Всё о церии: редкоземельный элемент с уникальными свойствами и применением

1.

Всё о Церии: Редкоземельный
Элемент с Уникальными
Свойствами и Применением
Церий Ce — это интригующий химический элемент, названный в
честь карликовой планеты Цереры.
Он занимает 58-е место в Периодической системе и относится к
группе (лантаноидов) (редкоземельных элементов).
Открытие и Распространенность
Церий был открыт почти одновременно и независимо друг от друга в
1803 году немецким исследователем М. Г. Клапротом и шведскими
ученымиЙ. Я. Берцелиусом иВ. Гизингером.
Это один из наиболее распространённых редкоземельных
элементов: его содержание в земной коре составляет около 4, 5 ×
10-3%.
Встречается в такихминералах, какмонацит (до 30% Ce2O3).
Церий химический элемент — это серебристо-голубой мягкий и
пластичный металл.
Атомная масса: 140,12 а.е.м.
Плотность (при 20°C): 6,678 г/см³.
Температура плавления (tпл): 798 °C.
Температура кипения (tкип): 3467 °C.
Теплоемкость (при 25°C): 6,47 кал/(г-атом·град).
Удельное электрическое сопротивление (при 25°C): 75,3 мкОм·см.

2.

Электронная конфигурация:4f15d16s2.
Механические свойства: При комнатной температуре церий ковкий
ивязкий.
Он достаточно мягок, чтобы из него можно было ковать листы или
прессовать проволоку без предварительного нагрева.
Кристаллические Модификации
Церий уникален тем, что существует в (четырех кристаллических
модификациях), переходящих друг в друга при изменении
температуры идавления:
1.Гамма-церий (γ-Ce): Стабилен при комнатной температуре (20°C).
Имеет (гранецентрированную кубическую (ГЦК)) решетку с
периодом a = 5,1612Å.
2. Бета-церий (β-Ce): Образуется из гамма-церия при охлаждении
ниже -10± 5°C.
Имеет (двойную гексагональную плотноупакованную) решетку.
Переход гамма → бета носит мартенситный характер.
3. Альфа-церий (α-Ce): Формируется из гамма-церия при
температуре ниже -178 ± 5°C или из бета-церия при температуре
ниже -196°C.
Имеет (гранецентрированную кубическую (ГЦК)) решетку с
периодом a = 4,85 Å(при -196°C).
Полного перехода в альфа-фазу можно достичь пластическим
деформированием при низких температах.
4. Дельта-церий (δ-Ce): Существует при высоких температурах,
начиная с 725°C. Имеет (объемноцентрированную кубическую
(ОЦК)) решетку.
Особенности переходов: Переходы между модификациями
характеризуются значительным (гистерезисом) (различием
температур перехода в прямом и обратном направлении) по
температуре и давлению.
Например, обратные превращения (альфа → гамма и бета → гамма)
начинаются пригораздо более высокихтемпературах.

3.

Давление также сильно влияет на стабильность модификаций: выше
2500 атм существование бета-церия становится невозможным.
Поведение церия при фазовых переходах сильно зависит от его
чистоты ипредыстории.
Химические Свойства
Церий является (химически активным) металлом.
Окисление на воздухе: На воздухе поверхность церия быстро
покрывается серовато-белой пленкой оксида Ce2O3, которая,
однако, не защищает металл от дальнейшего окисления. Ce2O3
легко окисляется до белой двуокиси CeO2.
Реакции с водой и газами: Разлагает воду при кипячении с
выделением водорода. При 160°C загорается на воздухе.
Активно реагирует с хлором и бромом при 210-220°C, а также
напрямую соединяется с азотом, серой идругими элементами.
Взаимодействие с кислотами и щелочами: Энергично
растворяется в неорганических кислотах, но устойчив к
действию щелочей.
Степени окисления: В соединениях чаще всего проявляет
степени окисления +3 и +4.
Степень окисления +4 для церия является довольно стабильной, что
отличает его от большинства других лантаноидов.
Сплавообразование: При сплавлении со многими металлами
образует соединения.
В двойных сплавах с кальцием, ураном, ванадием и иттербием
наблюдаются широкие области несмешиваемости в
жидкомсостоянии.
Изотопы
Природный церий состоит из четырех стабильных изотопов:
1. Ce136 (0,193%).

4.

2.Ce138 (0, 25%).
3.Ce140 (88, 48%) — самый распространённый.
4. Ce142 (11,07%).
Кроме того, получено 16 радиоактивных изотопов с массовыми
числамиот 131до 148.
Максимальный период полураспада среди них имеет изотоп Ce144
(275 дней).
Получение и Применение
Церий чистотой до 98,98% получают методом (электролиза
расплава двуокиси).
Выпускается в виде слитков, поверхность которых обычно покрывают
парафином илилаком для защитыот окисления.
Применение церия и его соединений
Металлургия: Ферроцерий, мишметалл (сплав, содержащий
церий), а также чистый церий используютсядля (легирования
сталей, чугунов, сплавов алюминия и магния), улучшая их
механические свойства.
Электровакуумная аппаратура: Церий применяется в качестве
(геттеров)— веществ, поглощающих остаточные газы для
поддержания высокого вакуума.
Пирофорные сплавы: Церий является ключевым компонентом
(пирофорных сплавов) (например, в кремнях для зажигалок),
которые способны высекать искрыпри трении.
Стекольная промышленность: Двуокись церия CeO2
используется для (обесцвечивания стекла) (устранения желтизны от
примесей железа) и в производстве специализированного стекла.
Полировальные материалы: Оксид церия входит в состав
(полирита) — эффективного полировального порошка для стекла
икерамики.

5.

Ядерная техника: Двуокись церия применяется для изготовления
защитных стеклянных блоков.
Источники излучения: Радиоактивные изотопы Ce141 и Ce144
используются в качестве источников бета-излучения.
Катализаторы: Церий широко используется в (каталитических
нейтрализаторах) автомобилей (для дизельных и бензиновых
двигателей), где он катализирует дожигание
вредных
твердых частиц и углерода в выхлопных газах, улучшая
состояние атмосферы.
Влияние на Здоровье
Окружающую Среду
Человека
и
Церий и его соединения, как правило, считаются элементами (низкой
или умеренной токсичности), но при определенных условиях могут
представлять опасность.
Воздействие на здоровье человека:
Ингаляция: Наиболее опасный путь. Длительное вдыхание пыли
или паров церия (особенно в промышленных условиях) может
вызывать раздражение дыхательных путей, воспалительные
процессы в легких и даже (пневмокониоз) (заболевание легких).
Возможно увеличение веса легких иселезенки.
Острое воздействие: При кратковременном воздействии может
вызывать раздражение. В высоких концентрациях возможно
развитие эмболии легких.
Накопление: При длительном воздействии церий может
накапливаться в организме, особенно в (печени и легких), что может
представлять угрозудляэтихорганов.
Наночастицы церия: Их токсичность активно изучается, и
некоторые исследования показывают, что они могут вызывать
окислительный стресс и повреждение клеток.
Биологический эффект: Отмечалось, что церий может
стимулировать солевой обмен, однако заметного биологического
эффектав норме не оказывает.

6.

Воздействие на окружающую среду:
Накопление: Церий попадает в окружающую среду из
промышленных выбросов (например, от предприятий, производящих
бензин) и бытового оборудования. Он накапливается в почве и воде,
что может приводить к повышенным концентрациям в растениях,
животныхи, вконечномитоге, улюдей через пищевыецепи.
Влияние на водные организмы: Церий может вызывать
повреждение клеточных мембран у водных животных, потенциально
влияянаихразмножениеинервнуюсистему.
экологии:Несмотря
на
Положительная
сторона
в
потенциальные риски, церий играет важнейшую положительную
роль как (катализатор) в автомобильных нейтрализаторах.
Он помогает сжигать твердые частицы и углерод, выделяемые
дизельными двигателями, значительно улучшая качество
атмосферного воздуха.
Интересный факт: Чистый церий — настолько химически активный
металл, что он может самовозгораться на воздухе при комнатной
температуре, особенно если находится в виде порошка или тонкой
стружки. Это свойствоиспользуетсяв «кремнях» длязажигалок!