Obs: Denna artikel, ursprungligen publicerad 1998, uppdaterades 2006 för eBook edition.
översikt
Cerium är den vanligaste av de sällsynta jordartsmetallerna. Sällsynta jordartsmetaller är elementen i rad 6 i det periodiska systemet. Det periodiska systemet är ett diagram som visar hur kemiska element är relaterade till varandra. De sällsynta jordartselementen är inte riktigt sällsynta. I själva verket rankas cerium om nummer 26 i överflöd bland element som finns i jordskorpan.
Cerium är en grå metall som lätt reagerar med andra element. Det används för att göra ett antal olika legeringar, vid produktion av många typer av specialglas och inom kemisk industri.
upptäckt och namngivning
Cerium var det första sällsynta jordelementet som upptäcktes. Det isolerades 1839 av den svenska kemisten Carl Gustav Mosander (1797-1858). Mosander studerade en ny sten som hade upptäckts utanför staden Bastnas, Sverige. Mosander namngav det nya elementet cerium, för att hedra asteroiden Ceres som upptäcktes 1801.
SYMBOL
Ce
atomnummer
58
atommassa
140.12
familj
Lantanid (sällsynt jord
metall)
uttal
SEER-ee-um
kredit för upptäckten av cerium ges ibland till forskare som studerade Bastnas svarta sten tidigare. Dessa forskareinkluderade de svenska kemisterna J. B. B. Jakob Berzelius (1779-1848) och Wilhelm Hisinger (1766-1852) och den tyska kemisten Martin Heinrich Klaproth (1743-1817). Det skulle vara svårt att säga att en eller annan av dessa kemister var den enda upptäckaren av cerium.
ämnet som dessa forskare upptäckte var inte ett rent element utan cerium kombinerat med syre och andra element. Ren cerium producerades inte i ytterligare 70 år.
fysikaliska egenskaper
Cerium är en järngrå metall med en smältpunkt på 795 CCB (1460 FCB) och en kokpunkt på 3257 CCB (5895 FCB). Det är duktilt och formbart. Duktila medel som kan göras till tunna trådar. Formbara medel som kan hamras i tunna ark. Ceriums densitet är 6,78 gram per kubikcentimeter. Det finns i fyra olika allotropa former. Allotroper är former av ett element med olika fysikaliska och kemiska egenskaper.
kemiska egenskaper
Cerium är den näst mest aktiva lantaniden efter europium. Lantanider är elementen med atomnummer 58 till 71. Cerium reagerar så lätt med syre att det kan sättas i brand helt enkelt genom att skrapa ytan med en kniv. Det reagerar också med kallt vatten (långsamt), varmt vatten (snabbt), syror, baser, vätgas och andra metaller. Eftersom det är så aktivt måste det hanteras med försiktighet.
förekomst i naturen
de viktigaste malmerna av cerium är Cerit, monazit och bastnasit. Det tros förekomma i jordskorpan med en koncentration av 40 till 66 delar per miljon. Detta gör cerium ungefär lika rikligt som koppar eller zink.
isotoper
fyra naturligt förekommande isotoper av cerium har upptäckts: cerium-136, cerium-138, cerium-140 och cerium-142. Den sista av dessa isotoper är radioaktiv. Isotoper är två eller flera former av ett element. Isotoper skiljer sig från varandra beroende på deras massnummer. Numret som skrivs till höger om elementets namn är massnumret. Massantalet representerar antalet protoner plus neutroner ikärnan i en atom av elementet. Antalet protoner bestämmer elementet, men antalet neutroner i atomen av något element kan variera. Varje variation är en isotop. En radioaktiv isotop är en som bryter isär och avger någon form av strålning.
mer än ett dussin radioaktiva isotoper av cerium har också gjorts. Radioaktiva isotoper produceras när mycket små partiklar avfyras mot atomer. Dessa partiklar fastnar i atomerna och gör dem radioaktiva. Ingen av de radioaktiva isotoperna av cerium har någon kommersiell användning.
extraktion
Cerium framställs med metoder som liknar dem som används för andra lantanider. Den erhålls genom att leda en elektrisk ström genom ceriumklorid:
eller genom uppvärmning av kalciummetall tillsammans med ceriumfluorid:
användningar och föreningar
Ceriummetall och dess föreningar har en stor variation av användningsområden, många inom glas och keramik. Cerium och dess föreningar läggs till dessa material för att lägga till färg (gul), ta bort oönskad färg, göra glas känsligt för vissa former av strålning, lägga till speciella optiska (ljus) egenskaper till glas och stärka vissa typer av dentala material.
viktiga nya applikationer hittas för ceriumlasrar. En laser är en enhet som producerar starkt ljus med en enda frekvens eller färg. Ceriumlasrar innehåller en kristall gjord av litium, strontium, aluminium och fluor, till vilken en liten mängd cerium tillsätts. En ceriumlaser producerar ljus i det ultravioletta området. Ultraviolett strålning är inte synlig, men den liknar det blå och violetta ljuset som våra ögon kan se. Ceriumlasrar används för att söka efter ozon och svaveldioxid, två luftföroreningar, i atmosfären.
Cerium reagerar så lätt med syre att det kan sättas i brand helt enkelt genom att skrapa ytan med en kniv.
Ceriumföreningar används också för att göra fosfor. En fosfor är ett material som lyser när det träffas av elektroner. Fosforens färg beror på vilka element den ärgjord. Fosfor som innehåller ceriumföreningar producerar ett rött eller orange ljus när det träffas av elektroner.
Cerium används också i katalytiska system. En katalysator är ett ämne som används för att påskynda eller bromsa en kemisk reaktion. Katalysatorn genomgår inte någon förändring i sig under reaktionen. Föreningar av cerium används vid raffinering av petroleum. De hjälper till att bryta ner föreningar som finns i petroleum i enklare former som fungerar bättre som bränslen.
en annan tillämpning av cerium (i form av ceriumoxid) finns i förbränningsmotorer, som den som finns i bilar. Att tillsätta ceriumoxid (CeO2) till motorns bränsle hjälper bränslet att brinna renare och producerar färre föroreningar.
Ceriumlasrar används för att söka efter ozon och svaveldioxid, två luftföroreningar, i atmosfären.
ett antal legeringar innehåller cerium. En legering görs genom smältning och blandning av två eller flera metaller. Blandningen har egenskaper som skiljer sig från de enskilda metallerna. Kanske är den mest kända legeringen av cerium misch metal. Misch metal innehåller ett antal olika sällsynta jordartsmetaller och har den ovanliga egenskapen att avge en gnista när den träffas. Den används till exempel i Flint av en cigarettändare.
ceriumoxid används också som slipmedel. Ett slipmedel är ett pulverformigt material som används för att mala eller polera andra material. Ceriumoxid har ersatt ett äldre slipmedel som kallas rouge för polering av specialglas, såsom teleskopspeglar.
hälsoeffekter
det finns inga bevis för att ceriumföreningar utgör en hälsorisk för människor.