Cerium er den ubestridte «storebroren» i den store familien av sjeldne jordartsmetaller. For det første er den totale mengden sjeldne jordartsmetaller i jordskorpen 238 ppm, med cerium på 68 ppm, som står for 28 % av den totale sammensetningen av sjeldne jordartsmetaller og rangerer først. For det andre er cerium det andre sjeldne jordartsmetallet som ble oppdaget ni år etter oppdagelsen av yttrium (1794). Bruksområdet er svært omfattende, og «cerium» er ustoppelig.
Oppdagelsen av cerium-elementet
Carl Auer von Welsbach
Cerium ble oppdaget og navngitt i 1803 av tyske Kloppers, svensk kjemiker Jöns Jakob Berzelius og svensk mineralog Wilhelm Hisinger. Det kalles ceria, og malmen kalles ceritt, til minne om Ceres, en asteroide som ble oppdaget i 1801. Faktisk er denne typen ceriumsilikat et hydrert salt som inneholder 66 % til 70 % cerium, mens resten er forbindelser av kalsium, jern og ...yttrium.
Den første bruken av cerium var en gasspeis oppfunnet av den østerrikske kjemikeren Carl Auer von Welsbach. I 1885 forsøkte han en blanding av magnesium, lantan og yttriumoksid, men disse blandingene sendte ut et grønt lys uten hell.
I 1891 fant han ut at rent thoriumoksid produserte et bedre lys, selv om det var blått, og blandet med cerium(IV)oksid for å produsere et sterkt hvitt lys. I tillegg kan cerium(IV)oksid også brukes som katalysator for forbrenning av thoriumoksid.
Ceriummetall
★ Cerium er et duktilt og mykt sølvhvitt metall med aktive egenskaper. Når det utsettes for luft, oksideres det og danner et rustlignende, avskallende oksidlag. Ved oppvarming brenner det og reagerer raskt med vann. En centimeterstor ceriummetallprøve korroderer fullstendig i løpet av omtrent et år. Unngå kontakt med luft, sterke oksidanter, sterke syrer og halogener.
★ Cerium finnes hovedsakelig i monazitt og bastnesitt, samt i fisjonsprodukter av uran, thorium og plutonium. Forurensning av vannforekomster er skadelig for miljøet, og det bør derfor vies spesiell oppmerksomhet.
★ Cerium er det 26. mest forekommende grunnstoffet, og utgjør 68 ppm i jordskorpen, nest etter kobber (68 ppm). Cerium er mer rikelig enn vanlige metaller som bly (13 ppm) og tinn (2,1 ppm).
Cerium-elektronkonfigurasjon
Elektroniske ordninger:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f1 5d1
★ Cerium ligger etter lantan og har 4f-elektroner som starter fra cerium, noe som gjør det enkelt å delta i kjemiske reaksjoner. Imidlertid er ceriums 5d-orbital opptatt, og denne effekten er ikke sterk nok i cerium.
★ De fleste lantanider kan bare bruke tre elektroner som valenselektron, med unntak av cerium, som har en variabel elektronisk struktur. Energien til 4f-elektronene er nesten den samme som den til de eksterne 5d- og 6s-elektronene som er delokalisert i metalltilstanden, og bare en liten mengde energi er nødvendig for å endre den relative okkupasjonen av disse elektroniske energinivåene, noe som resulterer i dobbel valens på +3 og +4. Normaltilstanden er +3 valens, som viser +4 valens i anaerobt vann.
Påføring av cerium
★ Kan brukes som legeringstilsetning og til produksjon av ceriumsalter, etc.
★ Det kan brukes som glassadditiv for å absorbere ultrafiolette og infrarøde stråler, og er mye brukt i bilglass.
★ Kan brukes som et utmerket miljøvernmateriale, og for tiden er det mest representative katalysatoren for rensing av bileksos, som effektivt forhindrer at en stor mengde bileksos slippes ut i luften.
★ Lyssjeldne jordartselementerhovedsakelig bestående av cerium, da plantevekstregulatorer kan forbedre avlingskvaliteten, øke avlingen og forbedre avlingens stressresistens.
★ Ceriumsulfid kan erstatte metaller som bly og kadmium som er skadelige for miljøet og mennesker i pigmenter, kan farge plast, og kan også brukes i belegg- og blekkindustrien.
★Cerium(IV)oksidkan brukes som poleringsmiddel, for eksempel i kjemisk-mekanisk polering (CMP).
★ Cerium kan også brukes som hydrogenlagringsmaterialer, termoelektriske materialer, ceriumwolframelektroder, keramisk kondensator, piezoelektrisk keramikk, ceriumsilisiumkarbid-slipemidler, brenselcelle-råvarer, bensinkatalysatorer, permanentmagnetiske materialer, medisinske materialer, ulike legeringsstål og ikke-jernholdige metaller.
Publisert: 03.07.2023