Cério - Cerium

Cério,  58 Ce
Cerium2.jpg
Cério
Pronúncia / S ɪər i ə m / ( vidente -ee-əm )
Aparência branco prateado
Peso atômico padrão A r, std (Ce) 140,116 (1)
Cério na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radon
Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
-

Ce

Th
lantâniocériopraseodímio
Número atômico ( Z ) 58
Grupo grupo n / a
Período período 6
Bloquear   bloco f
Configuração de elétron [ Xe ] 4f 1 5d 1 6s 2
Elétrons por camada 2, 8, 18, 19, 9, 2
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 1068  K (795 ° C, 1463 ° F)
Ponto de ebulição 3716 K (3443 ° C, 6229 ° F)
Densidade (próximo à  rt ) 6,770 g / cm 3
quando líquido (em  mp ) 6,55 g / cm 3
Calor de fusão 5,46  kJ / mol
Calor da vaporização 398 kJ / mol
Capacidade de calor molar 26,94 J / (mol · K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 mil 10 k 100 k
em  T  (K) 1992 2194 2442 2754 3159 3705
Propriedades atômicas
Estados de oxidação +1, +2, +3 , +4 (um óxido levemente básico )
Eletro-negatividade Escala de Pauling: 1,12
Energias de ionização
Raio atômico empírico: 181,8  pm
Raio covalente 204 ± 21h
Linhas de cores em uma faixa espectral
Linhas espectrais de cério
Outras propriedades
Ocorrência natural primordial
Estrutura de cristal duplo hexagonal compacta-fim (DHCP)
Estrutura de cristal duplo hexagonal compactado para cério

β-Ce
Estrutura de cristal cúbica de face centrada (FCC)
Estrutura de cristal cúbico centrado na face para cério

γ-Ce
Velocidade do som haste fina 2100 m / s (a 20 ° C)
Expansão térmica γ, poli: 6,3 µm / (m⋅K) (à  temperatura ambiente )
Condutividade térmica 11,3 W / (m⋅K)
Resistividade elétrica β, poli: 828 nΩ⋅m (à  temperatura ambiente )
Ordenação magnética paramagnético
Suscetibilidade magnética molar (β) +2 450 .0 × 10 −6  cm 3 / mol (293 K)
Módulo de Young forma γ: 33,6 GPa
Módulo de cisalhamento forma γ: 13,5 GPa
Módulo de massa forma γ: 21,5 GPa
Coeficiente de Poisson forma γ: 0,24
Dureza de Mohs 2,5
Dureza Vickers 210–470 MPa
Dureza Brinell 186–412 MPa
Número CAS 7440-45-1
História
Nomeação em homenagem ao planeta anão Ceres , também nomeado em homenagem à divindade romana da agricultura Ceres
Descoberta Martin Heinrich Klaproth , Jöns Jakob Berzelius , Wilhelm Hisinger (1803)
Primeiro isolamento Carl Gustaf Mosander (1838)
Isótopos principais de cério
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
134 Ce syn 3,16 d ε 134 La
136 Ce 0,186% estábulo
138 Ce 0,251% estábulo
139 Ce syn 137,640 d ε 139 La
140 Ce 88,449% estábulo
141 Ce syn 32,501 d β - 141 Pr
142 Ce 11,114% estábulo
143 Ce syn 33,039 h β - 143 Pr
144 Ce syn 284,893 d β - 144 Pr
Categoria Categoria: Cério
| referências

O cério é um elemento químico com o símbolo Ce e o número atômico 58. O cério é um metal macio , dúctil e branco prateado que mancha quando exposto ao ar e é macio o suficiente para ser cortado com uma faca de cozinha de aço. O cério é o segundo elemento da série dos lantanídeos e, embora frequentemente mostre o estado de oxidação +3 característico da série, também tem um estado +4 estável que não oxida a água. Também é considerado um dos elementos de terras raras . O cério não tem função biológica em humanos e não é muito tóxico.

Apesar de sempre ocorrer em combinação com os outros elementos de terras raras em minerais como os dos grupos monazita e bastnasita , o cério é fácil de extrair de seus minérios, pois pode ser distinguido entre os lantanídeos por sua capacidade única de ser oxidado ao +4 estado. É o mais comum dos lantanídeos, seguido pelo neodímio , lantânio e praseodímio . É o 26º elemento mais abundante , constituindo 66  ppm da crosta terrestre, metade do cloro e cinco vezes mais do que o chumbo .

Cerium foi o primeiro dos lantanídeos a ser descoberto, em Bastnäs , Suécia, por Jöns Jakob Berzelius e Wilhelm Hisinger em 1803, e independentemente por Martin Heinrich Klaproth na Alemanha no mesmo ano. Em 1839, Carl Gustaf Mosander foi o primeiro a isolar o metal. Hoje, o cério e seus compostos têm uma variedade de usos: por exemplo, o óxido de cério (IV) é usado para polir vidro e é uma parte importante dos conversores catalíticos . O metal de cério é usado em isqueiros de ferrocério por suas propriedades pirofóricas . O fósforo YAG dopado com cério é usado em conjunto com diodos emissores de luz azul para produzir luz branca na maioria das fontes de luz LED branca comercial.

Características

Fisica

O cério é o segundo elemento da série dos lantanídeos . Na tabela periódica, aparece entre os lantanídeos lantânio à sua esquerda e praseodímio à sua direita, e acima do tório actinídeo . É um metal dúctil com uma dureza semelhante à da prata . Seus 58 elétrons estão dispostos na configuração [Xe] 4f 1 5d 1 6s 2 , dos quais os quatro elétrons externos são elétrons de valência . Os níveis de energia 4f, 5d e 6s estão muito próximos um do outro, e a transferência de um elétron para a camada 5d se deve à forte repulsão intereletrônica na camada 4f compacta. Este efeito é anulado quando o átomo é ionizado positivamente; assim, Ce 2+ sozinho tem, em vez disso, a configuração regular [Xe] 4f 2 , embora em algumas soluções sólidas possa ser [Xe] 4f 1 5d 1 . A maioria dos lantanídeos pode usar apenas três elétrons como elétrons de valência, já que depois os elétrons 4f restantes são fortemente ligados: o cério é uma exceção devido à estabilidade da camada f vazia em Ce 4+ e ao fato de que vem muito cedo no série de lantanídeos, onde a carga nuclear ainda é baixa o suficiente até o neodímio para permitir a remoção do quarto elétron de valência por meios químicos.

O Cerium possui uma estrutura eletrônica variável . A energia do elétron 4f é quase a mesma dos elétrons externos 5d e 6s que são deslocalizados no estado metálico, e apenas uma pequena quantidade de energia é necessária para alterar a ocupação relativa desses níveis eletrônicos. Isso dá origem a estados de valência dupla. Por exemplo, uma mudança de volume de cerca de 10% ocorre quando o cério é submetido a altas pressões ou baixas temperaturas. Parece que a valência muda de cerca de 3 para 4 quando é resfriada ou comprimida.

Alótropos

Diagrama de fase do cério

Quatro formas alotrópicas de cério são conhecidas por existirem na pressão padrão e recebem os rótulos comuns de α a δ:

  • A forma de alta temperatura, δ-cério, tem uma estrutura cristalina bcc (cúbica centrada no corpo ) e existe acima de 726 ° C.
  • A forma estável abaixo de 726 ° C até aproximadamente a temperatura ambiente é o γ-cério, com uma estrutura de cristal fcc ( cúbica de face centrada ).
  • O DHCP (duplo hexagonal fechado ) forma β-cério é a estrutura de equilíbrio aproximadamente da temperatura ambiente a -150 ° C.
  • A forma fcc α-cério é estável abaixo de cerca de -150 ° C; tem uma densidade de 8,16 g / cm 3 .
  • Outras fases sólidas que ocorrem apenas em altas pressões são mostradas no diagrama de fases.
  • Ambas as formas γ e β são bastante estáveis ​​à temperatura ambiente, embora a temperatura de transformação de equilíbrio seja estimada em torno de 75 ° C.

Em temperaturas mais baixas, o comportamento do cério é complicado pelas lentas taxas de transformação. As temperaturas de transformação estão sujeitas a histerese substancial e os valores citados aqui são aproximados. Após o resfriamento abaixo de −15 ° C, o γ-cério começa a mudar para β-cério, mas a transformação envolve um aumento de volume e, à medida que mais β se forma, as tensões internas aumentam e suprimem a transformação posterior. O resfriamento abaixo de aproximadamente −160 ° C iniciará a formação de α-cério, mas somente a partir do γ-cério restante. O β-cério não se transforma significativamente em α-cério, exceto na presença de tensão ou deformação. À pressão atmosférica, o cério líquido é mais denso do que sua forma sólida no ponto de fusão.

Isótopos

O cério de ocorrência natural é composto por quatro isótopos: 136 Ce (0,19%), 138 Ce (0,25%), 140 Ce (88,4%) e 142 Ce (11,1%). Todos os quatro são observacionalmente estáveis , embora os isótopos leves 136 Ce e 138 Ce sejam teoricamente esperados para sofrer decaimento beta duplo inverso para isótopos de bário , e o isótopo 142 Ce mais pesado deve sofrer decaimento beta duplo para 142 Nd ou decaimento alfa para 138 BA. Além disso, 140 Ce liberaria energia após a fissão espontânea . Nenhum desses modos de decaimento foi ainda observado, embora o decaimento beta duplo de 136 Ce, 138 Ce e 142 Ce tenha sido pesquisado experimentalmente. Os limites experimentais atuais para suas meias-vidas são:

136 Ce:> 3,8 × 10 16 y
138 Ce:> 5,7 × 10 16 y
142 Ce:> 5,0 × 10 16 y

Todos os outros isótopos de cério são sintéticos e radioativos . Os mais estáveis ​​são 144 Ce com meia-vida de 284,9 dias, 139 Ce com meia-vida de 137,6 dias e 141 Ce com meia-vida de 32,5 dias. Todos os outros isótopos de cério radioativos têm meia-vida abaixo de quatro dias, e a maioria deles tem meia-vida abaixo de dez minutos. Os isótopos entre 140 Ce e 144 Ce inclusive ocorrem como produtos da fissão do urânio . O modo de decaimento primário dos isótopos mais leves que 140 Ce é o decaimento beta inverso ou captura de elétrons para isótopos de lantânio , enquanto o dos isótopos mais pesados ​​é o decaimento beta para isótopos de praseodímio .

A raridade dos ricos em prótons 136 Ce e 138 Ce é explicada pelo fato de que eles não podem ser feitos nos processos mais comuns de nucleossíntese estelar para elementos além do ferro, o processo s ( captura lenta de nêutrons ) e o processo r ( captura rápida de nêutrons). Isso ocorre porque eles são desviados pelo fluxo de reação do processo s, e os nuclídeos do processo r são impedidos de decair para eles por nuclídeos estáveis ​​mais ricos em nêutrons. Esses núcleos são chamados de p-núcleos e sua origem ainda não é bem compreendida: alguns mecanismos especulados para sua formação incluem tanto a captura de prótons quanto a fotodisintegração . 140 Ce é o isótopo mais comum de cério, pois pode ser produzido em ambos os processos s e r, enquanto 142 Ce só pode ser produzido no processo r. Outra razão para a abundância de 140 Ce é que ele é um núcleo mágico , com uma camada de nêutrons fechada (tem 82 nêutrons) e, portanto, tem uma seção transversal muito baixa para posterior captura de nêutrons. Embora seu número de prótons 58 não seja mágico, ele recebe estabilidade adicional, pois seus oito prótons adicionais além do número mágico 50 entram e completam o orbital de prótons 1g 7/2 . As abundâncias dos isótopos de cério podem diferir muito ligeiramente em fontes naturais, porque 138 Ce e 140 Ce são as filhas dos radionuclídeos primordiais longevos 138 La e 144 Nd, respectivamente.

Química

O cério mancha com o ar, formando uma camada de óxido fragmentada como a ferrugem do ferro ; uma amostra do tamanho de um centímetro de metal de cério corrói completamente em cerca de um ano. Ele queima prontamente a 150 ° C para formar o óxido de cério (IV) amarelo claro , também conhecido como céria:

Ce + O 2 → CeO 2

Isso pode ser reduzido a óxido de cério (III) com gás hidrogênio. O metal de cério é altamente pirofórico , o que significa que quando é triturado ou arranhado, as aparas resultantes pegam fogo. Essa reatividade obedece a tendências periódicas , uma vez que o cério é um dos primeiros e, portanto, um dos maiores (em raio atômico ) lantanídeos. O óxido de cério (IV) tem a estrutura de fluorita , semelhante aos dióxidos de praseodímio e térbio . Muitos calcogenetos não estequiométricos também são conhecidos, junto com o trivalente Ce 2 Z 3 (Z = S , Se , Te ). Os monochalcogenetos CeZ conduzem eletricidade e seriam melhor formulados como Ce 3+ Z 2− e - . Embora CeZ 2 sejam conhecidos, eles são polcalcogenetos com cério (III): os calcogenetos de cério (IV) permanecem desconhecidos.

Óxido de cério (IV)

O cério é um metal altamente eletropositivo e reage com a água. A reação é lenta com água fria, mas acelera com o aumento da temperatura, produzindo hidróxido de cério (III) e gás hidrogênio:

2 Ce (s) + 6 H 2 O (l) → 2 Ce (OH) 3 (aq) + 3 H 2 (g)

Cério metálico reage com todos os halogênios para dar trihaletos:

2 Ce (s) + 3 F 2 (g) → 2 CeF 3 (s) [branco]
2 Ce (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 CeCl 3 (s) [branco]
2 Ce (s) + 3 Br 2 (g) → 2 CeBr 3 (s) [branco]
2 Ce (s) + 3 I 2 (g) → 2 CeI 3 (s) [amarelo]

A reação com excesso de flúor produz o tetrafluoreto branco estável CeF 4 ; os outros tetrahaletos não são conhecidos. Dos dihaletos, apenas o diiodeto de bronze CeI 2 é conhecido; como os diiodetos de lantânio, praseodímio e gadolínio , este é um composto eletreto de cério (III) . Os verdadeiros compostos de cério (II) são restritos a alguns complexos de organocério incomuns.

O cério se dissolve prontamente em ácido sulfúrico diluído para formar soluções contendo os íons Ce 3+ incolores , que existem como [Ce (H
2
O)
9
]3+
complexos:

2 Ce (s) + 3 H 2 SO 4 (aq) → 2 Ce 3+ (aq) + 3 SO2−
4
(aq) + 3H 2 (g)

A solubilidade do cério é muito maior no ácido metanossulfônico . Cério (III) e térbio (III) têm bandas de absorção ultravioleta de intensidade relativamente alta em comparação com os outros lantanídeos, pois suas configurações (um elétron a mais do que uma subcamada f vazia ou meio preenchida, respectivamente) tornam mais fácil para o elétron f extra sofrer transições f → d em vez das transições f → f proibidas dos outros lantanídeos. O sulfato de cério (III) é um dos poucos sais cuja solubilidade em água diminui com o aumento da temperatura.

Nitrato de amônio cérico

As soluções aquosas de cério (IV) podem ser preparadas pela reação de soluções de cério (III) com os agentes oxidantes fortes peroxodissulfato ou bismutato . O valor de E (Ce 4+ / Ce 3+ ) varia amplamente dependendo das condições devido à relativa facilidade de complexação e hidrólise com vários ânions, embora +1,72 V seja um valor geralmente representativo; que para E (Ce 3+ / Ce) é -2,34 V. O cério é o único lantanídeo que possui química aquosa e de coordenação importante no estado de oxidação +4. Devido à transferência de carga do ligante para o metal , os íons de cério (IV) aquosos são amarelo-laranja. O cério aquoso (IV) é metaestável em água e é um forte agente oxidante que oxida o ácido clorídrico para dar cloro gasoso. Por exemplo, o nitrato de amônio cérico é um agente oxidante comum em química orgânica , liberando ligantes orgânicos de carbonilas metálicas . Na reação de Belousov – Zhabotinsky , o cério oscila entre os estados de oxidação +4 e +3 para catalisar a reação. Os sais de cério (IV), especialmente o sulfato de cério (IV) , são freqüentemente usados ​​como reagentes padrão para análise volumétrica em titulações cerimétricas .

O complexo de nitrato [Ce (NO
3
)
6
]2−
é o complexo de cério mais comum encontrado ao usar cério (IV) é um agente oxidante: ele e seu análogo de cério (III) [Ce (NO
3
)
6
]3−
têm geometria molecular icosaédrica de 12 coordenadas , enquanto [Ce (NO
3
)
6
]2−
tem geometria molecular dodecadeltaédrica bicapada de 10 coordenadas . Os nitratos de cério também formam complexos de 4: 3 e 1: 1 com o 18-coroa-6 (a proporção se refere àquela entre o cério e o éter da coroa ). Íons complexos contendo halogênio, como CeF4−
8
, CeF2−
6
, e o
CeCl laranja2−
6
também são conhecidos.

A química do organocério é semelhante à dos outros lantanídeos , sendo principalmente a dos compostos de ciclopentadienil e ciclooctatetraenil . O composto de ciclo- octatetraenil de cério (III) ceroceno (Ce (C 8 H 8 ) 2 ) adota a estrutura molecular de uranoceno . Os derivados de alquil , alquinil e alquenil organocério são preparados a partir da transmetalação dos respectivos organolítio ou reagentes de Grignard e são mais nucleofílicos, mas menos básicos do que seus precursores.

Cério (IV)

Apesar do nome comum de compostos de cério (IV), o espectroscopista japonês Akio Kotani escreveu "não há nenhum exemplo genuíno de cério (IV)". [ carece de fontes? ] A razão para isso pode ser vista na própria estrutura da céria, que sempre contém algumas lacunas octaédricas onde seriam esperados átomos de oxigênio e poderia ser melhor considerado um composto não estequiométrico com fórmula química CeO 2− x . Além disso, cada átomo de cério na céria não perde todos os quatro elétrons de valência, mas retém uma retenção parcial no último, resultando em um estado de oxidação entre +3 e +4. Mesmo compostos supostamente puramente tetravalentes, como CeRh 3 , CeCo 5 ou a própria céria, têm espectro de fotoemissão de raios-X e de absorção de raios-X mais característicos de compostos de valência intermediária. O elétron 4f no ceroceno, Ce (C
8
H
8
)
2
, está equilibrado ambiguamente entre ser localizado e deslocado e este composto também é considerado valente intermediário.

História

O planeta anão / asteróide Ceres , após o qual cério é nomeado

Cerium foi descoberto em Bastnäs na Suécia por Jöns Jakob Berzelius e Wilhelm Hisinger , e independentemente na Alemanha por Martin Heinrich Klaproth , ambos em 1803. Cerium foi nomeado por Berzelius após o asteróide Ceres , descoberto dois anos antes. O próprio asteróide tem o nome da deusa romana Ceres , deusa da agricultura, safras de grãos, fertilidade e relacionamentos maternos.

O cério foi originalmente isolado na forma de seu óxido, que recebeu o nome de céria , termo que ainda é usado. O metal em si era eletropositivo demais para ser isolado pela tecnologia de fundição então vigente, uma característica dos metais de terras raras em geral. Após o desenvolvimento da eletroquímica por Humphry Davy cinco anos depois, as terras logo produziram os metais que continham. Ceria, como isolado em 1803, continha todos os lantanídeos presentes no minério de cerite de Bastnäs, Suécia e, portanto, continha apenas cerca de 45% do que agora é conhecido como céria pura. Só depois que Carl Gustaf Mosander conseguiu remover a lanthana e a "didimia" no final da década de 1830 é que a céria foi obtida pura. Wilhelm Hisinger era um rico proprietário de minas, cientista amador e patrocinador de Berzelius. Ele possuía e controlava a mina de Bastnäs e vinha tentando há anos descobrir a composição da abundante rocha de ganga pesada (o "Tungstênio de Bastnäs", que apesar de seu nome não continha tungstênio ), agora conhecida como cerite, que ele teve em sua mina. Mosander e sua família viveram por muitos anos na mesma casa que Berzelius, e Mosander foi indubitavelmente persuadido por Berzelius a investigar mais a fundo ceria.

O elemento desempenhou um papel no Projeto Manhattan , onde compostos de cério foram investigados no local de Berkeley como materiais para cadinhos para fundição de urânio e plutônio . Por este motivo, novos métodos de preparação e moldagem de cério foram desenvolvidos no âmbito do projeto filha de Ames (atual Laboratório de Ames ). A produção de cério extremamente puro em Ames começou em meados de 1944 e continuou até agosto de 1945.

Ocorrência e produção

O cério é o mais abundante de todos os lantanídeos, constituindo 66  ppm da crosta terrestre; esse valor está logo atrás do cobre (68 ppm), e o cério é ainda mais abundante do que metais comuns, como chumbo (13 ppm) e estanho (2,1 ppm). Assim, apesar de sua posição como um dos chamados metais de terras raras , o cério, na verdade, não é raro. O teor de cério no solo varia entre 2 e 150 ppm, com média de 50 ppm; a água do mar contém 1,5 partes por trilhão de cério. O cério ocorre em vários minerais, mas as fontes comerciais mais importantes são os minerais dos grupos monazita e bastnasita , onde compõe cerca de metade do conteúdo de lantanídeos. Monazita- (Ce) é o representante mais comum dos monazitas, com "-Ce" sendo o sufixo de Levinson informando sobre a dominância do representante do elemento REE particular. Além disso, o bastnäsite- dominante de cério (Ce) é o mais importante dos bastnäsites. O cério é o lantanídeo mais fácil de extrair de seus minerais porque é o único que pode atingir um estado de oxidação estável +4 em solução aquosa. Por causa da diminuição da solubilidade do cério no estado de oxidação +4, o cério às vezes é esgotado das rochas em relação aos outros elementos de terras raras e é incorporado ao zircão , uma vez que Ce 4+ e Zr 4+ têm a mesma carga e raios iônicos semelhantes . Em casos extremos, o cério (IV) pode formar seus próprios minerais separados de outros elementos de terras raras, como a cerianita (Ce, Th) O
2
(nomeada corretamente cerianita- (Ce)).

Estrutura cristalina de bastnäsite- (Ce). Código de cores: carbono, C, cinza azulado; flúor, F, verde; cério, Ce, branco; oxigênio, O, vermelho.

Bastnäsite, Ln III CO 3 F, geralmente carece de tório e dos lantanídeos pesados ​​além de samário e európio e, portanto, a extração de cério dele é bastante direta. Primeiro, o bastnäsite é purificado, usando ácido clorídrico diluído para remover impurezas de carbonato de cálcio . O minério é então torrado no ar para oxidá-lo em óxidos de lantanídeos: enquanto a maioria dos lantanídeos será oxidada em sesquióxidos Ln 2 O 3 , o cério será oxidado em dióxido de CeO 2 . É insolúvel em água e pode ser lixiviado com ácido clorídrico 0,5 M, deixando os outros lantanídeos para trás.

O procedimento para monazite, (Ln, Th) PO
4
, que geralmente contém todas as terras raras, assim como o tório, está mais envolvido. A monazita, por causa de suas propriedades magnéticas, pode ser separada por repetidas separações eletromagnéticas. Após a separação, ele é tratado com ácido sulfúrico concentrado a quente para produzir sulfatos de terras raras solúveis em água. Os filtrados ácidos são parcialmente neutralizados com hidróxido de sódio para pH 3-4. O tório precipita da solução como hidróxido e é removido. Depois disso, a solução é tratada com oxalato de amônio para converter terras raras em seus oxalatos insolúveis . Os oxalatos são convertidos em óxidos por recozimento. Os óxidos são dissolvidos em ácido nítrico, mas o óxido de cério é insolúvel em HNO 3 e, portanto, precipita. Deve-se tomar cuidado ao manusear alguns dos resíduos, pois eles contêm 228 Ra , a filha de 232 Th, que é um forte emissor gama.

Formulários

Carl Auer von Welsbach, que descobriu muitas aplicações do cério

Mantos de gás e ligas pirofóricas

O primeiro uso do cério foi em mantas de gás , inventadas pelo químico austríaco Carl Auer von Welsbach . Em 1885, ele já havia feito experiências com misturas de óxidos de magnésio , lantânio e ítrio, mas elas produziam luz esverdeada e não tiveram sucesso. Seis anos depois, ele descobriu que o óxido de tório puro produzia uma luz muito melhor, embora azul, e que misturá-lo com o dióxido de cério resultava em uma luz branca brilhante. O dióxido de cério também atua como um catalisador para a combustão do óxido de tório.

Isso resultou em sucesso comercial para von Welsbach e sua invenção, e criou uma grande demanda por tório. Sua produção resultou na extração simultânea de uma grande quantidade de lantanídeos como subprodutos. Logo foram encontradas aplicações para eles, especialmente na liga pirofórica conhecida como " mischmetal " composta de 50% de cério, 25% de lantânio e o restante sendo os outros lantanídeos, amplamente usados ​​para pederneiras mais leves. Normalmente o ferro é adicionado para formar a liga de ferrocério , também inventada por von Welsbach. Devido às semelhanças químicas dos lantanídeos, a separação química geralmente não é necessária para suas aplicações, como a adição de mischmetal ao aço como um modificador de inclusão para melhorar as propriedades mecânicas, ou como catalisadores para o craqueamento do petróleo. Essa propriedade do cério salvou a vida do escritor Primo Levi no campo de concentração de Auschwitz , quando ele encontrou um suprimento de liga de ferrocério e o trocou por comida.

Espécies Ce (IV)

Ceria é o composto de cério mais amplamente usado. A principal aplicação da céria é como composto de polimento, por exemplo, na planarização químico-mecânica (CMP). Nesta aplicação, a céria substituiu outros óxidos de metal para a produção de superfícies ópticas de alta qualidade. As principais aplicações automotivas do sesquióxido inferior são como catalisador para a oxidação das emissões de CO e NO x nos gases de exaustão de veículos motorizados. Ceria também tem sido usado como substituto de seu congênere radioativo thoria , por exemplo, na fabricação de eletrodos. usado na soldagem a arco de gás tungstênio , onde o cério como um elemento de liga melhora a estabilidade do arco e facilita a partida enquanto diminui a queima.

O sulfato de cério (IV) é usado como agente oxidante em análises quantitativas. O cério (IV) em soluções de ácido metanossulfônico é aplicado na eletrossíntese em escala industrial como um oxidante reciclável. O nitrato de amônio cérico é usado como um oxidante em química orgânica e em componentes eletrônicos de corrosão, e como um padrão primário para análises quantitativas.

Um LED branco em operação: o diodo produz luz azul monocromática, mas o fósforo Ce: YAG converte parte dela em luz amarela, com a combinação percebida como branca a olho nu.

Pigmentos e fósforos

A fotoestabilidade dos pigmentos pode ser aumentada com a adição de cério, uma vez que fornece aos pigmentos resistência à luz e evita que os polímeros claros escurecem à luz do sol. [ citação necessária ]

Um exemplo de um composto de cério usado sozinho como pigmento inorgânico é o sulfeto de cério (III) vermelho vivo (vermelho de sulfeto de cério), que permanece quimicamente inerte até temperaturas muito altas. O pigmento é uma alternativa mais segura aos pigmentos à base de seleneto de cádmio, resistentes à luz, mas tóxicos .

A adição de óxido de cério às placas de vidro de televisão de tubo de raios catódicos mais antigas foi benéfica, pois suprime o efeito de escurecimento da criação de defeitos no centro F devido ao bombardeio contínuo de elétrons durante a operação.

O cério também é um componente essencial como dopante para fósforos usados ​​em telas de TV CRT, lâmpadas fluorescentes e, posteriormente, diodos emissores de luz branca . O exemplo mais comumente usado é a granada ítrio alumínio dopada com cério (III) (Ce: YAG) que emite luz verde a amarelo-verde (550-530 nm) e também se comporta como um cintilador .

Outras ligas e refratários

Sais de cério, como os sulfetos Ce 2 S 3 e Ce 3 S 4 , foram considerados durante o Projeto Manhattan como materiais refratários avançados para a construção de cadinhos que podiam suportar as altas temperaturas e as condições de forte redução ao fundir o plutônio metálico. Apesar das propriedades desejáveis, esses sulfetos nunca foram amplamente adotados devido a questões práticas com sua síntese.

O cério é usado como elemento de liga em alumínio para criar ligas de alumínio eutético fundíveis com 6–16% em peso de Ce, ao qual Mg e / ou Si podem ser adicionados posteriormente. Essas ligas de Al-Ce têm excelente resistência a altas temperaturas e são adequadas para aplicações automotivas, por exemplo, em cabeçotes de cilindro . Outras ligas de cério incluem Pu-Ce e Pu-Ce-Co plutônio ligas , que têm sido usados como combustível nuclear .

Papel biológico e precauções

Cério
Perigos
Pictogramas GHS GHS02: Inflamável GHS07: Nocivo
Palavra-sinal GHS Perigo
H228 , H302 , H312 , H332 , H315 , H319 , H335
P210 , P261 , P280 , P301 , P312 , P330 , P305 , P351 , P338 , P370 , P378
NFPA 704 (diamante de fogo)
2
0
0

O cério não tem papel biológico conhecido em humanos, mas também não é muito tóxico; não se acumula na cadeia alimentar em extensão apreciável. Como costuma ocorrer junto com o cálcio em minerais de fosfato, e os ossos são principalmente fosfato de cálcio , o cério pode se acumular nos ossos em pequenas quantidades que não são consideradas perigosas. O cério, como os outros lantanídeos, é conhecido por afetar o metabolismo humano, reduzindo os níveis de colesterol, a pressão arterial, o apetite e o risco de coagulação do sangue.

O nitrato de cério é um tratamento antimicrobiano tópico eficaz para queimaduras de terceiro grau , embora grandes doses possam causar envenenamento por cério e metemoglobinemia . Os primeiros lantanídeos atuam como cofatores essenciais para a metanol desidrogenase da bactéria metanotrófica Methylacidiphilum fumariolicum SolV, para a qual lantânio, cério, praseodímio e neodímio sozinhos são igualmente eficazes.

Como todos os metais de terras raras, o cério tem toxicidade baixa a moderada. Um forte agente redutor, ele se inflama espontaneamente no ar entre 65 e 80 ° C. Os vapores dos incêndios de cério são tóxicos. A água não deve ser usada para interromper os incêndios de cério, pois o cério reage com a água para produzir gás hidrogênio. Os trabalhadores expostos ao cério apresentaram coceira, sensibilidade ao calor e lesões na pele. O cério não é tóxico quando comido, mas os animais injetados com grandes doses de cério morreram devido ao colapso cardiovascular. O cério é mais perigoso para os organismos aquáticos, por ser prejudicial às membranas celulares, sendo um risco importante por ser pouco solúvel em água, causando contaminação do meio ambiente.

Referências

Bibliografia