Nota: Questo articolo, originariamente pubblicato nel 1998, è stato aggiornato nel 2006 per l’edizione eBook.
Panoramica
Il cerio è il più abbondante dei metalli delle terre rare. I metalli delle terre rare sono gli elementi nella riga 6 della tavola periodica. La tavola periodica è un grafico che mostra come gli elementi chimici sono correlati tra loro. Gli elementi delle terre rare non sono davvero rari. In effetti, il cerio si colloca al numero 26 in abbondanza tra gli elementi trovati nella crosta terrestre.
Il cerio è un metallo grigio che reagisce facilmente con altri elementi. Viene utilizzato nella produzione di una serie di leghe diverse, nella produzione di molti tipi di vetro speciale e nell’industria chimica.
Scoperta e denominazione
Il Cerio è stato il primo elemento delle terre rare ad essere scoperto. Fu isolato nel 1839 dal chimico svedese Carl Gustav Mosander (1797-1858). Mosander stava studiando una nuova roccia che era stata scoperta fuori dalla città di Bastnas, in Svezia. Mosander chiamò il nuovo elemento cerio, in onore dell’asteroide Cerere che era stato scoperto nel 1801.
SIMBOLO
Ce
NUMERO ATOMICO
58
MASSA ATOMICA
140.12
FAMIGLIA
Lantanidi (rare earth
metallo)
PRONUNCIA
VEGGENTE-ee-um
Credito per la scoperta di cerio è a volte dato per gli scienziati che hanno studiato la roccia nera di Bastnas precedenti. Questi scienziatiincludevano i chimici svedesi Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) e Wilhelm Hisinger (1766-1852) e il chimico tedesco Martin Heinrich Klaproth (1743-1817). Sarebbe difficile dire che l’uno o l’altro di questi chimici fosse l’unico e unico scopritore del cerio.
La sostanza che questi scienziati hanno scoperto non era un elemento puro ma cerio combinato con ossigeno e altri elementi. Il cerio puro non è stato prodotto per altri 70 anni.
Proprietà fisiche
Il cerio è un metallo grigio-ferro con un punto di fusione di 795 ° C (1.460 ° F) e un punto di ebollizione di 3.257°C (5.895°F). È duttile e malleabile. Mezzi duttili in grado di essere trasformati in fili sottili. Mezzi malleabili in grado di essere martellati in fogli sottili. La densità del cerio è di 6,78 grammi per centimetro cubo. Esiste in quattro diverse forme allotropiche. Gli allotropi sono forme di un elemento con diverse proprietà fisiche e chimiche.
Proprietà chimiche
Il cerio è il secondo lantanide più attivo dopo l’europio. I lantanidi sono gli elementi con numeri atomici da 58 a 71. Il cerio reagisce così facilmente con l’ossigeno che può essere dato alle fiamme semplicemente graffiando la superficie con un coltello. Reagisce anche con acqua fredda (lentamente), acqua calda (rapidamente), acidi, basi, gas idrogeno e altri metalli. Poiché è così attivo, deve essere maneggiato con cautela.
Occorrenza in natura
I minerali più importanti del cerio sono cerite, monazite e bastnasite. Si pensa che si verifichi nella crosta terrestre con una concentrazione da 40 a 66 parti per milione. Questo rende il cerio abbondante quanto il rame o lo zinco.
Isotopi
Sono stati scoperti quattro isotopi naturali del cerio: cerio-136, cerio-138, cerio-140 e cerio-142. L’ultimo di questi isotopi è radioattivo. Gli isotopi sono due o più forme di un elemento. Gli isotopi differiscono l’uno dall’altro in base al loro numero di massa. Il numero scritto a destra del nome dell’elemento è il numero di massa. Il numero di massa rappresenta il numero di protoni più neutroni nelucleo di un atomo dell’elemento. Il numero di protoni determina l’elemento, ma il numero di neutroni nell’atomo di qualsiasi elemento può variare. Ogni variazione è un isotopo. Un isotopo radioattivo è uno che si rompe e emana una qualche forma di radiazione.
Sono stati realizzati anche più di una dozzina di isotopi radioattivi del cerio. Gli isotopi radioattivi vengono prodotti quando particelle molto piccole vengono sparate agli atomi. Queste particelle si attaccano agli atomi e li rendono radioattivi. Nessuno degli isotopi radioattivi del cerio ha alcun uso commerciale.
Estrazione
Il cerio viene preparato con metodi simili a quelli usati per altri lantanidi. Si ottiene facendo passare una corrente elettrica attraverso il cloruro di cerio:
o riscaldando il calcio metallico insieme al fluoruro di cerio:
Usi e composti
Il cerio metallico e i suoi composti hanno una grande varietà di usi, molti nel campo del vetro e della ceramica. Il cerio e i suoi composti vengono aggiunti a questi materiali per aggiungere colore (giallo), rimuovere il colore indesiderato, rendere il vetro sensibile a determinate forme di radiazioni, aggiungere speciali qualità ottiche (leggere) al vetro e rafforzare determinati tipi di materiali dentali.
Importanti nuove applicazioni sono state trovate per i laser al cerio. Un laser è un dispositivo che produce luce brillante di una singola frequenza o colore. I laser al cerio contengono un cristallo fatto di litio, stronzio, alluminio e fluoro, a cui viene aggiunta una piccola quantità di cerio. Un laser al cerio produce luce nella regione ultravioletta. La radiazione ultravioletta non è visibile, ma è molto simile alla luce blu e viola che i nostri occhi possono vedere. I laser al cerio sono utilizzati per la ricerca di ozono e anidride solforosa, due inquinanti atmosferici, nell’atmosfera.
Il cerio reagisce così facilmente con l’ossigeno che può essere dato alle fiamme semplicemente graffiando la superficie con un coltello.
I composti di cerio sono anche usati nella produzione di fosfori. Un fosforo è un materiale che brilla quando viene colpito da elettroni. Il colore del fosforo dipende dagli elementi di cui èfatto. I fosfori che contengono composti di cerio producono una luce rossa o arancione quando vengono colpiti dagli elettroni.
Il cerio è utilizzato anche nei sistemi catalitici. Un catalizzatore è una sostanza utilizzata per accelerare o rallentare una reazione chimica. Il catalizzatore non subisce alcun cambiamento durante la reazione. I composti di cerio sono utilizzati nella raffinazione del petrolio. Aiutano a scomporre i composti trovati nel petrolio in forme più semplici che funzionano meglio come combustibili.
Un’altra applicazione del cerio (sotto forma di ossido di cerio) è nei motori a combustione interna, come quella che si trova nelle automobili. L’aggiunta di ossido di cerio (CeO2) al carburante del motore aiuta il carburante a bruciare in modo più pulito, producendo meno inquinanti.
I laser al cerio sono utilizzati per la ricerca di ozono e anidride solforosa, due inquinanti atmosferici, nell’atmosfera.
Un certo numero di leghe contengono cerio. Una lega è fatta fondendo e mescolando due o più metalli. La miscela ha proprietà diverse da quelle dei singoli metalli. Forse la lega più conosciuta del cerio è il metallo misch. Misch metal contiene una serie di diversi elementi delle terre rare e ha la proprietà insolita di emettere una scintilla quando viene colpito. È usato, ad esempio, nella selce di un accendino.
L’ossido di cerio è anche usato come abrasivo. Un abrasivo è un materiale polveroso utilizzato per macinare o lucidare altri materiali. L’ossido di cerio ha sostituito un abrasivo più vecchio noto come rouge per lucidare il vetro specializzato, come gli specchi del telescopio.
Effetti sulla salute
Non vi sono prove che i composti del cerio rappresentino un pericolo per la salute umana.