Metal de cério

Cério ou Cer - Ce - número atômico 58

O cério foi descoberto por Jons Jacob Berzelius em 1803 e recebeu o nome do então recém-descoberto planeta anão Ceres. Como a maioria de seus elementos de terras raras - dos quais é o mais comum - este foi identificado pela primeira vez na forma de seu óxido, o chamado cério, e só foi obtido como metal puro décadas após sua primeira descoberta.

No entanto, tanto o sal metálico como as misturas contendo cério metálico foram rapidamente utilizados na indústria. Os sais de cério tiveram um efeito antiemético e logo chegaram às tinturas para tosse e terapias antibacterianas.

Na mesma época, Carl Auer von Welsbach, um cientista austríaco com vocação para a comercialização de suas descobertas, desenvolveu dois produtos que exigiam o uso de cério com grande sucesso: mangas de gás e pedras de sílex leves. Os invólucros de gás de Auer eram dispositivos simples - um tecido de algodão embebido em uma mistura de sal - a partir do qual as brasas emitidas quando aquecidas forneciam uma luz branca e brilhante nas lâmpadas a gás.

A Cerium encontrou um terceiro uso nos primeiros dias de iluminação artificial em lâmpadas de arco de carvão, que eram particularmente apreciadas nos estúdios de cinema por causa de seu brilho extremo, para que pudessem imitar a aparência da luz solar natural.

Com exceção do nitrato de cério, que ainda está disponível como tratamento tópico anti-séptico e anti-inflamatório para queimaduras, os compostos de cério encontram pouco uso na medicina moderna, mas o uso de cério na iluminação continua e se expande: cascas de lanterna e flint contendo cério As ligas de céria ainda estão em produção, mas hoje as lâmpadas fluorescentes contendo CER também são indispensáveis ​​para a fabricação de monitores e lâmpadas fluorescentes.

As propriedades ópticas do cério são um importante componente no desenvolvimento de alternativas não tóxicas aos pigmentos à base de cádmio e um componente importante na fabricação de vidro, onde é usado para a coloração do ouro e permite o bloqueio seletivo da luz UV. O cério também fornece propriedades valiosas quando adicionado em pequenas quantidades em várias ligas: torna o alumínio mais resistente à corrosão, magnésio mais resistente ao calor e ajuda a reduzir o teor de enxofre e oxigênio no aço. O maior uso de cério está em seu uso como um óxido de cério polido (IV) usado em componentes ópticos de precisão e no polimento de pastilhas de silício em microchips.

Os óxidos de cério também são úteis como catalisadores e são utilizados para esse fim em conversores catalíticos automotivos, refino de petróleo e células a combustível de óxido sólido.

Como outros elementos das terras raras, o cério nunca é encontrado em sua forma pura na natureza. Só pode ser obtido a partir de minerais de terras raras como xenotime, monazita e bastnasita incluído ou desativado Ionenadsorptionstonen.

Cer ocorrências

Existem quatro isótopos na natureza: cério estável 140 (88,48 por cento) e cério radioativo 142 (11,08 por cento), cério 138 (0,25 por cento) e cério 136 (0,19 por cento). Sem os isômeros centrais, um total de isótopos radioativos 38 de cério foram caracterizados. Eles estão no intervalo entre 119 e 157, com meia-vida de apenas 1,02 segundos para os anos Cer-151 e 5 × 1016 para Cer-142.

O cério é extraído principalmente de monazita e bastnasita contendo cério. Também ocorre em alanita, Zerit, samarskita e perovskita mineral de titânio. É extraído nos EUA, China, Rússia, Austrália e Índia.

Cério ou óxido de cério

Recuperação de cério

O metal é produzido por eletrólise e redução metalotérmica dos halogenetos com metais alcalinos ou alcalino-terrosos. Existe em quatro formas alotrópicas (estruturais). A fase α é cúbica no centro da face com a = 4,85 Å a 77 K (-196 ° C ou -321 ° F). A fase β forma-se logo abaixo da temperatura ambiente e é hexagonal duplamente densamente compactada com a = 3.6810 Å ec = 11.857 Å. A fase γ é a forma de temperatura ambiente e é centrada na face cúbica com a = 5.1610 Å a 24 ° C (75 ° F). A fase δ é centrada no corpo cúbico com a = 4,12 Å a 757 ° C (1.395 ° F).

Após uma separação complexa do companheiro de cério, o óxido é reagido com fluoreto de hidrogênio para Cerfluorid. É então reduzido a cério com cálcio para formar fluoreto de cálcio. A separação dos resíduos de cálcio remanescentes e impurezas ocorre em uma refusão adicional in vacuo.

Características

O metal brilhante branco prateado é o segundo elemento mais reativo dos lantanídeos depois do európio. Danos superficiais à camada protetora de óxido amarelo inflama o metal. Acima de 150 ° C, ele queima com um brilho violento para formar céria. Ele reage com a água para formar hidróxido de cério.

O cério ocorre em compostos como um cátion amarelo a laranja traiçoeiro, incolor ou tetravalente.

Sob a influência do calor, é fortemente atacado por etanol e água. Também é fortemente atacado em álcalis para formar hidróxidos de cério. Nos ácidos, é dissolvido em sais.
Como as propriedades químicas das terras raras são semelhantes, o cério metálico raramente é usado na forma pura, mas na mistura em que é obtido na produção dos minerais de terras raras, o chamado mischmetal.

A tabela periódica com elementos de metais estratégicos e terras raras

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O cério, como todos os lantanídeos, é ligeiramente tóxico. O cério metálico pode inflamar a partir de 65 ° C. Como um metal finamente dividido, pode aquecer no ar sem energia e finalmente se inflamar. Entre outras coisas, a prontidão de ignição depende muito do tamanho das partículas e do grau de distribuição. Os incêndios ceriais não devem ser extinguidos com água, pois o hidrogênio gasoso evolui.

Cer uso

Os compostos de cério têm várias aplicações práticas. O dióxido é usado na indústria óptica para o polimento fino do vidro, como um descolorante na fabricação de vidro, em catalisadores de craqueamento de petróleo e como um catalisador de auto-emissão de três vias que utiliza suas propriedades de dupla valência (3 + / 4 +). O cério, junto com outros elementos de terras raras, faz parte de muitas ligas de ferro para reter enxofre e oxigênio e reticular o ferro fundido. Também é usado em ligas não ferrosas, especialmente para melhorar a resistência à oxidação a alta temperatura de superligas. O mischmetal (tipicamente 50 por cento de cério, 25 por cento de lantânio, 18 por cento de neodímio, 5 por cento de praseodímio e 2 por cento de outras terras raras) é usado principalmente para pederneiras mais leves e adições de ligas.

Na metalurgia, o cério é usado como aditivo para ligas de alumínio e ligas à base de ferro resistentes a altas temperaturas. Ele suporta a separação de enxofre e oxigênio no processo de fusão. A liga metálica com mistura de ferro Cereisen serve como matéria-prima para sílex para uso em isqueiros e para gerar faíscas em montanhas-russas e em cenas de filmes (cenas de acidentes). Cereisen com uma composição de 70% de cério e 30% de ferro, também conhecido como Auermetall, foi patenteado por Karl Auer von Welsbach em 1903. Uma modificação encontrada na distribuição mundial como uma pederneira para isqueiros.

Pequenas adições de compostos de cério (mais ou menos puros) conferem certas propriedades a outros materiais:

1. Ceria (CeO 2) é usado para estabilizar o suporte de catalisador cerâmico de alumina para catalisadores de exaustão automotivos.
2. Parte de algumas lentes especiais, por exemplo, filtros UV e pára-brisas, e desumidificadores na fabricação de vidro
3. Para colorir esmalte
4. Ceria é usado como um agente de polimento no processamento de vidro
5. Corantes fluorescentes dopados com cério (fósforos) em tubos de imagem e LEDs brancos
6. como doping em mantos
7. Os fornos autolimpantes contêm um revestimento contendo cério
8. Sulfato de cério (IV) como agente oxidante na Análise Quantitativa (Cerimetria)
9. como um agente de contraste na ressonância nuclear
10. como um fósforo em tubos de descarga de gás
11. adicionado à regeneração de filtros de partículas de fuligem dissolvidos no combustível
12. como parte de ligas de ligação não preciosas contendo metais em tecnologia dentária (cerâmica)
13. como oxidante para sínteses orgânicas com CAN (nitrato de amônio e cério), (NH4) ²Ce (NO³) 6

Cer características especiais

O Cer difere do praseodímio e do térbio de outras terras raras, pois forma compostos nos quais seu estado de oxidação é + 4; é a única Terra Rara a ter um estado de oxidação + 4 em solução. Os sais do íon Ce4 + (sais essenciais), que são oxidantes poderosos mas estáveis, são usados ​​na química analítica para detectar substâncias oxidáveis ​​como o ferro (ferro na zona de oxidação + 2). O cério em seu estado de oxidação + 3 se comporta como uma Terra Rara típica.