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.

Содержание

  1. Что представляет собой
  2. Как был открыт и назван
  3. Как представлен в природе
  4. Где и как добывается
  5. Получение
  6. Физико-химические характеристики
  7. Где используется
  8. Атомный сектор
  9. Металлургия
  10. Другие отрасли промышленности
  11. Медицина
  12. Материалы поколения 2.0
  13. Ограничения
  14. Стоимость
  15. 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, «» 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

    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 Атомная масса
    (молярная масса) Электронная конфигурация Радиус атома Химические свойства Ковалентный радиус Радиус иона Электроотрицательность Электродный потенциал Степени окисления Энергия ионизации (первый электрон) Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у.) Температура плавления Температура кипения Уд. теплота плавления Уд. теплота испарения Молярная теплоёмкость Молярный объём Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки Параметры решётки Прочие характеристики Теплопроводность Номер CAS
    Це́рий / Cerium (Ce), 58
    140,116(1) а. е. м. (г/моль)
    [Xe]4f15d16s2
    181 пм
    165 пм
    (+4e) 92 103.(+3e) 4 пм
    1,12 (шкала Полинга)
    Ce←Ce3+ −2,34 В
    4, 3
     540,1 (5,60) кДж/моль (эВ)
    6,757 г/см³
    1072 K
    3699 K
    5,2 кДж/моль
    398 кДж/моль
    26,94 Дж/(K·моль)
    21,0 см³/моль
    кубическая
    гранецентрированная
    5,160 Å
    (300 K) 11,3 Вт/(м·К)
    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

    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.

    Источник: jgems.ru

    Читайте также  Компот из абрикосов с косточками — 4 пошаговых рецепта на зиму
Я в Моде
Добавить комментарий