Cerium är den obestridda "storebrodern" i den stora familjen av sällsynta jordartsmetaller. För det första är den totala förekomsten av sällsynta jordartsmetaller i jordskorpan 238 ppm, med cerium på 68 ppm, vilket står för 28 % av den totala sammansättningen av sällsynta jordartsmetaller och rankas först; för det andra är cerium det andra sällsynta jordartsmetallelementet som upptäcktes nio år efter upptäckten av yttrium (1794). Dess tillämpning är mycket omfattande, och "cerium" är ostoppbart.
Upptäckten av ceriumelementet
Carl Auer von Welsbach
Cerium upptäcktes och namngavs 1803 av tyske Kloppers, den svenske kemisten Jöns Jakob Berzelius och den svenske mineralogen Wilhelm Hisinger. Det kallas ceria, och dess malm kallas cerit, till minne av Ceres, en asteroid som upptäcktes 1801. Faktum är att denna typ av ceriumsilikat är ett hydratiserat salt som innehåller 66 % till 70 % cerium, medan resten är föreningar av kalcium, järn och ...yttrium.
Den första användningen av cerium var en gaseldstad som uppfanns av den österrikiske kemisten Carl Auer von Welsbach. År 1885 försökte han en blandning av magnesium, lantan och yttriumoxid, men dessa blandningar avgav ett grönt ljus utan framgång.
År 1891 upptäckte han att ren toriumoxid producerade ett bättre ljus, trots att den var blå, och blandades med cerium(IV)oxid för att producera ett starkt vitt ljus. Dessutom kan cerium(IV)oxid också användas som katalysator för förbränning av toriumoxid.
Ceriummetall
★ Cerium är en duktil och mjuk silvervit metall med aktiva egenskaper. När den utsätts för luft oxideras den och bildar ett rostliknande, flagnande oxidlager. Vid uppvärmning brinner den och reagerar snabbt med vatten. Ett centimeterstort ceriummetallprov korroderar fullständigt inom ungefär ett år. Undvik kontakt med luft, starka oxidationsmedel, starka syror och halogener.
★ Cerium förekommer huvudsakligen i monazit och bastnesit, samt i fissionsprodukter av uran, torium och plutonium. Skadligt för miljön, särskild uppmärksamhet bör ägnas åt förorening av vattendrag.
★ Cerium är det 26:e vanligaste grundämnet och står för 68 ppm i jordskorpan, näst efter koppar (68 ppm). Cerium är mer rikligt förekommande än vanliga metaller som bly (13 ppm) och tenn (2,1 ppm).
Ceriumelektronkonfiguration
Elektroniska arrangemang:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f1 5d1
★ Cerium ligger efter lantan och har 4f-elektroner som utgår från cerium, vilket gör det lätt att delta i kemiska reaktioner. Ceriums 5d-orbital är dock upptagen, och denna effekt är inte tillräckligt stark i cerium.
★ De flesta lantanider kan bara använda tre elektroner som valenselektron, med undantag för cerium, som har en variabel elektronisk struktur. Energin hos 4f-elektroner är nästan densamma som den hos de externa 5d- och 6s-elektronerna som är delokaliserade i metalltillståndet, och endast en liten mängd energi behövs för att ändra den relativa ockupationen av dessa elektroniska energinivåer, vilket resulterar i dubbelvalensen +3 och +4. Normaltillståndet är +3 valens, vilket visar +4 valens i anaerobt vatten.
Applicering av cerium
★ Kan användas som legeringstillsats och för produktion av ceriumsalter etc.
★ Det kan användas som glastillsats för att absorbera ultravioletta och infraröda strålar, och används ofta i bilglas.
★ Kan användas som ett utmärkt miljöskyddsmaterial, och för närvarande är det mest representativa katalysatorn för rening av bilavgaser, som effektivt förhindrar att en stor mängd bilavgaser släpps ut i luften.
★ Ljussällsynta jordartsmetallerBestående huvudsakligen av cerium, eftersom växttillväxtregulatorer kan förbättra grödans kvalitet, öka avkastning och förbättra grödors stressmotståndskraft.
★ Ceriumsulfid kan ersätta metaller som bly och kadmium som är skadliga för miljön och människor i pigment, kan färga plast och kan även användas i beläggnings- och bläckindustrier.
★Cerium(IV)oxidkan användas som polermedel, till exempel vid kemisk-mekanisk polering (CMP).
★ Cerium kan också användas som vätelagringsmaterial, termoelektriska material, ceriumvolframelektroder, keramisk kondensator, piezoelektrisk keramik, ceriumkiselkarbidslipmedel, bränslecellsråvaror, bensinkatalysatorer, permanentmagnetiska material, medicinska material, olika legeringsstål och icke-järnmetaller.
Publiceringstid: 3 juli 2023