и в r-процессах, в то время как 142Ce можно производить только в r-процессе. Еще одна причина обилия 140Ce в том, что это магическое ядро, имеющий замкнутую нейтронную оболочку (в ней 82 нейтрона), а значит, и очень низкий поперечное сечение в сторону дальнейшего захвата нейтронов. Хотя его протонное число 58 не является магическим, ему дается дополнительная стабильность, поскольку его восемь дополнительных протонов после магического числа 50 входят и завершают 1g.7/2 протонная орбиталь.[13] Содержание изотопов церия в природных источниках может очень незначительно отличаться, поскольку 138Ce и 140Ce - дочери долгожителей первичные радионуклиды 138Ла и 144Nd соответственно.[12]

Химия

Церий тускнеет на воздухе, образуя скалывание оксидный слой как утюг ржавчина; образец металлического церия размером сантиметр полностью корродирует примерно за год.[14] Он легко горит при 150 ° C с образованием бледно-желтого цвета. оксид церия (IV), также известный как церий:[15]

Ce + O2 → Генеральный директор2

Это может быть уменьшено до оксид церия (III) с газообразным водородом.[16] Металлический церий очень пирофорный, что означает, что при шлифовании или царапании образовавшаяся стружка загорается.[17] Эта реактивность соответствует периодические тенденции, поскольку церий - один из первых, а значит, и самый крупный (по радиус атома ) лантаноиды.[18] Оксид церия (IV) имеет флюорит строение, аналогично диоксидам празеодима и тербий. Много нестехиометрический халькогениды также известны, наряду с трехвалентным Ce2Z3 (Z = S, Se, Te ). Монохалькогениды CeZ проводят электричество, и их лучше сформулировать как Ce3+Z2−е−. Пока CeZ2 известны, они являются полихалькогенидами с церием (III): халькогениды церия (IV) остаются неизвестными.[16]

Оксид церия (IV)

Церий - металл с высокой электроположительностью и реагирует с водой. Реакция протекает медленно с холодной водой, но ускоряется с повышением температуры с образованием гидроксида церия (III) и газообразного водорода:[15]

2 Ce (s) + 6 H2O (l) → 2 Ce (OH)3 (водн.) + 3 H2 (грамм)

Металлический церий реагирует со всеми галогенами с образованием тригалогенидов:[15]

2 Ce (s) + 3 F2 (г) → 2 CeF3 (s) [белый]
2 Ce (s) + 3 Cl2 (г) → 2 CeCl3 (s) [белый]
2 Ce (s) + 3 Br2 (г) → 2 CeBr3 (s) [белый]
2 Ce (s) + 3 I2 (г) → 2 CeI3 (s) [желтый]

Реакция с избытком фтора дает стабильный белый тетрафторид CeF.4; другие тетрагалогениды неизвестны. Из дигалогенидов только дийодид бронзы CeI2 известен; как дииодиды лантана, празеодима и гадолиний, это церий (III) электрид сложный.[19] Истинные соединения церия (II) ограничены несколькими необычными церийорганическими комплексами.[20][21]

Церий легко растворяется в разбавленных серная кислота для образования растворов, содержащих бесцветный Ce3+ ионы, которые существуют как [Ce (H
2O)
9]3+
 комплексы:[15]

2 Ce (s) + 3 H2ТАК4 (водн.) → 2 Ce3+ (водн.) + 3 ТАК2−
4 (водн.) + 3 H2 (грамм)

Растворимость церия намного выше в метансульфоновая кислота.[22] Церий (III) и тербий (III) имеют ультрафиолетовый полосы поглощения относительно высокой интенсивности по сравнению с другими лантаноидами, так как их конфигурации (на один электрон больше, чем пустая или наполовину заполненная f-подоболочка соответственно) облегчают переходы f → d лишним f электронам вместо запрещенных f → f переходы остальных лантаноидов.[23] Сульфат церия (III) одна из немногих солей, растворимость в воде уменьшается с повышением температуры.[24]

Аммиачная селитра церия

Водные растворы церия (IV) могут быть приготовлены путем взаимодействия растворов церия (III) с сильными окислителями. пероксодисульфат или же висмутат. Значение E⦵(Ce4+/ Ce3+) широко варьируется в зависимости от условий из-за относительной легкости образования комплексов и гидролиза с различными анионами, хотя +1,72 В является обычно репрезентативным значением; это для E⦵(Ce3+/ Ce) составляет -2,34 В. Церий - единственный лантаноид, который имеет важные водные и координационные химические свойства в степени окисления +4.[25][26] Из-за перенос заряда лиганда на металл водные ионы церия (IV) имеют оранжево-желтый цвет.[27] Водный церий (IV) метастабилен в воде.[28][26] и является сильным окислителем, который окисляет соляная кислота давать хлор газ.[25] Например, аммиачная селитра церия является обычным окислителем в органическая химия, высвобождая органические лиганды из карбонилы металлов.[29] в Реакция Белоусова – Жаботинского церий колеблется между состояниями окисления +4 и +3, чтобы катализировать реакцию.[30] Соли церия (IV), особенно сульфат церия (IV), часто используются как стандартные реагенты для объемный анализ в цериметрическое титрование.[31]

Нитратный комплекс [Ce (НЕТ
3)
6]2−
 является наиболее распространенным комплексом церия, встречающимся при использовании церия (IV), является окислителем: он и его аналог церия (III) [Ce (НЕТ
3)
6]3−
 иметь 12 координат икосаэдр молекулярная геометрия, а [Ce (НЕТ
3)
6]2−
 имеет 10-координатный двойной додекадельтаэдр молекулярная геометрия. Нитраты церия также образуют комплексы 4: 3 и 1: 1 с 18-крон-6 (отношение, относящееся к соотношению между церием и краун-эфир ). Галогенсодержащие комплексные ионы, такие как CeF4−
8, CeF2−
6, и апельсин CeCl2−
6 также известны.[25] Органоцериевая химия похож на другой лантаноиды, в первую очередь циклопентадиенил и циклооктатетраенил соединения. Церий (III) циклооктатетраенильное соединение имеет ураноцен структура.[32]

Церий (IV)

Несмотря на общее название соединений церия (IV), японский спектроскопист Акио Котани писал: «подлинного образца церия (IV) не существует». Причину этого можно увидеть в структуре самого церия, который всегда содержит некоторые октаэдрические вакансии, в которые, как ожидается, попадут атомы кислорода, и его лучше рассматривать как нестехиометрическое соединение с химической формулой CeO2−Икс. Кроме того, каждый атом церия в оксиде церия не теряет все четыре своих валентных электрона, но частично сохраняет последний, что приводит к степени окисления от +3 до +4.[33][34] Даже предположительно чисто четырехвалентные соединения, такие как CeRh3, Генеральный директор5, или сам церий имеют Рентгеновская фотоэмиссия и Поглощение рентгеновских лучей спектры более характерны для соединений промежуточной валентности.[35] Электрон 4f в цероцен, Ce (C
8ЧАС
8)
2, неоднозначно балансирует между локализацией и делокализацией, и это соединение также считается промежуточно-валентным.[34]

История

Карликовая планета Церера, в честь которого назван церий

Церий был обнаружен в Bastnäs в Швеции Йенс Якоб Берцелиус и Вильгельм Хизингер, и независимо в Германии Мартин Генрих Клапрот, оба в 1803 г.[36] Церий был названный Берцелиуса после карликовая планета Церера, обнаруженный двумя годами ранее.[36][37] Сама карликовая планета названа в честь римской богини земледелия, зерновых культур, плодородия и материнских отношений. Церера.[36]

Первоначально церий был выделен в виде его оксида, который получил название церия, термин, который все еще используется. Сам металл был слишком электроположительным, чтобы его можно было изолировать с помощью современной технологии плавки, что характерно для редкоземельных металлов в целом. После разработки электрохимия к Хэмфри Дэви пять лет спустя на Земле вскоре появились содержащиеся в ней металлы. Церий, выделенный в 1803 г., содержал все лантаноиды, присутствующие в церитовой руде из Бастнеса, Швеция, и, таким образом, содержал только около 45% того, что сейчас известно как чистый церий. Он не был до тех пор Карл Густав Мосандер удалось удалить лантану и "дидимия" в конце 1830-х годов этот церий был получен в чистом виде. Вильгельм Хизингер был богатым владельцем шахты и ученым-любителем, спонсором Берцелиуса. Он владел рудником в Бастнесе и контролировал его, и в течение многих лет пытался выяснить состав обильной тяжелой пустой породы («Вольфрам Бастнеса», который, несмотря на свое название, не содержал вольфрам ), теперь известный как церит, который он имел в своей шахте.[37] Мосандер и его семья много лет жили в том же доме, что и Берцелиус, и Берцелиус, несомненно, убедил Мосандра продолжить исследование церия.[38][39][40][41]

Возникновение и производство

Церий является самым распространенным из всех лантаноидов, составляя 66промилле земной коры; это значение сразу отстает от медь (68 частей на миллион), а церий даже более распространен, чем обычные металлы, такие как вести (13 частей на миллион) и банка (2,1 частей на миллион). Таким образом, несмотря на свое положение в качестве одного из так называемых редкоземельные металлы, церий вообще-то не редкость.[42] Содержание церия в почве колеблется от 2 до 150 частей на миллион, в среднем 50 частей на миллион; морская вода содержит 1,5 части на триллион церия.[37] Церий встречается в различных минералах, но наиболее важными коммерческими источниками являются минералы монацит и бастнезит группы, где он составляет около половины содержания лантаноидов. Монацит- (Ce) является наиболее распространенным представителем монацитов, причем «-Ce» является суффиксом Левинсона, информирующим о доминировании конкретного представителя элемента РЗЭ.[43][44][45] Также бастнезит с преобладанием церия (Ce) является наиболее важным из бастнезитов.[46][43] Церий - лантаноид, который легче всего извлечь из минералов, потому что он единственный, который может достичь стабильной степени окисления +4 в водном растворе.[47] Из-за пониженной растворимости церия в степени окисления +4 церий иногда обедняется из горных пород по сравнению с другими редкоземельными элементами и включается в циркон, поскольку Ce4+ и Zr4+ имеют одинаковый заряд и одинаковые ионные радиусы.[48] В крайних случаях церий (IV) может образовывать собственные минералы, отделенные от других редкоземельных элементов, таких как церианит (правильно названный церианит- (Ce)[49][45][43]), (Ce, Th) O
2.[50][51][52]

Кристаллическая структура бастнезита- (Ce). Цветовой код: карбон, C, серо-голубой; фтор, F, зеленый; церий, Ce, белый; кислород, О, красный.

Бастнэсите, пер.IIICO3F, как правило, отсутствует в торий и тяжелые лантаноиды за пределами самарий и европий, а значит, извлечение церия из него довольно прямое. Сначала бастнезит очищается с помощью разбавленного соляная кислота удалять карбонат кальция примеси. Затем руда обжигается на воздухе, чтобы окислить ее до оксидов лантаноидов: в то время как большая часть лантаноидов будет окислена до полуторных оксидов Ln.2О3, церий будет окисляться до диоксида CeO2. Он нерастворим в воде и может быть выщелочен 0,5 М соляной кислотой, оставляя позади другие лантаноиды.[47]

Порядок получения монацита, (Ln, Th) PO
4, который обычно содержит все редкоземельные элементы, а также торий. Монацит из-за его магнитных свойств может быть разделен многократным электромагнитным разделением. После разделения его обрабатывают горячей концентрированной серной кислотой для получения водорастворимых сульфатов редкоземельных элементов. Кислые фильтраты частично нейтрализуются едкий натр до pH 3–4. Торий выпадает из раствора в виде гидроксида и удаляется. После этого раствор обрабатывают оксалат аммония превращать редкие земли в их нерастворимые оксалаты. Оксалаты превращаются в оксиды при отжиге. Оксиды растворяются в азотной кислоте, но оксид церия не растворяется в HNO.3 и, следовательно, выпадает в осадок.[11] При обращении с некоторыми остатками необходимо соблюдать осторожность, поскольку они содержат 228Ра, дочь 232Th - сильный гамма-излучатель.[47]

Приложения

Карл Ауэр фон Вельсбах, открывший множество применений церия

Первое использование церия было в газовые мантии, изобретенный австрийским химиком Карл Ауэр фон Вельсбах. В 1885 году он ранее экспериментировал со смесями магний, оксиды лантана и иттрия, но они дали зеленый оттенок и оказались безуспешными.[53] Шесть лет спустя он обнаружил, что чистый оксид тория давал гораздо лучший, хотя и голубой, свет, и смешивание его с диоксидом церия давало яркий белый свет.[54] Кроме того, диоксид церия также действует как катализатор горения оксида тория. Это привело к большому коммерческому успеху фон Вельсбаха и его изобретения и создало большой спрос на торий; его производство привело к одновременному извлечению большого количества лантаноидов в качестве побочных продуктов.[55] Вскоре они нашли применение, особенно в пирофорном сплаве, известном как "мишметалл «состоит из 50% церия, 25% лантана, а остальное - других лантаноидов, которые широко используются для изготовления более легких кремней.[55] Обычно железо также добавляют для образования сплава, известного как ферроцерий, также изобретенный фон Вельсбахом.[56] Из-за химического сходства лантаноидов химическое разделение обычно не требуется для их применения, такого как смешивание мишметалла со сталью для повышения ее прочности и обрабатываемости, или в качестве катализаторов крекинга нефти.[47] Это свойство церия спасло писателю жизнь. Примо Леви на Концентрационный лагерь Освенцим, когда он нашел запас ферроцериевого сплава и обменял его на еду.[57]

Церий - наиболее широко используемое соединение церия. Основное применение оксида церия - это полироль, например, в химико-механическое выравнивание (CMP). В этом приложении оксид церия заменил оксиды других металлов для производства высококачественных оптических поверхностей.[56] Основной автомобильный применения для нижнего полуторного оксида как каталитический нейтрализатор для окисления CO и НЕТИкс выбросы в выхлопные газы автомобилей,[58][59] Церия также использовалась как заменитель его радиоактивного родственного соединения. тория, например, при производстве электродов, используемых в газовая вольфрамовая дуговая сварка, где оксид церия в качестве легирующего элемента улучшает стабильность дуги и легкость зажигания, уменьшая при этом выгорание.[60] Сульфат церия (IV) используется как окислитель в количественном анализе. Церий (IV) в метансульфоновая кислота Растворы применяются в электросинтезе в промышленных масштабах в качестве перерабатываемого окислителя.[61] Нитрат церия-аммония используется в качестве окислителя в органической химии и травлении электронных компонентов, а также в качестве основного стандарта для количественного анализа.[5][62]

Фотостабильность пигментов можно повысить добавлением церия. Он придает пигментам светостойкость и предотвращает потемнение прозрачных полимеров на солнце. Телевизионные стеклянные пластины подвергаются бомбардировке электронами, которая имеет тенденцию затемнять их, создавая F-центр центры окраски. Этот эффект подавляется добавлением оксида церия. Церий также является важным компонентом люминофоров, используемых в экранах телевизоров и люминесцентных лампах.[63][64] Сульфид церия образует красный пигмент, который сохраняет стабильность до 350 ° C. Пигмент - нетоксичная альтернатива сульфид кадмия пигменты.[37]

Церий используется в качестве легирующего элемента в алюминии для создания литейных эвтектических сплавов, сплавов Al-Ce с 6–16 мас.% Ce, к которым можно дополнительно добавлять Mg и / или Si; эти сплавы обладают отличной жаропрочностью.[65]

Биологическая роль и меры предосторожности

Церий
Опасности
Пиктограммы GHSGHS02: Легковоспламеняющийся GHS07: Вредно
Сигнальное слово GHSОпасность
H228, H302, H312, H332, H315, H319, H335
P210, P261, P280, P301, P312, P330, P305, P351, P338, P370, P378[66]
NFPA 704 (огненный алмаз)

Церий не играет известной биологической роли в организме человека, но также не очень токсичен; он не накапливается в пищевой цепи в сколько-нибудь заметной степени. Поскольку он часто встречается вместе с кальцием в фосфатных минералах, а кости в первую очередь фосфат кальция церий может накапливаться в костях в небольших количествах, которые не считаются опасными. Церий, как и другие лантаноиды, влияет на метаболизм человека, снижает уровень холестерина, артериальное давление, аппетит и риск свертывания крови.[нужна цитата ]

Нитрат церия эффективное местное противомикробное лечение ожоги третьей степени,[37][67] хотя большие дозы могут привести к отравлению церием и метгемоглобинемия.[68] Ранние лантаноиды действуют как важные кофакторы метанолдегидрогеназы метанотрофный бактерия Methylacidiphilum fumariolicum SolV, для которого только лантан, церий, празеодим и неодим примерно одинаково эффективны.[69]

Как и все редкоземельные металлы, церий имеет токсичность от низкой до умеренной. Сильный восстановитель, самовоспламеняется на воздухе при температуре от 65 до 80 ° C. Пары цериевых пожаров ядовиты. Не следует использовать воду для тушения возгорания церия, поскольку церий реагирует с водой с образованием газообразного водорода. Рабочие, подвергшиеся воздействию церия, испытывают зуд, чувствительность к теплу и кожные поражения. Церий не токсичен при употреблении в пищу, но животные, которым вводили большие дозы церия, умерли из-за сердечно-сосудистого коллапса.[37] Церий более опасен для водных организмов из-за того, что он повреждает клеточные мембраны, но это не серьезный риск, поскольку он плохо растворяется в воде.[37]

Рекомендации

  1. ^ Мейя, Юрис; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)». Чистая и прикладная химия. 88 (3): 265–91. Дои:10.1515 / pac-2015-0305.
  2. ^ Основные уровни и энергии ионизации нейтральных атомов, NIST
  3. ^ Лиде, Д. Р., изд. (2005). «Магнитная восприимчивость элементов и неорганических соединений». CRC Справочник по химии и физике (PDF) (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN  0-8493-0486-5.
  4. ^ Weast, Роберт (1984). CRC, Справочник по химии и физике. Бока-Ратон, Флорида: Издательство Chemical Rubber Company. стр. E110. ISBN  0-8493-0464-4.
  5. ^ а б c Лиде, Д. Р., изд. (2005). CRC Справочник по химии и физике (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN  0-8493-0486-5.
  6. ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1232–5.
  7. ^ Холлеман, Арнольд Фредерик; Виберг, Эгон (2001), Виберг, Нильс (ред.), Неорганическая химия, переведенный Иглсоном, Мэри; Брюэр, Уильям, Сан-Диего / Берлин: Academic Press / De Gruyter, стр. 1703–5, ISBN  0-12-352651-5
  8. ^ а б c d Koskimaki, D.C .; Gschneidner, K. A .; Панусис, Н. Т. (1974). «Подготовка однофазных образцов церия β и α для низкотемпературных измерений». Журнал роста кристаллов. 22 (3): 225–229. Bibcode:1974JCrGr..22..225K. Дои:10.1016/0022-0248(74)90098-0.
  9. ^ Йоханссон, Бёрье; Ло, Вэй; Ли, Са; Ахуджа, Раджив (17 сентября 2014 г.). «Церий; кристаллическая структура и положение в периодической таблице». Научные отчеты. 4: 6398. Bibcode:2014НатСР ... 4E6398J. Дои:10.1038 / srep06398. ЧВК  4165975. PMID  25227991.
  10. ^ Stassis, C .; Gould, T .; McMasters, O .; Gschneidner, K .; Никлоу, Р. (1979). «Решеточная и спиновая динамика γ-Ce». Физический обзор B. 19 (11): 5746–5753. Bibcode:1979PhRvB..19.5746S. Дои:10.1103 / PhysRevB.19.5746.
  11. ^ а б Патнаик, Прадёт (2003). Справочник неорганических химических соединений. Макгроу-Хилл. С. 199–200. ISBN  978-0-07-049439-8.
  12. ^ а б c d е Audi, G .; Кондев, Ф. Г .; Wang, M .; Huang, W. J .; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF). Китайская физика C. 41 (3): 030001. Bibcode:2017ЧФК..41с0001А. Дои:10.1088/1674-1137/41/3/030001.
  13. ^ а б Кэмерон, А. Г. У. (1973). «Изобилие элементов в Солнечной системе» (PDF). Обзоры космической науки. 15 (1): 121–146. Bibcode:1973ССРв ... 15..121С. Дои:10.1007 / BF00172440. S2CID  120201972.
  14. ^ «Испытание на длительное воздействие воздуха на редкоземельные металлы». Получено 2009-08-08.
  15. ^ а б c d «Химические реакции церия». Веб-элементы. Получено 9 июля 2016.
  16. ^ а б Гринвуд и Эрншоу, стр. 1238–129.
  17. ^ Грей, Теодор (2010). Элементы. Black Dog & Leventhal Pub. ISBN  978-1-57912-895-1.
  18. ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1235–128.
  19. ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1240–2.
  20. ^ Михаил Николаевич Бочкарев (2004). «Молекулярные соединения« новых »двухвалентных лантаноидов». Обзоры координационной химии. 248 (9–10): 835–851. Дои:10.1016 / j.ccr.2004.04.004.
  21. ^ М. Кристина Кассани; Юрий К. Гунько; Питер Б. Хичкок; Александр Г. Халкс; Алексей В. Хвостов; Майкл Ф. Лапперт; Андрей В. Протченко (2002). «Аспекты неклассической химии лантаноидов». Журнал металлоорганической химии. 647 (1–2): 71–83. Дои:10.1016 / s0022-328x (01) 01484-x.
  22. ^ Kreh, Роберт П .; Спотниц, Роберт М .; Лундквист, Джозеф Т. (1989). «Опосредованный электрохимический синтез ароматических альдегидов, кетонов и хинонов с использованием метансульфоната церия». Журнал органической химии. 54 (7): 1526–1531. Дои:10.1021 / jo00268a010.
  23. ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1242–4.
  24. ^ Дэниел Л. Регер; Скотт Р. Гуд; Дэвид Уоррен Болл (2 января 2009 г.). Химия: принципы и практика. Cengage Learning. п. 482. ISBN  978-0-534-42012-3. Получено 23 марта 2013.
  25. ^ а б c Гринвуд и Эрншоу, стр. 1244–128.
  26. ^ а б Валле, Валери; Пурре, Оливье; Педро, Матье; Баник, Нидху Лал; Реаль, Флоран; Марсак, Реми (10.10.2017). «Водная химия Ce (IV): оценки с использованием аналогов актинидов» (PDF). Dalton Transactions. 46 (39): 13553–13561. Дои:10.1039 / C7DT02251D. ISSN  1477-9234. PMID  28952626.
  27. ^ Sroor, Farid M.A .; Эдельманн, Франк Т. (2012). «Лантаноиды: четырехвалентные неорганические соединения». Энциклопедия неорганической и биоинорганической химии. Дои:10.1002 / 9781119951438.eibc2033. ISBN  978-1-119-95143-8.
  28. ^ Макгилл, Ян. «Редкоземельные элементы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. 31. Вайнхайм: Wiley-VCH. п. 190. Дои:10.1002 / 14356007.a22_607.
  29. ^ Brener, L .; McKennis, J. S .; Петтит Р. (1976). «Циклобутадиен в синтезе: эндо-трицикло [4.4.0.02,5] дека-3,8-диен-7,10-дион». Орг. Синтезатор. 55: 43. Дои:10.15227 / orgsyn.055.0043.
  30. ^ Белоусов Б.П. (1959). "Периодически действующая реакция и ее механизм" [Периодически действующая реакция и ее механизм]. Сборник рефератов по радиационной медицине (на русском). 147: 145.
  31. ^ Гшнейднер К.А., ред. (2006). "Глава 229: Применение соединений четырехвалентного церия". Справочник по физике и химии редких земель, том 36. Нидерланды: Эльзевир. С. 286–288. ISBN  978-0-444-52142-2.
  32. ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1248–129.
  33. ^ Селла, Андреа. «Химия в своем элементе: церий». 2016. Получено 25 июля 2016.
  34. ^ а б Шелтер, Эрик Дж. (20 марта 2013 г.). «Церий под линзой». Химия природы. 5 (4): 348. Bibcode:2013НатЧ ... 5..348С. Дои:10.1038 / nchem.1602. PMID  23511425.
  35. ^ Krill, G .; Kappler, J. P .; Мейер, А .; Абадлы, Л .; Раве, М. Ф. (1981). «Поверхностные и объемные свойства атомов церия в некоторых интерметаллических соединениях церия: измерения XPS и рентгеновского поглощения». Журнал физики F: физика металлов. 11 (8): 1713–1725. Bibcode:1981JPhF ... 11,1713K. Дои:10.1088/0305-4608/11/8/024.
  36. ^ а б c «Визуальные элементы: церий». Лондон: Королевское химическое общество. 1999–2012. Получено 31 декабря, 2009.
  37. ^ а б c d е ж грамм Эмсли, Джон (2011). Строительные блоки природы: руководство по элементам от А до Я. Издательство Оксфордского университета. С. 120–125. ISBN  978-0-19-960563-7.
  38. ^ Недели, Мэри Эльвира (1956). Открытие элементов (6-е изд.). Истон, Пенсильвания: Журнал химического образования.
  39. ^ Недели, Мэри Эльвира (1932). «Открытие элементов: XI. Некоторые элементы, выделенные с помощью калия и натрия: цирконий, титан, церий и торий». Журнал химического образования. 9 (7): 1231–1243. Bibcode:1932JChEd ... 9.1231W. Дои:10.1021 / ed009p1231.
  40. ^ Маршалл, Джеймс Л. Маршалл; Маршалл, Вирджиния Р. Маршалл (2015). «Повторное открытие элементов: редкие земли - начало» (PDF). Шестиугольник: 41–45. Получено 30 декабря 2019.
  41. ^ Маршалл, Джеймс Л. Маршалл; Маршалл, Вирджиния Р. Маршалл (2015). «Повторное открытие элементов: редкие земли - смутные годы» (PDF). Шестиугольник: 72–77. Получено 30 декабря 2019.
  42. ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1294
  43. ^ а б c Берк, Эрнст А.Дж. (2008). «Использование суффиксов в названиях минералов» (PDF). Элементы. 4 (2): 96. Получено 7 декабря 2019.
  44. ^ «Монацит- (Ce): информация о минералах, данные и местонахождение». www.mindat.org.
  45. ^ а б «CNMNC». nrmima.nrm.se. Архивировано из оригинал на 2019-08-10. Получено 2018-10-06.
  46. ^ "Bastnäsite- (Ce): Минеральная информация, данные и местонахождение". www.mindat.org.
  47. ^ а б c d Гринвуд и Эрншоу, стр. 1229–1232.
  48. ^ Thomas, J. B .; Bodnar, R.J .; Shimizu, N .; Чеснер, К. А. (2003). «Включения расплава в цирконе». Обзоры по минералогии и геохимии. 53 (1): 63–87. Bibcode:2003RvMG ... 53 ... 63T. Дои:10.2113/0530063.
  49. ^ «Церианит- (Ce): информация о минералах, данные и местонахождение».
  50. ^ Грэм, А. Р. (1955). "Церианит CeO2: новый минерал оксид редкоземельного металла ». Американский минералог. 40: 560–564.
  51. ^ "Mindat.org - Шахты, полезные ископаемые и многое другое". www.mindat.org.
  52. ^ nrmima.nrm.se
  53. ^ Льюис, Вивиан Байам (1911). "Освещение". В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия. 16 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 656.
  54. ^ Wickleder, Mathias S .; Фурест, Бландин; Дорхаут, Питер К. (2006). «Торий». In Morss, Lester R .; Эдельштейн, Норман М .; Фугер, Жан (ред.). Химия актинидных и трансактинидных элементов (PDF). 3 (3-е изд.). Дордрехт, Нидерланды: Springer. С. 52–160. Дои:10.1007/1-4020-3598-5_3. ISBN  978-1-4020-3555-5. Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-03-07.
  55. ^ а б Гринвуд и Эрншоу, стр. 1228
  56. ^ а б Клаус Рейнхардт и Хервиг Винклер в статье «Церий мишметалл, сплавы церия и соединения церия» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2000 г., Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.a06_139
  57. ^ Уилкинсон, Том (6 ноября 2009 г.). "Книга жизни: Периодическая таблица, Примо Леви". Независимый. Получено 25 октября 2016.
  58. ^ Блейвас, Д. (2013). Возможности восстановления церия, содержащегося в автомобильных каталитических преобразователях. Рестон, Вирджиния: Министерство внутренних дел США, Геологическая служба США.
  59. ^ «Катализатор deNOx компании Argonne начинает обширные испытания выхлопных газов дизельного двигателя». Аргоннская национальная лаборатория. Архивировано из оригинал на 2015-09-07. Получено 2014-06-02.
  60. ^ AWS D10.11M / D10.11 - Американский национальный стандарт - Руководство по сварке корневого прохода трубы без подкладки. Американское сварочное общество. 2007 г.
  61. ^ Arenas, L.F .; Понсе де Леон, С .; Уолш, Ф.К. (2016). «Электрохимические окислительно-восстановительные процессы с участием растворимых частиц церия» (PDF). Electrochimica Acta. 205: 226–247. Дои:10.1016 / j.electacta.2016.04.062.
  62. ^ Гупта, К. К. и Кришнамурти, Нагаяр (2004). Добывающая металлургия редкоземельных элементов. CRC Press. п. 30. ISBN  978-0-415-33340-5.
  63. ^ Диоксид церия В архиве 2013-03-02 в Wayback Machine. nanopartikel.info (02.02.2011)
  64. ^ Троварелли, Алессандро (2002). Катализ церием и родственными материалами. Imperial College Press. С. 6–11. ISBN  978-1-86094-299-0.
  65. ^ Симс, Захари (2016). «Усиленный интерметаллидами алюминиевый литейный сплав на основе церия: разработка крупномасштабных побочных продуктов». JOM. 68 (7): 1940–1947. Bibcode:2016JOM .... 68g1940S. Дои:10.1007 / s11837-016-1943-9. OSTI  1346625. S2CID  138835874.
  66. ^ «Церий GF39030353».
  67. ^ Дай, Тяньхун; Хуан Инь-Инь; Sharma, Sulbha K .; Хашми, Джавад Т .; Куруп, Дивья Б .; Хэмблин, Майкл Р. (2010). «Противомикробные препараты местного действия при ожоговых раневых инфекциях». Недавние открытия Pat Antiinfect Drug Discov. 5 (2): 124–151. Дои:10.2174/157489110791233522. ЧВК  2935806. PMID  20429870.
  68. ^ Аттоф, Рашид; Маньен, Кристоф; Бертен-Магит, Марк; Оливье, Лора; Тиссо, Сильви; Пети, Поль (2007). «Метгемоглобинемия при отравлении нитратом церия». Ожоги. 32 (8): 1060–1061. Дои:10.1016 / j.burns.2006.04.005. PMID  17027160.
  69. ^ Поль, Арьян; Barends, Thomas R.M .; Дитль, Андреас; Khadem, Ahmad F .; Эйгенштейн, Джелле; Jetten, Mike S.M .; Оп Ден Кэмп, Хуб Дж. М. (2013). «Редкоземельные металлы необходимы для метанотрофной жизни в вулканических грязевых котлах». Экологическая микробиология. 16 (1): 255–264. Дои:10.1111/1462-2920.12249. PMID  24034209.

Библиография