Huom: Tämä alun perin vuonna 1998 julkaistu artikkeli päivitettiin vuonna 2006 eBook-painosta varten.
Overview
Cerium on harvinaisista maametalleista runsain. Harvinaiset maametallit ovat alkuaineita jaksollisen järjestelmän rivillä 6. Jaksollinen järjestelmä on kaavio, joka osoittaa, miten alkuaineet liittyvät toisiinsa. Harvinaiset maametallit eivät ole varsinaisesti harvinaisia. Itse asiassa cerium on noin sijalla 26 maankuoressa olevien alkuaineiden joukossa.
Cerium on harmaa metalli, joka reagoi helposti muiden alkuaineiden kanssa. Sitä käytetään useiden eri seosten valmistuksessa, monenlaisten erikoislasien valmistuksessa ja kemianteollisuudessa.
löytö ja nimeäminen
Cerium oli ensimmäinen löydetty harvinaisten maametallien alkuaine. Sen eristi vuonna 1839 ruotsalainen kemisti Carl Gustav Mosander (1797-1858). Mosander Tutki uutta kiveä, joka oli löydetty Bastnasin kaupungin ulkopuolelta Ruotsista. Mosander nimesi uuden alkuaineen ceriumiksi vuonna 1801 löytyneen asteroidi Cereksen kunniaksi.
symboli
Ce
järjestysluku
58
atomimassa
140.12
suku
Lantanidi (harvinainen maametalli
metalli)
ääntäminen
SEER-ee-um
kunnia ceriumin löytämisestä annetaan joskus aiemmin bastnasin mustaa kiveä tutkineille tiedemiehille. Näihin tiedemiehiin kuuluivat ruotsalaiset kemistit Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) ja Wilhelm Hisinger (1766-1852) sekä saksalainen kemisti Martin Heinrich Klaproth (1743-1817). Olisi vaikea sanoa, että jompikumpi näistä kemisteistä olisi ollut ainoa ceriumin löytäjä.
näiden tutkijoiden löytämä aine ei ollut puhdas alkuaine, vaan Cerium yhdistettynä Happeen ja muihin alkuaineisiin. Puhdasta ceriumia ei tuotettu vielä 70 vuoteen.
fysikaaliset ominaisuudet
Cerium on raudanharmaa metalli, jonka sulamispiste on 795°C (1 460°F) ja kiehumispiste 3 257°c (5 895°F). Se on sitkeää ja muokattavaa. Sitkeä tarkoittaa voidaan tehdä ohut johdot. Muokattavat välineet, jotka voidaan vasaroida ohuiksi levyiksi. Ceriumin tiheys on 6,78 grammaa kuutiosenttimetrissä. Se esiintyy neljässä eri allotrooppisessa muodossa. Allotrooppit ovat alkuaineen muotoja, joilla on erilaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.
kemialliset ominaisuudet
Cerium on toiseksi aktiivisin lantanidi europiumin jälkeen. Lantanidit ovat alkuaineita, joiden järjestysluvut ovat 58-71. Cerium reagoi hapen kanssa niin herkästi, että sen voi sytyttää tuleen pelkästään raapimalla pintaa veitsellä. Se reagoi myös kylmän veden (hitaasti), kuuman veden (nopeasti), happojen, emästen, vetykaasun ja muiden metallien kanssa. Koska se on niin aktiivinen, sitä on käsiteltävä varoen.
esiintyminen luonnossa
ceriumin tärkeimmät malmit ovat seriitti, monatsiitti ja bastnasiitti. Sen arvellaan esiintyvän maankuoressa 40-66 miljoonasosan pitoisuutena. Tämä tekee ceriumista suunnilleen yhtä runsasta kuin kuparia tai sinkkiä.
isotoopit
on löydetty neljä luonnossa esiintyvää ceriumin isotooppia: cerium-136, cerium-138, cerium-140 ja cerium-142. Viimeinen näistä isotoopeista on radioaktiivinen. Isotoopit ovat alkuaineen kahta tai useampaa muotoa. Isotoopit eroavat toisistaan massalukunsa mukaan. Alkuaineen nimen oikealle puolelle kirjoitettu luku on massaluku. Massaluku kuvaa alkuaineen atomin atomien protonien ja neutronien lukumäärää. Alkuaineen määrää protonien määrä, mutta minkä tahansa alkuaineen atomissa olevien neutronien määrä voi vaihdella. Jokainen muunnos on isotooppi. Radioaktiivinen isotooppi on sellainen, joka hajoaa ja antaa jonkinlaista säteilyä.
on tehty myös toistakymmentä ceriumin radioaktiivista isotooppia. Radioaktiivisia isotooppeja syntyy, kun atomeihin ammutaan hyvin pieniä hiukkasia. Nämä hiukkaset tarttuvat atomeihin ja tekevät niistä radioaktiivisia. Millään ceriumin radioaktiivisista isotoopeista ei ole kaupallista käyttöä.
uutto
ceriumia valmistetaan samankaltaisin menetelmin kuin muita lantanideja. Sitä saadaan johtamalla sähkövirta ceriumkloridin läpi:
tai kuumentamalla kalsiummetallia yhdessä ceriumfluoridin kanssa:
käyttötarkoitukset ja yhdisteet
Ceriummetallilla ja sen yhdisteillä on hyvin monenlaisia käyttötarkoituksia, monia lasin ja keramiikan alalla. Ceriumia ja sen yhdisteitä lisätään näihin materiaaleihin värin lisäämiseksi (keltainen), ei-toivottujen värien poistamiseksi, lasin herkistämiseksi tietyille säteilymuodoille, erityisten optisten (valo) ominaisuuksien lisäämiseksi lasiin ja tietynlaisten hammasainemateriaalien vahvistamiseksi.
Ceriumlasereille on löydetty tärkeitä uusia käyttökohteita. Laser on laite, joka tuottaa kirkasta valoa yhdellä taajuudella tai värillä. Cerium-laserit sisältävät litiumista, strontiumista, alumiinista ja fluorista valmistettua kidettä, johon lisätään pieni määrä ceriumia. Cerium-laser tuottaa valoa ultraviolettialueella. Ultraviolettisäteilyä ei näy, mutta se muistuttaa hyvin paljon sinistä ja violettia valoa, jonka silmämme näkevät. Cerium-lasereilla etsitään ilmakehästä otsonia ja rikkidioksidia, kahta ilmansaastetta.
Cerium reagoi niin herkästi hapen kanssa, että sen voi sytyttää tuleen pelkästään raapimalla pintaa veitsellä.
ceriumyhdisteitä käytetään myös fosforien valmistuksessa. Fosfori on materiaali, joka loistaa, kun elektroneja osuu. Fosforin väri riippuu elementeistä, joista se on tehty. Ceriumyhdisteitä sisältävät fosforit tuottavat punaista tai oranssia valoa elektronien osuessa niihin.
ceriumia käytetään myös katalyyttisissä järjestelmissä. Katalyytti on aine, jota käytetään nopeuttamaan tai hidastamaan kemiallista reaktiota. Katalyytti ei itse muutu reaktion aikana. Ceriumin yhdisteitä käytetään maaöljyn jalostuksessa. Ne auttavat hajottamaan maaöljyssä olevia yhdisteitä yksinkertaisempiin muotoihin, jotka toimivat paremmin polttoaineina.
toinen ceriumin käyttökohde (ceriumoksidin muodossa) on polttomoottoreissa, kuten autoissa. Ceriumoksidin (CeO2) lisääminen moottorin polttoaineeseen auttaa polttoainetta palamaan puhtaammin ja tuottaa vähemmän epäpuhtauksia.
Ceriumlasereilla etsitään ilmakehästä otsonia ja rikkidioksidia, kahta ilmansaastetta.
useat seokset sisältävät ceriumia. Metalliseos valmistetaan sulattamalla ja sekoittamalla kahta tai useampaa metallia. Seoksen ominaisuudet poikkeavat yksittäisten metallien ominaisuuksista. Ehkä tunnetuin ceriumin seos on misch-metalli. Misch metal sisältää useita erilaisia harvinaisia maametalleja ja on epätavallinen ominaisuus antaa pois kipinä, kun iski. Sitä käytetään esimerkiksi tupakansytyttimen piikivessä.
ceriumoksidia käytetään myös hioma-aineena. Hioma on jauhemainen materiaali, jota käytetään muiden materiaalien jauhamiseen tai kiillottamiseen. Ceriumoksidi on korvannut vanhemman Rouge-nimisen hioma-aineen erikoislasin, kuten teleskooppipeilien kiillotuksessa.
terveysvaikutukset
ei ole näyttöä siitä, että ceriumyhdisteet aiheuttaisivat terveysvaaraa ihmisille.