Remarque: Cet article, initialement publié en 1998, a été mis à jour en 2006 pour l’édition du livre électronique.
Aperçu
Le cérium est le plus abondant des métaux des terres rares. Les métaux des terres rares sont les éléments de la ligne 6 du tableau périodique. Le tableau périodique est un graphique qui montre comment les éléments chimiques sont liés les uns aux autres. Les éléments de terres rares ne sont pas vraiment rares. En fait, le cérium se classe au nombre d’environ 26 en abondance parmi les éléments trouvés dans la croûte terrestre.
Le cérium est un métal gris qui réagit facilement avec d’autres éléments. Il est utilisé dans la fabrication d’un certain nombre d’alliages différents, dans la production de nombreux types de verre de spécialité et dans l’industrie chimique.
Découverte et dénomination
Le cérium a été le premier élément de terres rares à être découvert. Il a été isolé en 1839 par le chimiste suédois Carl Gustav Mosander (1797-1858). Mosander étudiait une nouvelle roche qui avait été découverte à l’extérieur de la ville de Bastnas, en Suède. Mosander a nommé le nouvel élément cérium, en l’honneur de l’astéroïde Cérès qui avait été découvert en 1801.
SYMBOLE
Ce
NUMÉRO ATOMIQUE
58
MASSE ATOMIQUE
140.12
FAMILLE
Lanthanide (terre rare
métal)
PRONONCIATION
SEER-ee-um
Le crédit de la découverte du cérium est parfois donné aux scientifiques qui ont étudié la roche noire de Bastnas plus tôt. Ces scientifiques comprenaient les chimistes suédois Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) et Wilhelm Hisinger (1766-1852) et le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth (1743-1817). Il serait difficile de dire que l’un ou l’autre de ces chimistes était le seul et unique découvreur du cérium.
La substance découverte par ces scientifiques n’était pas un élément pur, mais du cérium combiné à de l’oxygène et à d’autres éléments. Le cérium pur n’a pas été produit pendant encore 70 ans.
Propriétés physiques
Le cérium est un métal gris fer avec un point de fusion de 795 ° C (1 460 ° F) et un point d’ébullition de 3 257 ° C (5 895 ° F). Il est ductile et malléable. Des moyens ductiles susceptibles d’être transformés en fils minces. Des moyens malléables susceptibles d’être martelés en feuilles minces. La densité du cérium est de 6,78 grammes par centimètre cube. Il existe sous quatre formes allotropes différentes. Les allotropes sont des formes d’un élément aux propriétés physiques et chimiques différentes.
Propriétés chimiques
Le cérium est le deuxième lanthanide le plus actif après l’europium. Les lanthanides sont les éléments de numéros atomiques 58 à 71. Le cérium réagit si facilement avec l’oxygène qu’il peut être incendié simplement en grattant la surface avec un couteau. Il réagit également avec l’eau froide (lentement), l’eau chaude (rapidement), les acides, les bases, l’hydrogène gazeux et d’autres métaux. Parce qu’il est si actif, il doit être manipulé avec prudence.
Occurrence dans la nature
Les minerais les plus importants du cérium sont la cérite, la monazite et la bastnasite. On pense qu’il se produit dans la croûte terrestre avec une concentration de 40 à 66 parties par million. Cela rend le cérium à peu près aussi abondant que le cuivre ou le zinc.
Isotopes
Quatre isotopes naturels du cérium ont été découverts: le cérium-136, le cérium-138, le cérium-140 et le cérium-142. Le dernier de ces isotopes est radioactif. Les isotopes sont deux formes ou plus d’un élément. Les isotopes diffèrent les uns des autres en fonction de leur nombre de masse. Le nombre écrit à droite du nom de l’élément est le nombre de masse. Le nombre de masse représente le nombre de protons plus de neutrons dans le noyau d’un atome de l’élément. Le nombre de protons détermine l’élément, mais le nombre de neutrons dans l’atome d’un élément peut varier. Chaque variation est un isotope. Un isotope radioactif est un isotope qui se brise et dégage une forme de rayonnement.
Plus d’une douzaine d’isotopes radioactifs du cérium ont également été fabriqués. Les isotopes radioactifs sont produits lorsque de très petites particules sont tirées sur des atomes. Ces particules collent dans les atomes et les rendent radioactifs. Aucun des isotopes radioactifs du cérium n’a d’utilisation commerciale.
Extraction
Le cérium est préparé par des méthodes similaires à celles utilisées pour d’autres lanthanides. Il est obtenu en faisant passer un courant électrique à travers le chlorure de cérium:
ou en chauffant du calcium métallique avec du fluorure de cérium:
Utilisations et composés
Le métal cérium et ses composés ont une grande variété d’utilisations, nombreuses dans le domaine du verre et de la céramique. Le cérium et ses composés sont ajoutés à ces matériaux pour ajouter de la couleur (jaune), éliminer les couleurs indésirables, rendre le verre sensible à certaines formes de rayonnement, ajouter des qualités optiques spéciales (lumière) au verre et renforcer certains types de matériaux dentaires.
De nouvelles applications importantes sont trouvées pour les lasers au cérium. Un laser est un appareil qui produit une lumière vive d’une seule fréquence ou couleur. Les lasers au cérium contiennent un cristal de lithium, de strontium, d’aluminium et de fluor, auquel une petite quantité de cérium est ajoutée. Un laser au cérium produit de la lumière dans la région ultraviolette. Le rayonnement ultraviolet n’est pas visible, mais il ressemble beaucoup à la lumière bleue et violette que nos yeux peuvent voir. Les lasers au cérium sont utilisés pour rechercher l’ozone et le dioxyde de soufre, deux polluants atmosphériques, dans l’atmosphère.
Le cérium réagit si facilement avec l’oxygène qu’il peut être incendié simplement en grattant la surface avec un couteau.
Les composés de cérium sont également utilisés dans la fabrication de phosphores. Un phosphore est un matériau qui brille lorsqu’il est frappé par des électrons. La couleur du phosphore dépend des éléments dont il estfait. Les phosphores qui contiennent des composés de cérium produisent une lumière rouge ou orange lorsqu’ils sont frappés par des électrons.
Le cérium est également utilisé dans les systèmes catalytiques. Un catalyseur est une substance utilisée pour accélérer ou ralentir une réaction chimique. Le catalyseur ne subit aucun changement lui-même au cours de la réaction. Les composés du cérium sont utilisés dans le raffinage du pétrole. Ils aident à décomposer les composés présents dans le pétrole en formes plus simples qui fonctionnent mieux comme carburants.
Une autre application du cérium (sous forme d’oxyde de cérium) est dans les moteurs à combustion interne, comme celui que l’on trouve dans les voitures. L’ajout d’oxyde de cérium (CeO2) au carburant du moteur aide le carburant à brûler plus proprement, produisant moins de polluants.
Les lasers au cérium sont utilisés pour rechercher l’ozone et le dioxyde de soufre, deux polluants atmosphériques, dans l’atmosphère.
Un certain nombre d’alliages contiennent du cérium. Un alliage est fabriqué en fondant et en mélangeant deux métaux ou plus. Le mélange a des propriétés différentes de celles des métaux individuels. L’alliage de cérium le plus connu est peut-être le métal misch. Le métal Misch contient un certain nombre d’éléments de terres rares différents et a la propriété inhabituelle de dégager une étincelle lorsqu’il est frappé. Il est utilisé, par exemple, dans le silex d’un allume-cigare.
L’oxyde de cérium est également utilisé comme abrasif. Un abrasif est un matériau pulvérulent utilisé pour broyer ou polir d’autres matériaux. L’oxyde de cérium a remplacé un abrasif plus ancien connu sous le nom de rouge pour le polissage du verre spécialisé, tel que les miroirs de télescope.
Effets sur la santé
Rien n’indique que les composés du cérium présentent un danger pour la santé humaine.