Hinweis: Dieser Artikel, der ursprünglich 1998 veröffentlicht wurde, wurde 2006 für die eBook-Ausgabe aktualisiert.
Übersicht
Cer ist das häufigste der Seltenerdmetalle. Seltenerdmetalle sind die Elemente in Zeile 6 des Periodensystems. Das Periodensystem ist ein Diagramm, das zeigt, wie chemische Elemente miteinander verwandt sind. Die Elemente der seltenen Erden sind nicht wirklich selten. Eigentlich, Cer zählt etwa Nummer 26 in Hülle und Fülle unter den Elementen in der Erdkruste gefunden.
Cer ist ein graues Metall, das leicht mit anderen Elementen reagiert. Es wird bei der Herstellung einer Reihe verschiedener Legierungen, bei der Herstellung vieler Arten von Spezialglas und in der chemischen Industrie verwendet.
Entdeckung und Benennung
Cer war das erste Element der seltenen Erden, das entdeckt wurde. Es wurde 1839 vom schwedischen Chemiker Carl Gustav Mosander (1797-1858) isoliert. Mosander untersuchte einen neuen Felsen, der außerhalb der Stadt Bastnas in Schweden entdeckt worden war. Mosander nannte das neue Element Cer zu Ehren des 1801 entdeckten Asteroiden Ceres.
SYMBOL
Ce
ORDNUNGSZAHL
58
ATOMMASSE
140.12
FAMILIE
Lanthanid (seltene Erden
Metall)
AUSSPRACHE
SEER-ee-um
Die Entdeckung von Cer wird manchmal Wissenschaftlern zugeschrieben, die das schwarze Gestein von Bastnas früher untersucht haben. Zu diesen Wissenschaftlern gehörten die schwedischen Chemiker Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) und Wilhelm Hisinger (1766-1852) und der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth (1743-1817). Es wäre schwer zu sagen, dass der eine oder andere dieser Chemiker der einzige Entdecker von Cer war.
Die Substanz, die diese Wissenschaftler entdeckten, war kein reines Element, sondern Cer in Kombination mit Sauerstoff und anderen Elementen. Reines Cer wurde weitere 70 Jahre nicht hergestellt.
Physikalische Eigenschaften
Cer ist ein eisengraues Metall mit einem Schmelzpunkt von 795 ° C (1.460 ° F) und einem Siedepunkt von 3.257 ° C (5.895 ° F). Es ist duktil und formbar. Duktil bedeutet, dass es zu dünnen Drähten verarbeitet werden kann. Formbar bedeutet, dass es in dünne Bleche gehämmert werden kann. Die Dichte von Cer beträgt 6,78 Gramm pro Kubikzentimeter. Es existiert in vier verschiedenen allotropen Formen. Allotrope sind Formen eines Elements mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften.
Chemische Eigenschaften
Cer ist nach Europium das zweitaktivste Lanthanid. Lanthanide sind die Elemente mit den Ordnungszahlen 58 bis 71. Cer reagiert so leicht mit Sauerstoff, dass es einfach durch Kratzen der Oberfläche mit einem Messer in Brand gesetzt werden kann. Es reagiert auch mit kaltem Wasser (langsam), heißem Wasser (schnell), Säuren, Basen, Wasserstoffgas und anderen Metallen. Weil es so aktiv ist, muss es mit Vorsicht behandelt werden.
Vorkommen in der Natur
Die wichtigsten Erze von Cer sind Cerit, Monazit und Bastnasit. Es wird angenommen, dass es in der Erdkruste mit einer Konzentration von 40 bis 66 Teilen pro Million vorkommt. Dies macht Cer etwa so reichlich wie Kupfer oder Zink.
Isotope
Vier natürlich vorkommende Isotope von Cer wurden entdeckt: Cer-136, Cer-138, Cer-140 und Cer-142. Das letzte dieser Isotope ist radioaktiv. Isotope sind zwei oder mehr Formen eines Elements. Isotope unterscheiden sich nach ihrer Massenzahl. Die Zahl rechts neben dem Namen des Elements ist die Massennummer. Die Massenzahl repräsentiert die Anzahl der Protonen plus Neutronen in derkern eines Atoms des Elements. Die Anzahl der Protonen bestimmt das Element, aber die Anzahl der Neutronen im Atom eines Elements kann variieren. Jede Variation ist ein Isotop. Ein radioaktives Isotop ist eines, das auseinanderbricht und irgendeine Form von Strahlung abgibt.
Es wurden auch mehr als ein Dutzend radioaktive Isotope von Cer hergestellt. Radioaktive Isotope entstehen, wenn sehr kleine Teilchen auf Atome abgefeuert werden. Diese Partikel haften in den Atomen und machen sie radioaktiv. Keines der radioaktiven Isotope von Cer hat eine kommerzielle Verwendung.
Extraktion
Cer wird nach ähnlichen Methoden wie andere Lanthanide hergestellt. Es wird erhalten, indem ein elektrischer Strom durch Cerchlorid geleitet wird:
oder indem Calciummetall zusammen mit Cerfluorid erhitzt wird:
Verwendungen und Verbindungen
Cermetall und seine Verbindungen haben eine Vielzahl von Anwendungen, viele auf dem Gebiet von Glas und Keramik. Cer und seine Verbindungen werden diesen Materialien zugesetzt, um Farbe (gelb) hinzuzufügen, unerwünschte Farbe zu entfernen, Glas für bestimmte Strahlungsformen empfindlich zu machen, Glas spezielle optische (Licht-) Eigenschaften zu verleihen und bestimmte Arten von Dentalmaterialien zu verstärken.
Für Cer-Laser werden wichtige neue Anwendungen gefunden. Ein Laser ist ein Gerät, das helles Licht einer einzigen Frequenz oder Farbe erzeugt. Cerlaser enthalten einen Kristall aus Lithium, Strontium, Aluminium und Fluor, dem eine kleine Menge Cer zugesetzt wird. Ein Cer-Laser erzeugt Licht im ultravioletten Bereich. Ultraviolette Strahlung ist nicht sichtbar, aber sie ist dem blauen und violetten Licht, das unsere Augen sehen können, sehr ähnlich. Cer-Laser werden verwendet, um nach Ozon und Schwefeldioxid, zwei Luftschadstoffen, in der Atmosphäre zu suchen.
Cer reagiert so leicht mit Sauerstoff, dass es einfach durch Kratzen der Oberfläche mit einem Messer in Brand gesetzt werden kann.
Cerverbindungen werden auch zur Herstellung von Leuchtstoffen verwendet. Ein Leuchtstoff ist ein Material, das leuchtet, wenn es von Elektronen getroffen wird. Die Farbe des Leuchtstoffs hängt von den Elementen ab, aus denen er isthergestellt. Leuchtstoffe, die Cerverbindungen enthalten, erzeugen ein rotes oder orangefarbenes Licht, wenn sie von Elektronen getroffen werden.
Cer wird auch in katalytischen Systemen verwendet. Ein Katalysator ist eine Substanz, die verwendet wird, um eine chemische Reaktion zu beschleunigen oder zu verlangsamen. Der Katalysator verändert sich während der Reaktion selbst nicht. Verbindungen von Cer werden bei der Raffination von Erdöl verwendet. Sie helfen, Verbindungen in Erdöl in einfachere Formen zu zerlegen, die besser als Brennstoffe funktionieren.
Eine weitere Anwendung von Cer (in Form von Ceroxid) ist in Verbrennungsmotoren, wie sie in Autos zu finden sind. Die Zugabe von Ceroxid (CeO2) zum Kraftstoff des Motors trägt dazu bei, dass der Kraftstoff sauberer verbrennt und weniger Schadstoffe produziert.
Cer-Laser werden verwendet, um nach Ozon und Schwefeldioxid, zwei Luftschadstoffen, in der Atmosphäre zu suchen.
Eine Reihe von Legierungen enthalten Cer. Eine Legierung wird durch Schmelzen und Mischen von zwei oder mehr Metallen hergestellt. Die Mischung hat andere Eigenschaften als die einzelnen Metalle. Die vielleicht bekannteste Legierung von Cer ist Misch Metal. Misch-Metall enthält eine Reihe verschiedener Seltenerdelemente und hat die ungewöhnliche Eigenschaft, beim Auftreffen einen Funken abzugeben. Es wird beispielsweise im Feuerstein eines Zigarettenanzünders verwendet.
Ceroxid wird auch als Schleifmittel verwendet. Ein Schleifmittel ist ein pulverförmiges Material, das zum Schleifen oder Polieren anderer Materialien verwendet wird. Ceroxid hat ein älteres Schleifmittel ersetzt, das als Rouge zum Polieren von Spezialglas wie Teleskopspiegeln bekannt ist.
Gesundheitliche Auswirkungen
Es gibt keine Hinweise darauf, dass Cerverbindungen eine Gesundheitsgefährdung für den Menschen darstellen.