seryum - Cerium

Seryum,  58 Yıl
Seryum2.jpg
seryum
Telaffuz / S ɪər i ə m / ( SEER -ee-əm )
Dış görünüş gümüş beyazı
Standart atom ağırlığı A r, std (Ce) 140.116(1)
Periyodik tablodaki seryum
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrensiyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgium Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson


Ce

Th
lantanseryumpraseodimyum
Atom numarası ( Z ) 58
Grup grup yok
Dönem 6. dönem
Engellemek   f bloğu
Elektron konfigürasyonu [ Xe ] 4f 1 5d 1 6s 2
Kabuk başına elektron 2, 8, 18, 19, 9, 2
Fiziki ozellikleri
Faz de  STP sağlam
Erime noktası 1068  K ​(795 °C, ​1463 °F)
Kaynama noktası 3716 K ​(3443 °C, ​6229 °F)
Yoğunluk ( rt yakın  ) 6,770 g / cc 3.
sıvı olduğunda (  mp'de ) 6.55 g / cc 3.
Füzyon ısısı 5,46  kJ/mol
Buharlaşma ısısı 398 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi 26,94 J/(mol·K)
Buhar basıncı
P  (Pa) 1 10 100 1 bin 10 bin 100 bin
de  T  (K) 1992 2194 2442 2754 3159 3705
atomik özellikler
oksidasyon durumları +1, +2, +3 , +4 (hafif bazik bir oksit)
elektronegatiflik Pauling ölçeği: 1.12
iyonlaşma enerjileri
atom yarıçapı ampirik: 181,8  pm
kovalent yarıçap 204±9 pm
Spektral bir aralıktaki renkli çizgiler
Spektral seryum çizgileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum ilkel
Kristal yapı çift hegzagonal sıkı paket (dhcp)
Seryum için çift altıgen yakın paketlenmiş kristal yapı

β-Ce
Kristal yapı yüzey merkezli kübik (FCC)
Seryum için yüz merkezli kübik kristal yapı

y-Ce
Ses hızı ince çubuk 2100 m/s (20 °C'de)
Termal Genleşme γ, poli: 6,3 µm/(m⋅K) (  rt 'de )
Termal iletkenlik 11,3 W/(m⋅K)
elektrik direnci β, poli: 828 nΩ⋅m (  rt 'de )
Manyetik sıralama paramanyetik
Molar manyetik duyarlılık (β) +2 450 .0 x 10 -6  cm 3 / mol (293 K)
Gencin modülü γ formu: 33,6 GPa
Kayma modülü γ formu: 13,5 GPa
toplu modül γ formu: 21.5 GPa
Poisson oranı γ formu: 0.24
Mohs sertliği 2.5
Vickers sertliği 210–470 MPa
Brinell sertliği 186–412 MPa
CAS numarası 7440-45-1
Tarih
adlandırma cüce gezegen Ceres'ten sonra , adını Roma tarım tanrısı Ceres'ten almıştır.
keşif Martin Heinrich Klaproth , Jöns Jakob Berzelius , Wilhelm Hisinger (1803)
İlk izolasyon Carl Gustaf Mosander (1838)
Seryumun ana izotopları
İzotop Bolluk Yarı ömür ( t 1/2 ) çürüme modu Ürün
134 Yıl 3,16 gün ε 134 La
136 Ce 0.186% kararlı
138 Ce %0.251 kararlı
139 Yıl 137.640 gün ε 139 La
140 Yıl %88,449 kararlı
141 Yıl 32.501 gün β - 141 Pr
142 Yıl %11,114 kararlı
143 Yıl 33.039 saat β - 143 Halkla İlişkiler
144 Ce 284.893 gün β - 144 Pr
Kategori Kategori: Seryum
| Referanslar

Seryum a, kimyasal element ile sembolü Ce ve atom numarası Seryum a, 58. Yumuşak , sünek , ve gümüşümsü beyaz bir metal bu havaya maruz kalan ve bir çelik mutfak bıçağı ile kesilmiş olması yumuşak yeterlidir donuklaşma. Seryum, lantanit serisindeki ikinci elementtir ve genellikle serinin +3 oksidasyon durumu özelliğini gösterirken , aynı zamanda suyu oksitlemeyen kararlı bir +4 durumuna da sahiptir. Aynı zamanda nadir toprak elementlerinden biri olarak kabul edilir . Seryumun insanlarda biyolojik rolü yoktur ve çok toksik değildir.

Her zaman böyle ait olanlar gibi mineraller diğer nadir toprak elemanları ile bir arada cereyan eden rağmen monazit ve bastnäsite bu eşsiz yeteneği ile lantanid arasındaki ayırt edilebilir gruplar, seryum oksidize edilmesi, onun cevherlerinden özü kolaydır +4 durumu. Lantanitlerin en yaygın olanıdır, ardından neodim , lantan ve praseodimyum gelir . Yerkabuğunun 66  ppm'ini oluşturan, klorun yarısı kadar ve kurşunun beş katı kadarını oluşturan 26. en bol elementtir .

Seryum, 1803'te İsveç'in Bastnäs kentinde Jöns Jakob Berzelius ve Wilhelm Hisinger tarafından ve aynı yıl Almanya'da Martin Heinrich Klaproth tarafından bağımsız olarak keşfedilen lantanitlerin ilkiydi . 1839'da Carl Gustaf Mosander metali izole eden ilk kişi oldu. Bugün, seryum ve bileşiklerinin çeşitli kullanım alanları vardır: örneğin, seryum(IV) oksit camı cilalamak için kullanılır ve katalitik konvertörlerin önemli bir parçasıdır . Seryum metali, piroforik özellikleri nedeniyle ferroseryum çakmaklarında kullanılır . Seryum katkılı YAG fosforu, çoğu ticari beyaz LED ışık kaynağında beyaz ışık üretmek için mavi ışık yayan diyotlarla birlikte kullanılır .

özellikleri

Fiziksel

Seryum, lantanit serisinin ikinci elementidir . Periyodik tabloda, solundaki lantanidler lanthanum ve sağındaki praseodimyum arasında ve aktinit toryumun üstünde görünür . Bu a, sünek benzer bir sertliğe sahip bir metal gümüş . 58 elektronu , dört dış elektronun değerlik elektronları olduğu [Xe]4f 1 5d 1 6s 2 konfigürasyonunda düzenlenmiştir . 4f, 5d ve 6s enerji seviyeleri birbirine çok yakındır ve bir elektronun 5d kabuğuna transferi, kompakt 4f kabuğundaki güçlü elektronikler arası itme nedeniyledir. Bu etki, atom pozitif olarak iyonize olduğunda bastırılır; bu nedenle Ce 2+ kendi başına [Xe]4f 2 düzenli konfigürasyonuna sahiptir , ancak bazı katı çözümlerde [Xe]4f 1 5d 1 olabilir . Çoğu lantanit değerlik elektronları olarak sadece üç elektron kullanabilir, çünkü daha sonra kalan 4f elektronları çok güçlü bir şekilde bağlanır: Ce 4+' daki boş f kabuğunun kararlılığı ve çok erken dönemde gelmesi gerçeği nedeniyle seryum bir istisnadır . lantanit serisi, nükleer yükün, dördüncü değerlik elektronunun kimyasal yollarla çıkarılmasına izin vermek için neodimyuma kadar hala yeterince düşük olduğu .

Seryum değişken bir elektronik yapıya sahiptir . 4f elektronunun enerjisi, metalik durumda delokalize olan dış 5d ve 6s elektronlarının enerjisiyle hemen hemen aynıdır ve bu elektronik seviyelerin göreceli doluluklarını değiştirmek için sadece küçük bir miktar enerji gereklidir. Bu, çift değerlik durumlarına yol açar. Örneğin, seryum yüksek basınçlara veya düşük sıcaklıklara maruz kaldığında yaklaşık %10'luk bir hacim değişikliği meydana gelir. Soğutulduğunda veya sıkıştırıldığında değerlik değerinin yaklaşık 3'ten 4'e değiştiği görülmektedir.

allotroplar

seryum faz diyagramı

Standart basınçta dört allotropik seryum formunun var olduğu bilinmektedir ve bunlar α ila δ arasında ortak etiketler verilir:

  • Yüksek sıcaklık formu, δ-seryum, bcc ( vücut merkezli kübik ) kristal yapıya sahiptir ve 726 °C'nin üzerinde bulunur.
  • 726 °C'nin altında yaklaşık oda sıcaklığına kadar stabil form, fcc ( yüz merkezli kübik ) kristal yapıya sahip γ-seryumdur .
  • DHCP (çift altıgen kapalı paket ) form β-seryum, yaklaşık olarak oda sıcaklığından -150 °C'ye kadar denge yapısıdır.
  • fcc formu α-seryum, yaklaşık -150 °C'nin altında stabildir; Bu 8.16 g / cm yoğunluğa sahip 3 .
  • Sadece yüksek basınçlarda oluşan diğer katı fazlar faz diyagramında gösterilmiştir.
  • Denge dönüşüm sıcaklığı yaklaşık 75 °C olarak tahmin edilmesine rağmen, hem γ hem de β formları oda sıcaklığında oldukça kararlıdır.

Daha düşük sıcaklıklarda seryumun davranışı, yavaş dönüşüm oranları nedeniyle karmaşıklaşır. Dönüşüm sıcaklıkları önemli ölçüde histerezise tabidir ve burada verilen değerler yaklaşık değerlerdir. -15 °C'nin altına soğutulduğunda, γ-seryum β-seryuma dönüşmeye başlar, ancak dönüşüm hacim artışı içerir ve daha fazla β formu oluştukça iç gerilimler oluşur ve daha fazla dönüşümü baskılar. Yaklaşık −160 °C'nin altına soğutma, α-seryum oluşumunu başlatacaktır, ancak bu sadece kalan γ-seryumdan kaynaklanmaktadır. β-seryum, stres veya deformasyon mevcudiyeti dışında önemli ölçüde α-seryuma dönüşmez. Atmosferik basınçta sıvı seryum, erime noktasındaki katı halinden daha yoğundur.

izotoplar

Doğal olarak oluşan seryum dört izotoptan oluşur: 136 Ce (%0,19), 138 Ce (%0,25), 140 Ce (%88,4) ve 142 Ce (%11,1). Dört olan Gözlemsel olarak stabil ışık izotoplar olsa da, 136 Ce ve 138 Ce teorik ters geçmesi beklenir çift beta bozunması izotoplarına baryum ve ağır izotop 142 Ce çift p bozunuma uğrayan beklenen 142 Nd veya alfa bozunması için 138 Ba. Ek olarak, 140 Ce, kendiliğinden fisyon üzerine enerjiyi serbest bırakır . 136 Ce, 138 Ce ve 142 Ce'nin çift ​​beta bozunması deneysel olarak aranmış olsa da, bu bozunma modlarının hiçbiri henüz gözlemlenmedi . Yarı ömürleri için mevcut deneysel sınırlar:

136 Ce: >3.8×10 16 y
138 Ce: >5.7×10 16 y
142 Ce: >5.0×10 16 y

Diğer tüm seryum izotopları sentetik ve radyoaktiftir . Çoğu kararlı 144 284,9 gün yarılanma ömrü ile Ce 139 137.6 gün yarılanma ömrü ile Ce ve 141 32,5 günlük bir yarılanma ömrü ile Ce. Diğer tüm radyoaktif seryum izotoplarının yarılanma ömrü dört günden kısadır ve çoğunun yarılanma ömrü on dakikanın altındadır. 140 Ce ve 144 Ce dahil arasındaki izotoplar , uranyum fisyon ürünleri olarak ortaya çıkar . Birincil bozunma modu daha hafif izotopları 140 Ce ters beta çürüme ya da elektron yakalama için lanthanum izotop daha ağır izotoplarla bu ise, beta bozunması için praseodimi izotopları .

Seyrekliği proton zengin 136 Ce ve 138 Ce bunlar en yaygın işlemlerinde yapılamaz gerçeği ile açıklanabilir yıldız çekirdek sentezi demir ötesinde elemanlar için s-işlem (yavaş nötron yakalama ) ve r-işlem ( hızlı nötron yakalama). Bunun nedeni, s-prosesinin reaksiyon akışı tarafından atlanmaları ve r-prosesi nüklidlerinin daha nötron açısından zengin kararlı nüklidler tarafından kendilerine bozunması engellenmeleridir. Bu tür çekirdeklere p-çekirdeği denir ve kökenleri henüz tam olarak anlaşılmamıştır: oluşumları için bazı speküle edilen mekanizmalar , foto parçalanmanın yanı sıra proton yakalamayı içerir . 140 Ce, hem s- hem de r-işlemlerinde üretilebildiği için seryumun en yaygın izotopudur, 142 Ce ise yalnızca r-işleminde üretilebilir. 140 Ce'nin bol olmasının bir başka nedeni de, bunun sihirli bir çekirdek olması, kapalı bir nötron kabuğuna sahip olması (82 nötronu vardır) ve dolayısıyla daha fazla nötron yakalamaya yönelik çok düşük bir kesite sahip olmasıdır . 58 olan proton sayısı sihirli olmasa da, sihirli sayı 50'yi geçen sekiz ek protonu 1g 7/2 proton yörüngesine girip tamamladığından, ona ek stabilite verilir . Seryum izotoplarının bolluğu, doğal kaynaklarda çok az farklılık gösterebilir, çünkü 138 Ce ve 140 Ce , sırasıyla , uzun ömürlü ilkel radyonüklidler 138 La ve 144 Nd'nin kızlarıdır .

Kimya

Seryum havada kararır ve demir pası gibi kabaran bir oksit tabakası oluşturur ; santimetre büyüklüğündeki bir seryum metal numunesi yaklaşık bir yıl içinde tamamen paslanır. 150 °C'de kolayca yanar ve ceria olarak da bilinen soluk sarı seryum(IV) oksiti oluşturur :

Ce + O 2 → CeO 2

Bu, hidrojen gazı ile seryum(III) okside indirgenebilir . Seryum metali yüksek derecede piroforiktir , yani öğütüldüğünde veya çizildiğinde ortaya çıkan talaşlar tutuşur. Bu reaktivite periyodik eğilimlere uygundur , çünkü seryum ilk ve dolayısıyla en büyük ( atom yarıçapına göre ) lantanitlerden biridir. Seryum(IV) oksit, praseodimyum ve terbiyumun dioksitlerine benzer şekilde florit yapıya sahiptir . Birçok stoikiometrik kalkogenidler da üç değerli Ce ile birlikte, bilinen 2 Z, 3 : (Z = S , Se , Te ). Monokalkojenitler CeZ elektriği iletir ve Ce 3+ Z 2− e şeklinde formüle edilmesi daha iyi olur . Cez da 2 bilinmektedir, bunlar seryum ile polychalcogenides (III): seryum (IV) 'kalkogenidler bilinmemektedir.

seryum(IV) oksit

Seryum oldukça elektropozitif bir metaldir ve su ile reaksiyona girer. Reaksiyon soğuk suyla yavaştır, ancak artan sıcaklıkla hızlanarak seryum(III) hidroksit ve hidrojen gazı üretir:

2 Ce (k) + 6H 2 O (I) 2 → Ce (OH) 3 (aq) + 3H 2 (g)

Seryum metali tüm halojenlerle reaksiyona girerek trihalojenürler verir:

2 Ce (s) + 3 F 2 (g) → 2 CeF 3 (s) [beyaz]
2 Ce (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 CeCl 3 (s) [beyaz]
2 Ce (s) + 3 Br 2 (g) → 2 CeBr 3 (s) [beyaz]
2 Ce (s) + 3 I 2 (g) → 2 CeI 3 (s) [sarı]

Fazla fluor ile reaksiyon beyaz tetraflorür CEF stabil üretir 4 ; diğer tetrahalidler bilinmemektedir. Dihalojenürlerden sadece bronz diiyodür CeI 2 bilinmektedir; lantan, praseodim ve gadolinyumun diiyodidleri gibi , bu bir seryum(III) elektrür bileşiğidir. Gerçek seryum(II) bileşikleri birkaç olağandışı organoseryum kompleksiyle sınırlıdır.

Seryum , [Ce(H) olarak var olan renksiz Ce 3+ iyonlarını içeren çözeltiler oluşturmak için seyreltik sülfürik asit içinde kolayca çözünür.
2
Ö)
9
]3+
kompleksler:

2 Ce (s) + 3 H 2 SO 4 (sulu) → 2 Ce 3+ (sulu) + 3 SO2−
4
(sulu) + 3H 2 (g)

Seryumun çözünürlüğü metansülfonik asitte çok daha yüksektir . Seryum(III) ve terbiyum(III) , konfigürasyonları (sırasıyla boş veya yarı dolu bir f-alt kabuğundan bir elektron daha fazla) ekstra f elektronunu kolaylaştırdığından, diğer lantanitlerle karşılaştırıldığında nispeten yüksek yoğunluklu ultraviyole absorpsiyon bantlarına sahiptir. diğer lantanitlerin yasak f→f geçişleri yerine f→d geçişlerine maruz kalması. Seryum(III) sülfat , sudaki çözünürlüğü artan sıcaklıkla azalan birkaç tuzdan biridir.

Serik amonyum nitrat

Seryum(IV) sulu solüsyonları, seryum(III) solüsyonlarını güçlü oksitleyici ajanlar peroksodisülfat veya bizmutat ile reaksiyona sokarak hazırlanabilir . Değeri E (Ce 4+ / Ce 3+ 1,72 V genellikle temsili değer olmasına rağmen) yaygın olarak bağlı kompleks ve çeşitli anyonlarla, hidrolizin nispi kolaylığı koşullarına bağlı olarak değişir; Bunun için E (Ce 3+ / Ce) olduğu -2,34 V. Seryum +4 oksidasyon durumunda önemli bir sulu ve koordinasyon kimyası olan tek lantinit. Liganddan metale yük aktarımı nedeniyle , sulu seryum(IV) iyonları turuncu-sarıdır. Sulu seryum(IV) suda yarı kararlıdır ve klor gazı vermek üzere hidroklorik asidi oksitleyen güçlü bir oksitleyici ajandır . Örneğin, serik amonyum nitrat , organik kimyada metal karbonillerden organik ligandları serbest bırakan yaygın bir oksitleyici ajandır . Olarak , Belousov-Zabotinski reaksiyonu , +4 ve +3 oksidasyon durumları arasında seryum salınır reaksiyonu katalize etmektedir. Seryum (IV) tuzları, özellikle seryum (IV) sülfat , genellikle standart reaktifler olarak kullanılan volümetrik analiz içinde serimetrik titrasyon .

Nitrat kompleksi [Ce(NO
3
)
6
]2–
seryum(IV) kullanılırken karşılaşılan en yaygın seryum kompleksidir oksitleyici bir maddedir: o ve seryum(III) analoğu [Ce(NO)
3
)
6
]3–
12 koordinatlı ikosahedral moleküler geometriye sahipken, [Ce(NO
3
)
6
]2–
10-koordinatlı bicapped dodecadeltahedral moleküler geometriye sahiptir. Seryum nitratlar ayrıca 18-taç-6 ile 4:3 ve 1:1 kompleksler oluştururlar (seryum ve taç eter arasındaki oran ). CeF gibi halojen içeren kompleks iyonlar4−
8
, CeF2−
6
ve turuncu CeCl2−
6
da bilinmektedir.

Organocerium kimyası , diğer lantanitlerinkine benzer , esas olarak siklopentadienil ve siklooktatetraenil bileşiklerininkidir. Seryum (III) 'ün bileşiği, siklooktatetraenıl cerocene (Ce (Cı- 8 , H 8 ) 2 ) kabul uranocene moleküler yapısı. Alkil , alkinil ve alkenil organoseryum türevleri , ilgili organolityum veya Grignard reaktiflerinin transmetalasyonundan hazırlanır ve öncülerinden daha nükleofiliktir ancak daha az baziktir.

seryum(IV)

Seryum(IV) bileşiklerinin ortak ismine rağmen, Japon spektroskopisi Akio Kotani "gerçek bir seryum(IV) örneği yoktur" diye yazdı. [ alıntı gerekli ] Bunun nedeni, her zaman oksijen atomlarının gitmesi beklenen bazı oktahedral boşluklar içeren ve kimyasal formülü CeO 2− x olan stokiyometrik olmayan bir bileşik olarak düşünülebilecek olan ceria'nın kendi yapısında görülebilir . Ayrıca, seryumdaki her seryum atomu, değerlik elektronlarının dördünü de kaybetmez, ancak sonuncusu üzerinde kısmi bir tutuş sağlar, bu da +3 ile +4 arasında bir oksidasyon durumu ile sonuçlanır. Örneğin CRH olarak da sözde sadece dört değerli bileşikler 3 , CECO 5 ya da seryum dioksit kendisi sahip X-ışını fotoemisyon ve X-ışını soğurma ara-değerlikli bileşiklerin spektrumları daha karakteristik. Cerosende 4f elektronu, Ce(C)
8
H
8
)
2
, lokalize ve delokalize olma arasında belirsiz bir şekilde dengededir ve bu bileşik ayrıca ara değerli olarak kabul edilir.

Tarih

Cüce gezegen / asteroit Ceres , bundan sonra seryumun adı

Seryum keşfedildi Bastnäs tarafından İsveç'te Jöns Jakob Berzelius ve Wilhelm Hisinger tarafından bağımsız Almanya'da ve Martin Heinrich Klaproth hem Seryum 1803. yılında edilmiş adlı asteroid sonra Berzelius tarafından Ceres , iki yıl önce keşfetti. Asteroit kendisi Roma tanrıçası Adını Ceres tarım, tahıl bitkileri, doğurganlık ve annelik ilişkilerin, tanrıça.

Seryum orijinal olarak , halen kullanılan bir terim olan ceria olarak adlandırılan oksit formunda izole edilmiştir . Metalin kendisi, genel olarak nadir toprak metallerinin bir özelliği olan o sırada mevcut eritme teknolojisi ile izole edilemeyecek kadar elektropozitifti. Beş yıl sonra Humphry Davy tarafından elektrokimyanın geliştirilmesinden sonra, topraklar kısa sürede içerdikleri metalleri verdi. 1803'te izole edilen Ceria, Bastnäs, İsveç'ten gelen serit cevherinde bulunan tüm lantanitleri içeriyordu ve bu nedenle şu anda saf ceria olarak bilinenlerin sadece yaklaşık %45'ini içeriyordu. Carl Gustaf Mosander , 1830'ların sonlarında lanthana ve "didimi"yi ortadan kaldırmayı başarana kadar ceria saf olarak elde edilmedi . Wilhelm Hisinger zengin bir maden sahibi ve amatör bilim adamıydı ve Berzelius'un sponsoruydu. O sahibi ve Bastnäs de mayın kontrollü ve (adını rağmen hiçbir içerdiği "Bastnäs tungsten", bol ağır gang kayanın bileşimini bulmak için yıllarca çalışıyor olmuştu tungsten , şimdi cerite olarak bilinen) bu onun madeninde vardı. Mosander ve ailesi uzun yıllar Berzelius ile aynı evde yaşadılar ve Mosander hiç şüphesiz Berzelius tarafından ceria'yı daha fazla araştırmaya ikna edildi.

Bu element , Berkeley sahasında uranyum ve plütonyum döküm potaları için malzeme olarak seryum bileşiklerinin araştırıldığı Manhattan Projesinde rol oynadı . Bu nedenle Ames kızı projesi (şimdiki adıyla Ames Laboratuvarı ) kapsamında seryumun hazırlanması ve dökümü için yeni yöntemler geliştirildi . Ames'te son derece saf seryum üretimi 1944'ün ortalarında başladı ve Ağustos 1945'e kadar devam etti.

Oluşum ve üretim

Seryum, tüm lantanitlerin en bol olanıdır ve yerkabuğunun 66  ppm'ini oluşturur; bu değer bakırın (68 ppm) hemen arkasındadır ve seryum, kurşun (13 ppm) ve kalay (2.1 ppm) gibi yaygın metallerden bile daha boldur . Bu nedenle, nadir toprak metallerinden biri olarak konumuna rağmen , seryum aslında hiç de nadir değildir. Topraktaki seryum içeriği ortalama 50 ppm olmak üzere 2 ile 150 ppm arasında değişir; deniz suyu, trilyon seryum başına 1.5 parça içerir. Seryum çeşitli minerallerde bulunur, ancak en önemli ticari kaynaklar , lantanit içeriğinin yaklaşık yarısını oluşturduğu monazit ve bastnäsit gruplarının mineralleridir . Monazit-(Ce), monazitlerin en yaygın temsilcisidir ve "-Ce", belirli REE element temsilcisinin baskınlığı hakkında bilgi veren Levinson sonekidir. Ayrıca seryumun baskın olduğu bastnäsite-(Ce), bastnäsitlerin en önemlisidir. Seryum, sulu çözeltide stabil +4 oksidasyon durumuna ulaşabilen tek lantanit olduğu için minerallerinden çıkarılması en kolay lantanittir. +4 oksidasyon durumunda seryumun çözünürlüğünün azalması nedeniyle, bazen diğer nadir toprak elementlerine göre seryum kayalardan tükenir ve Ce 4+ ve Zr 4+ aynı yüke ve benzer iyonik yarıçapa sahip olduğundan zirkon içine dahil edilir. . Aşırı durumlarda, seryum(IV), serianit (Ce,Th)O gibi diğer nadir toprak elementlerinden ayrılan kendi minerallerini oluşturabilir.
2
(doğru olarak adlandırılan cerianite-(Ce)).

Bastnäsite-(Ce) kristal yapısı. Renk kodu: karbon, C, mavi-gri; flor, F, yeşil; seryum, Ce, beyaz; oksijen, O, kırmızı.

Bastnäsite, Ln III CO 3 F, genellikle toryum ve samaryum ve öropyumun ötesindeki ağır lantanidlerden yoksundur ve bu nedenle seryumun çıkarılması oldukça doğrudandır. İlk olarak, bastnäsite, kalsiyum karbonat safsızlıklarını gidermek için seyreltik hidroklorik asit kullanılarak saflaştırılır . Cevher daha sonra lantanid oksitler için okside havada kavrulur: lantanidlerin en Ln sesquioxides oksitlenebilir ise 2 O 3 , seryum dioksit CEO oksitlenecektir 2 . Bu suda çözünmez ve diğer lantanitleri geride bırakarak 0,5 M hidroklorik asit ile süzülebilir.

Monazit prosedürü, (Ln,Th)PO
4
Genellikle tüm nadir toprak elementlerini ve ayrıca toryumu içeren , daha fazla ilgilenir. Monazit, manyetik özelliklerinden dolayı tekrarlanan elektromanyetik ayırma ile ayrılabilir. Ayrıldıktan sonra, nadir toprak elementlerinin suda çözünür sülfatlarını üretmek için sıcak konsantre sülfürik asit ile işlenir. Asidik süzüntüler, sodyum hidroksit ile pH 3-4'e kısmen nötralize edilir . Toryum çözeltiden hidroksit olarak çökelir ve uzaklaştırılır. Bundan sonra, çözelti, nadir toprakları çözünmeyen oksalatlarına dönüştürmek için amonyum oksalat ile işlenir . Oksalatlar tavlama ile oksitlere dönüştürülür. Oksitler, nitrik asit içinde eritildi, ancak seryum oksit HNO içinde çözünmeyen 3 ve dolayısıyla çökelir. Güçlü bir gama yayıcı olan 232 Th'nin kızı olan 228 Ra'yı içerdiklerinden, kalıntıların bir kısmı ele alınırken dikkatli olunmalıdır .

Uygulamalar

Seryumun birçok uygulamasını keşfeden Carl Auer von Welsbach

Gaz mantoları ve piroforik alaşımlar

Seryumun ilk kullanımı, Avusturyalı kimyager Carl Auer von Welsbach tarafından icat edilen gaz mantolarındaydı . 1885'te daha önce magnezyum , lantan ve itriyum oksit karışımlarıyla deneyler yapmıştı , ancak bunlar yeşil renkli ışık verdi ve başarısız oldu. Altı yıl sonra, saf toryum oksidin mavi olsa da çok daha iyi bir ışık ürettiğini ve onu seryum dioksit ile karıştırmanın parlak beyaz bir ışıkla sonuçlandığını keşfetti . Seryum dioksit ayrıca toryum oksidin yanması için bir katalizör görevi görür.

Bu, von Welsbach ve icadı için ticari başarı ile sonuçlandı ve toryum için büyük talep yarattı. Üretimi, yan ürün olarak aynı anda ekstrakte edilen büyük miktarda lantanit ile sonuçlandı. Kısa süre sonra, özellikle %50 seryum, %25 lantandan oluşan ve daha hafif çakmaktaşı için yaygın olarak kullanılan diğer lantanitlerden oluşan " mischmetal " olarak bilinen piroforik alaşımda onlar için uygulamalar bulundu . Genellikle , yine von Welsbach tarafından icat edilen ferroserium alaşımını oluşturmak için demir eklenir . Lantanitlerin kimyasal benzerlikleri nedeniyle, mekanik özellikleri geliştirmek için bir inklüzyon değiştirici olarak çeliğe mischmetal eklenmesi veya petrolün parçalanması için katalizörler gibi kimyasal ayırma genellikle uygulamaları için gerekli değildir. Seryum Bu özellik yazarı hayatını kurtaran Primo Levi de Auschwitz toplama kampına o ferro seryum alaşımı kaynağını buldum ve yiyecek için takas zaman.

Ce(IV) türleri

Ceria, seryumun en yaygın kullanılan bileşiğidir. Ceria'nın ana uygulaması, örneğin kimyasal-mekanik düzlemselleştirmede (CMP) bir cilalama bileşiğidir . Bu uygulamada ceria, yüksek kaliteli optik yüzeylerin üretimi için diğer metal oksitlerin yerini almıştır. Başlıca otomotiv alt seskuioksit uygulamaları bir gibidir katalizatör CO ve oksidasyonu için NO x motorlu araçlar egzoz gazı emisyon, Seryum dioksit de için bir ikame olarak kullanılmaktadır radyoaktif türdeş torya , elektrot üretimi, örneğin kullanılan kaynak ark gaz tungsten bir alaşım elemanı serya ark kararlılığını artırır ve yanık-kapalı düşürürken başlangıç kolaylığı gibi olduğu.

Seryum(IV) sülfat , kantitatif analizde oksitleyici ajan olarak kullanılır . Metansülfonik asit çözeltilerindeki seryum(IV), endüstriyel ölçekte elektrosentezde geri dönüştürülebilir bir oksidan olarak uygulanır. Serik amonyum nitrat , organik kimyada ve elektronik bileşenlerin dağlanmasında oksidan olarak ve kantitatif analiz için birincil standart olarak kullanılır.

Çalışır durumda beyaz bir LED: diyot monokromatik mavi ışık üretir, ancak Ce:YAG fosforu, kombinasyonun gözle beyaz olarak algılanmasıyla bir kısmını sarı ışığa dönüştürür.

Pigmentler ve fosforlar

Fotostabilitesi pigmentler bu pigmentleri sağlar, seryum eklenerek geliştirilebilir ışık haslığı ve güneş ışığında koyulaşma net polimerleri engeller. [ alıntı gerekli ]

Bir inorganik pigment olarak kendi başına kullanılan bir seryum bileşiğinin bir örneği, çok yüksek sıcaklıklara kadar kimyasal olarak inert kalan canlı kırmızı seryum(III) sülfürdür (seryum sülfür kırmızısı). Pigment, ışığa dayanıklı ancak toksik kadmiyum selenid bazlı pigmentlere göre daha güvenli bir alternatiftir .

Eski katot ışını tüplü televizyon cam plakalarına seryum oksit eklenmesi, çalışma sırasında sürekli elektron bombardımanı nedeniyle F-merkezi kusurlarının yaratılmasından kaynaklanan kararma etkisini bastırdığı için faydalı oldu .

Seryum da, önemli bir bileşeni olan takviye için fosfor CRT televizyon ekranları kullanılan floresan lambalar, ve daha sonra beyaz bir ışık yayan diyot en yaygın örnek kullanılan .bir olan seryum (III) yüklü bir itriyum alüminyum gamet (Ce: YAG) lazer ile olan yayar yeşil ila sarı-yeşil ışık (550–530 nm) ve ayrıca bir sintilatör gibi davranır .

Diğer alaşımlar ve refrakterler

Sülfürler Ce 2 S 3 ve Ce 3 S 4 gibi seryum tuzları, Manhattan Projesi sırasında, plütonyum metali dökülürken yüksek sıcaklıklara ve güçlü indirgeme koşullarına dayanabilen potaların yapımı için gelişmiş refrakter malzemeler olarak kabul edildi . Arzu edilen özelliklere rağmen, bu sülfürler sentezleriyle ilgili pratik sorunlar nedeniyle hiçbir zaman geniş çapta benimsenmedi.

Seryum, Mg ve/veya Si'nin ilave edilebileceği ağırlıkça %6-16 Ce ile dökülebilir ötektik alüminyum alaşımları oluşturmak için alüminyumda alaşım elementi olarak kullanılır . Bunlar, Al-Ce alaşımları mükemmel yüksek sıcaklık dayanımı vardır ve otomotiv uygulamaları için uygun olan , örneğin içinde silindir başları . Diğer seryum alaşımları , nükleer yakıt olarak kullanılan Pu-Ce ve Pu-Ce-Co plütonyum alaşımlarını içerir .

Biyolojik rol ve önlemler

seryum
Tehlikeler
GHS piktogramları GHS02: Yanıcı GHS07: Zararlı
GHS Sinyal kelimesi Tehlike
H228 , H302 , H312 , H332 , H315 , H319 , H335
P210 , P261 , P280 , P301 , P312 , P330 , P305 , P351 , P338 , P370 , P378
NFPA 704 (ateş elması)
2
0
0

Seryumun insanlarda bilinen bir biyolojik rolü yoktur, ancak çok toksik de değildir; besin zincirinde kayda değer ölçüde birikmez. Fosfat minerallerinde sıklıkla kalsiyum ile birlikte meydana geldiğinden ve kemikler öncelikle kalsiyum fosfat olduğundan , seryum kemiklerde tehlikeli kabul edilmeyen küçük miktarlarda birikebilir. Diğer lantanitler gibi seryumun da insan metabolizmasını etkilediği, kolesterol seviyelerini, kan basıncını, iştahı ve kan pıhtılaşma riskini düşürdüğü bilinmektedir.

Seryum nitrat , üçüncü derece yanıklar için etkili bir topikal antimikrobiyal tedavidir , ancak yüksek dozlar seryum zehirlenmesine ve methemoglobinemiye yol açabilir . Erken lantanitler, metanotrofik bakteri Methylacidiphilum fumariolicum SolV'nin metanol dehidrojenazı için temel kofaktörler olarak işlev görürler, bunun için tek başına lantan, seryum, praseodimyum ve neodimyum hemen hemen eşit derecede etkilidir.

Tüm nadir toprak metalleri gibi, seryum da düşük ila orta derecede toksisiteye sahiptir. Güçlü bir indirgeyici ajan, 65 ila 80 °C'de havada kendiliğinden tutuşur. Seryum yangınlarından çıkan dumanlar zehirlidir. Seryum, hidrojen gazı üretmek için suyla reaksiyona girdiğinden, seryum yangınlarını durdurmak için su kullanılmamalıdır. Seryuma maruz kalan işçilerde kaşıntı, ısıya duyarlılık ve cilt lezyonları görülmüştür. Seryum yendiğinde toksik değildir, ancak yüksek dozda seryum enjekte edilen hayvanlar kardiyovasküler çöküş nedeniyle öldü. Seryum suda yaşayan organizmalar için daha tehlikelidir, hücre zarlarına zarar vermesi nedeniyle bu önemli bir risktir, çünkü suda çok çözünür değildir, dolayısıyla çevrenin kirlenmesine neden olur.

Referanslar

bibliyografya