Cerium on kiistaton "isoveli" laajassa harvinaisten maametallien perheessä. Ensinnäkin harvinaisten maametallien kokonaispitoisuus kuoressa on 238 ppm, josta ceriumin määrä on 68 ppm, mikä on 28 % harvinaisten maametallien kokonaiskoostumuksesta ja on ensimmäisellä sijalla. Toiseksi cerium on toinen harvinainen maametalli, joka löydettiin yhdeksän vuotta yttriumin löytämisen (1794) jälkeen. Sen käyttökohteet ovat erittäin laajat, ja "ceriumin" kehitys on pysäyttämätöntä.
Cerium-alkuaineen löytäminen
Carl Auer von Welsbach
Ceriumin löysivät ja nimesivät vuonna 1803 saksalainen Kloppers, ruotsalainen kemisti Jöns Jakob Berzelius ja ruotsalainen mineralogi Wilhelm Hisinger. Sitä kutsutaan ceriumiksi ja sen malmia seriitiksi Cereksen, vuonna 1801 löydetyn asteroidin, muistoksi. Itse asiassa tämäntyyppinen ceriumsilikaatti on hydratoitu suola, joka sisältää 66–70 % ceriumia, kun taas loput ovat kalsiumin, raudan ja kalsiumin yhdisteitä.yttrium.
Ceriumia käytettiin ensimmäisen kerran kaasutakassa, jonka keksi itävaltalainen kemisti Carl Auer von Welsbach. Vuonna 1885 hän yritti valmistaa magnesiumin, lantaanin ja yttriumoksidin seosta, mutta nämä seokset tuottivat vihreää valoa tuloksetta.
Vuonna 1891 hän havaitsi, että puhdas toriumoksidi tuotti paremman valon, vaikkakin se oli sinistä, ja sekoitettuna cerium(IV)oksidiin se tuotti kirkkaan valkoisen valon. Lisäksi cerium(IV)oksidia voidaan käyttää myös katalyyttinä toriumoksidin palamisessa.
Ceriummetalli
★ Cerium on sitkeä ja pehmeä hopeanvalkoinen metalli, jolla on aktiivisia ominaisuuksia. Ilman kanssa kosketuksissa se hapettuu muodostaen ruosteen kaltaisen, hilseilevän oksidikerroksen. Kuumennettaessa se palaa ja reagoi nopeasti veden kanssa. Senttimetrin kokoinen ceriummetallinäyte syöpyy kokonaan noin vuodessa. Vältä kosketusta ilman, voimakkaiden hapettimien, vahvojen happojen ja halogeenien kanssa.
★ Ceriumia esiintyy pääasiassa monatsiitissa ja bastnesiitissa sekä uraanin, toriumin ja plutoniumin fissiotuotteissa. Haitallista ympäristölle, vesistöjen saastumiseen on kiinnitettävä erityistä huomiota.
★ Cerium on 26. yleisin alkuaine, ja sen osuus maankuoresta on 68 ppm. Sitä esiintyy toiseksi eniten vain kuparin (68 ppm) jälkeen. Ceriumia on runsaammin kuin tavallisia metalleja, kuten lyijyä (13 ppm) ja tinaa (2,1 ppm).
Cerium-elektronikonfiguraatio
Sähköiset järjestelyt:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f1 5d1
★ Cerium sijaitsee lantaanin jälkeen ja sillä on ceriumista lähteviä 4f-elektronia, mikä helpottaa sen osallistumista kemiallisiin reaktioihin. Ceriumin 5d-orbitaali on kuitenkin varattu, eikä tämä vaikutus ole ceriumissa riittävän voimakas.
★ Useimmat lantanidit voivat käyttää valenssielektroneina vain kolmea elektronia, lukuun ottamatta ceriumia, jolla on vaihteleva elektronirakenne. 4f-elektronien energia on lähes sama kuin ulkoisten 5d- ja 6s-elektronien, jotka ovat delokalisoituneet metallifaasiin, ja vain pieni määrä energiaa tarvitaan näiden elektronienergiatasojen suhteellisen miehityksen muuttamiseksi, mikä johtaa kaksoisvalensseihin +3 ja +4. Normaali tila on +3 valenssia, mikä osoittaa +4 valenssia anaerobisessa vedessä.
Ceriumin käyttö
★ Voidaan käyttää seosaineen lisäaineena ja ceriumsuolojen jne. valmistuksessa.
★ Sitä voidaan käyttää lasin lisäaineena ultravioletti- ja infrapunasäteiden absorboimiseksi, ja sitä käytetään laajalti auton laseissa.
★ Voidaan käyttää erinomaisena ympäristönsuojelumateriaalina, ja tällä hetkellä edustavin on autojen pakokaasujen puhdistuskatalyytti, joka estää tehokkaasti suuren määrän autojen pakokaasujen pääsyn ilmaan.
★ Valoharvinaisten maametallienpääasiassa ceriumista koostuva kasvien kasvunsäätelijä voi parantaa sadon laatua, lisätä satoa ja parantaa sadon stressinkestävyyttä.
★ Ceriumsulfidi voi korvata pigmenteissä ympäristölle ja ihmisille haitallisia metalleja, kuten lyijyä ja kadmiumia, värjätä muoveja ja sitä voidaan käyttää myös pinnoite- ja musteteollisuudessa.
★Cerium(IV)oksidivoidaan käyttää kiillotusaineena esimerkiksi kemiallis-mekaanisessa kiillotuksessa (CMP).
★ Ceriumia voidaan käyttää myös vedyn varastointimateriaaleina, termoelektrisinä materiaaleina, cerium-volframielektrodeina, keraamisina kondensaattoreina, pietsosähköisinä keraamina, cerium-piikarbidihioma-aineina, polttokennojen raaka-aineina, bensiinikatalyytteinä, kestomagneettisina materiaaleina, lääketieteellisinä materiaaleina, erilaisina seosteräksinä ja ei-rautametalleina.
Julkaisun aika: 03.07.2023