Что такое церий
Химическая формула церия Се.
Атомный номер 58, атомная масса 140,12; относится к редкоземельным элементам.
В соединениях проявляет степени окисления +3 и +4. Серебристо-голубой мягкий металл, на воздухе покрывается серовато-белой пленкой окиси.
Природный церий состоит из стабильных изотопов 136Се (0,193%), 158Се (0,25%), 140Се (88,48%) и 142Се (11,07%).
Получены 16 радиоактивных изотопов с массовыми числами 131—135, 137, 139, 141 и 143—148. Из них максимальный период полураспада у изотопа 114Се (275 дней).
Открытие
Церий открыли (1803) одновременно и независимо друг от друга нем. исследователь М. Г. Клапрот и швед, исследователи Й. Я. Берцелиус и В. Гизингер.
Содержание церия в земной коре 4,5 X 10-3%. В минерале монаците содержится 30%, в бастнезите — 47% Се2О3.
Модификации
Известны четыре кристаллические модификации церия. Кристаллическая решетка альфа-церия кубическая гранецентрированная с периодом α = 4,85 А (т-ра 196° С).
Бета-церия — двойная гексагональная плотноупакованная, типа в лантана, с периодами α = 3,673 А, с = 11,802 А (т-ра 25° С).
Гамма-церия — кубическая гранецентрированная с периодом α = 5,1612 А (т-ра 20° С);
Дельта-церия — кубическая объемноцентрированная с периодом α = 4,11 А (температура 768° С).
При комнатной т-ре устойчив гамма-церий. В процессе охлаждения, начиная с т-ры —10 ± 5° С, гамма-церий частично переходит в бета-церий; переход носит мартенситный характер.
При т-ре —178 ± 5° С не перешедшая часть гамма-церия превращается в альфа-церий. При температуре ниже —196° С бета-церий также переходит в альфа-церий, однако этот переход не завершается даже при т-ре жидкого гелия (—268,8° С).
Полного перехода можно достичь лишь пластическим деформированием образца при т-ре —196° С. Переходы гамма ⇄ альфа и гамма ⇄ бета характеризуются большим гистерезисом по т-ре и давлению.
При давлении 1 ат обратные превращения альфа гамма и бета гамма начинаются с т-р —113 ±10 и 100 ± 5° С. Если давление выше 2500 am, при любой т-ре существование бета-церия невозможно.
Поведение церия сильно зависит от его предыстории и чистоты. Превращение гамма ⇄ дельта происходит при т-ре 725° С Плотность церия (температура 20° С) 6,678 г/см3; ,пл 798° С; tкип 3467° С..
Физические свойства
Теплоемкость (т-ра 25° С) 6,47 кал/г-атом • град, коэфф. теплопроводности (т-ра 26—30° С) 0,026 кал/см • сек • град’, коэфф. линейного расширения (т-ра 25° С) 8,5 • 10-6 град.
Электронная конфигурация церия [Xe]4f15d16s2[2]
Удельное электрическое сопротивление (т-ра 25° С) 75,3 мком • см, температурный коэфф. электрического сопротивления (т-ра 0° С) 8,7 •10-4. Выше т-ры 12,5 К церий парамагнитен.
При комнатной т-ре модуль упругости 3058 кгс/мм2, модуль сдвига 1223 кгс/мм2; коэфф. Пуассона 0,248; у литого образца предел прочности на растяжение 12,3 кгс/мм2, относительное удлинение 32,6%.
HV (т-ра 20° С): литого 24—30, кованого 48.
Чистый церий— ковкий и вязкий металл.
При комнатной т-ре без предварительного нагрева можно изготовить листы церия ковкой, а проволоку — прессованием, химически активен.
Химические свойства
Окисная пленка, образующаяся на поверхности металла в сухом воздухе, не защищает его от окисления. Образующаяся окись Се2О3 легко окисляется до двуокиси СеО2 белого цвета.
Церий разлагает воду при кипячении с выделением водорода. При т-ре 160° С загорается на воздухе, при т-ре 210—220° С реагирует с хлором и бромом.
Церий соединяется непосредственно с азотом, серой и др. элементами. Энергично растворяется в неорганических к-тах, устойчив к действию щелочей.
При сплавлении церия с большинством металлов образуются соединения. В двойных сплавах церий с кальцием, ураном, ванадием и иттербием обнаружены широкие области несмешиваемости в жидком состоянии.
Получение применение
Церий чистотой до 98,98% получают электролизом расплава двуокиси. Выпускают в виде слитков. Поверхность каждого слитка покрывают плотным слоем парафина или лака.
Ферроцерий, мишметалл, реже металлический церий применяют для легирования стали, чугуна, сплавов алюминия и магния.
В электровакуумной аппаратуре церий используют в качестве геттеров. Церий входит в состав пирофорных сплавов, окись — в состав полирита.
Двуокись цери применяют в производстве стекла (для его обесцвечивания), в ядерной технике (для изготовления защитных стеклянных блоков).
Изотопы 141Се и 144Се используют для источников бета-излучения. См. также Церийсодержащие сплавы.
Воздействие на здоровье
Церий вызывает различные проблемы со здоровьем. В настоящее время используется все больше и больше церия, и использовать его в рабочей среде практически опасно, поскольку он обладает высокой реакционной способностью в воздухе.
Вредные примеси и газы могут вдыхаться с воздухом через дыхательную систему, и если они накапливаются в организме человека, то могут представлять угрозу для печени, легких, особенно при длительном воздействии.
А также оказывать вредное воздействие, если присутствуют в течение короткого времени. Это также может вызвать эмболию легких.
Также было отмечено, что церий стимулирует солевой обмен, и церий также не оказывает заметного биологического эффекта.
Воздействие на окружающую среду
Церий нежелателен для окружающей среды. Он накапливается в почве и воде и таким образом, может приводить к высокой концентрации у людей, животных и в частицах почвы.
Церий выбрасывается предприятиями, производящими бензин. Домашние хозяйства выбрасывают его также из различного оборудования, когда церий попадает в оборудование.
Церий вызывает повреждение клеточных мембран у водных животных, что может плохо сказаться на размножении и нервной системе и оказать несколько негативных воздействий на размножение.
Положительным моментом является то, что церий используется в качестве катализатора.
Церий используется в каталитических нейтрализаторах для улучшения состояния атмосферы везде, где работают дизельные двигатели.
Керамические фильтры сжигают твердые частицы и углерод, выделяемые дизельными двигателями. Он катализирует горение твердых частиц и устраняет их.
В само топливо можно добавить небольшое количество оксида церия, чтобы он мог катализировать горение твердых частиц и уничтожать их.
Лит.: Савицкий Е. М., Терехова В. Ф. Металловедение редкоземельных металлов. Тейлор К., Дарби М. Физика редкоземельных соединений.
Статья на тему Церий химический элемент