CÉRIUM (IV) OXID: SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2025

A cérium-oxid (IV) -oxid vagy a cericis fehér vagy halványsárga szilárd szervetlen anyag, amelyet a cérium (Ce) oxidációjával oxigénnel történő valenciájáig 4 + -ig termelődik. A cérium-oxid kémiai képlete a CeO _2, és ez a cérium legstabilabb oxidja.

A cérium (Ce) a lantanidok sorozatának eleme, amelyek a ritkaföldfémek csoportjába tartoznak. Ennek az oxidnak a természetes forrása az ásványi bastnasit. A kereskedelmi koncentrátum az ásványi, CeO ₂ megtalálható megközelítő arányban legfeljebb 30 tömeg%.

Cérium (IV) -oxid mintája. A képet 2005. augusztusban készítette: Walkerma. {{PD-self}} Forrás: Wikipedia Commons

CeO ₂ könnyen melegítve előállíthatók cérium (III) hidroxid, Ce (OH) ₃, vagy bármely sója cérium (III), például oxalát, karbonát vagy nitrát, a levegő vagy oxigén.

Sztöchiometrikus CeO ₂ állíthatjuk elő az emelt hőmérsékleten végzett reakciót cérium (III) -oxid elemi oxigén. Az oxigénnek túllépnie kell, és elegendő időt kell hagyni arra, hogy befejezze a különböző nem sztöchiometrikus fázisok átalakulását.

Ezek a fázisok tartalmaznak többszínű termékek képletű CeO _x (ahol x között változik 1,5 és 2,0). Ezeket CeO _2-x-nek is hívják, ahol x értéke legfeljebb 0,3 lehet. A CeO ₂ az iparban a Ce legszélesebb körben alkalmazott formája. Alacsony toxicitási besorolása van, főleg a vízben való rossz oldhatóság miatt.

Bastnasit ásványi minta. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Forrás: Wikipedia Commons

Szerkezet

A sztöchiometrikus cérium (IV) -oxid kristályosodik a fluorit-szerű köbös rács (CAF ₂), 8 O ^2- ionok egy köbös szerkezete hangolni 4 Ce ⁴⁺ ionok.

Cérium (IV) -oxid kristályszerkezete. Benjah-bmm27 Forrás: Wikipedia Commons

Elnevezéstan

- Cérium (IV) -oxid.

- Ceric oxid.

- Cérium-dioxid.

- Ceria.

- Sztöchiometrikus cérium-oxid: teljes egészében CeO ₂ által alkotott anyag.

- Nem sztöchiometrikus cérium-oxid: vegyületű oxidokból áll, CeO _2- től CeO _1.5-ig

Tulajdonságok

Fizikai állapot

Halványsárga szilárd anyag. A szín érzékeny a sztöchiometria és más lantanidok jelenlétére. A nem sztöchiometrikus oxidok gyakran kék színűek.

Mohs keménysége

6-6,1 kb.

Molekuláris tömeg

172,12 g / mol.

Olvadáspont

Körülbelül 2600 ºC.

Sűrűség

7,132 g / cm ³

Oldhatóság

Hideg és meleg vízben nem oldódik. Koncentrált kénsavban és tömény salétromsavban oldódik. Híg savakban nem oldódik.

Törésmutató

2.2.

Egyéb tulajdonságok

A CeO ₂ semleges anyag, erõs savak vagy lúgok nem támadják meg. Azonban, ez lehet feloldani savak jelenlétében redukálószerek, mint például a hidrogén-peroxid (H ₂ O ₂) vagy ón (II), többek között, generáló cérium (III) oldatok.

Kiváló hőstabilitással rendelkezik. A szokásos melegítési időközökben nem megy át kristálytani változásokon.

Hidratált származéka (CeO _2. NH ₂ O) egy sárga és zselatin csapadék, amelyet a (IV) cérium oldatának bázissal történő kezelésével nyernek.

A CeO ₂ rosszul felszívódik a gyomor-bélrendszerből, így nincs toxikus hatása.

Alkalmazások

- A kohászati ​​iparban

A CeO _2- t bizonyos hegesztési technológiák, például inert gáz volfrám ívhegesztés elektródáin használják.

Az oxid finoman eloszlik az egész volfrámmátrixban. Alacsony feszültségek ezeknek CeO ₂ részecskék így nagyobb megbízhatóságot, mint a volfrám egyedül.

- Az üvegiparban

Üveg polírozás

A CeO ₂ elszínezheti a nátrium-mész szemüveget palackok, kancsók és hasonlók számára. A Ce (IV) a kékszöld színű Fe (II) szennyeződéseket Fe (III) képletű vegyületté oxidálja, amely tízszer gyengébb sárga színű.

Sugárzásálló üveg

Az üveghez 1% CeO ₂ hozzáadása elfojtja az üveg elszíneződését vagy elsötétülését, amelyet a televíziós üvegekben nagy energiájú elektronok robbantása okozott. Ugyanez vonatkozik a nukleáris iparban a forró cellák ablakaiban használt üvegre, mivel ez elnyomja a gamma-sugarak által kiváltott elszíneződést.

Úgy gondolják, hogy a szuppressziós mechanizmus a Ce ⁴⁺ és Ce ³⁺ ionok jelenlététől függ az üvegrácsban.

Fényérzékeny szemüveg

Egyes üvegkészítmények lappangó képeket hozhatnak létre, amelyeket később állandó struktúrává vagy színré alakíthatnak.

Ez a fajta üveg CeO _2-t tartalmaz, amely elnyeli az UV sugárzást és elektronokat szabadít fel az üveg mátrixba.

A kezelés után az üvegben más vegyületek kristályainak növekedése keletkezik, amely részletes mintákat hoz létre elektronikus vagy dekoratív felhasználásra.

- Zománcokban

Magas törésmutatója miatt a CeO ₂ homályosító anyag a zománckészítményekben, amelyeket fémek védőbevonataként használnak.

Magas hőstabilitása és egyedülálló kristálytani alakja az üvegezési folyamat során elért hőmérsékleti tartomány egészében alkalmassá teszi porcelán mázokhoz való felhasználást.

Ebben az alkalmazásban a CeO ₂ biztosítja a kívánt fehér bevonatot a zománc kiégésekor. Ez az összetevő biztosítja az átlátszóságot.

- cirkónium kerámia

A cirkónium-oxid kerámia hőszigetelő anyag, amelyet magas hőmérsékleten alkalmaznak. Nagy a szilárdságához és szilárdságához adalékanyag szükséges. A CeO ₂ hozzáadása a cirkónium- oxidhoz kiváló szilárdságú és jó szilárdságú anyagot eredményez.

A CeO- _2- adalékolt cirkónium-oxidot használják a bevonatokban hőszigetelő anyagként a fémfelületekre.

Például a repülőgép-hajtómű-alkatrészekben ezek a bevonatok védik a magas hőmérsékletektől, amelyeknek a fémek ki vannak téve.

Repülőgép hajtómű. Jeff Dahl, spanyol fordítás: Xavigivax Forrás: Wikipedia Commons

- katalizátorokban a járművek kibocsátásának ellenőrzésére

A CeO ₂ aktív komponens a szennyező anyagok eltávolításában a járművek kibocsátásaiból. Ez nagyrészt annak köszönhető, hogy képes tárolni vagy felszabadítani az oxigént, az azt körülvevő körülményektől függően.

A gépjárművek katalizátora a motor és a kipufogógáz-kimenet között helyezkedik el. Ez egy katalizátort, amely kell oxidálni elégetlen szénhidrogének, konvertálni CO CO ₂, és csökkenti a nitrogén-oxidok, NO _x, N ₂ és O ₂.

Katalizátor a gépjármű belső égésű motorjának kipufogógázaihoz. Ahanix1989 az angol Wikipediaban Forrás: Wikipedia Commons

A platina és más katalitikus fémek mellett ezen többfunkciós rendszerek fő aktív alkotóeleme a CeO ₂.

Mindegyik katalizátor tartalmaz 50-100 g finoman eloszlatott CeO ₂, amely arra szolgál, több funkcióra. A legfontosabbak a következők:

Stabilizátorként szolgál a nagy felületű alumínium-oxidhoz

A nagy felületű alumínium-oxid hajlik szinterezni, elveszíti nagy felületét magas hőmérsékleten történő üzemeltetés során. Ez késlelteti a jelenléte CeO ₂.

Oxigén-puffer-felszabadító szerként viselkedik

Nem sztöchiometrikus CeO _2-x oxidokat képező képessége miatt a cérium (IV) oxid elemi oxigént biztosít saját szerkezetéből az oxigén sovány / üzemanyagban gazdag ciklusidő alatt.

Így a motorból származó el nem égett szénhidrogének oxidációja és a CO átalakítása CO _{2 -ká folytatódhat}, még akkor is, ha a gáznemű oxigén nem elegendő.

Ezután az oxigénben gazdag ciklusban felveszi az oxigént és újra oxidálódik, visszanyerve sztöchiometrikus formáját, CeO _2-t.

Egyéb

Úgy működik, mint egy javító katalitikus kapacitásának ródium a nitrogénoxid redukciós NO _x, hogy a nitrogén és az oxigén.

- A kémiai reakciók katalizálásában

A katalitikus krakkolási eljárások finomítók, CeO ₂ működik, mint egy katalitikus oxidálószer, amely segít a konverziós SO ₂ SO ₃ és elősegíti a kialakulását szulfátok specifikus csapdák a folyamat.

CeO ₂ javítja a tevékenység a vas-oxid-alapú katalizátort, hogy használni ahhoz, hogy a sztirol kiindulva etilbenzolt. Ez valószínűleg a Fe (II) - Fe (III) és Ce (III) - Ce (IV) oxid redukciós párok közötti pozitív kölcsönhatásnak tudható be.

- Biológiai és orvosbiológiai alkalmazásokban

Úgy találták, hogy a CeO ₂ nanorészecskék szabad gyökök, például szuperoxid, hidrogén-peroxid, hidroxil és nitrogén-oxid gyök eltávolításával hatnak.

Megvédik a biológiai szöveteket a sugárzás okozta károsodásoktól, a lézer által indukált retina káros hatásoktól, meghosszabbítják a fotoreceptor sejtek élettartamát, csökkentik a gerinc sérüléseit, csökkentik a krónikus gyulladást, és elősegítik az angiogenezist vagy az erek kialakulását.

Továbbá bizonyos nanoszálak tartalmazó CeO ₂ nanorészecskéket kimutatták, hogy toxikus baktérium törzsekkel szemben, hogy ígéretes jelöltek baktericid alkalmazásokhoz.

- Egyéb felhasználások

CeO ₂ egy elektromos szigetelő anyag, mivel ez kiváló kémiai stabilitását, a nagy relatív dielektromos (van egy nagy tendencia, hogy polarizációja, ha egy elektromos teret alkalmaznak), és egy kristályrácsban hasonló szilícium.

Megtalálható volt a kondenzátorokban és a szupravezető anyagok csillapító rétegeiben.

Használják továbbá gázérzékelőkben, szilárd oxid üzemanyagcellás elektródákban, oxigénszivattyúkban és oxigénmonitorokban.

Irodalom

1. Cotton, F. Albert és Wilkinson, Geoffrey. (1980). Fejlett szervetlen kémia. Negyedik kiadás. John Wiley & Sons.
2. Dance, JC; Emeléus, HJ; Sir Ronald Nyholm és Trotman-Dickenson, AF (1973). Átfogó szervetlen kémia. 4. kötet. Pergamon Press.
3. Kirk-Othmer (1994). Kémiai Technológia Enciklopédia. 5. kötet. Negyedik kiadás. John Wiley & Sons.
4. Ullmann ipari kémia enciklopédia. (1990). Ötödik kiadás. A6. Kötet VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald et al. (2012). A nanoanyagok elemzése és kockázata a környezeti és élelmiszermintákban. Az átfogó analitikai kémiában. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Alumínium-oxid, Titania, Ceria, Szilikát, Tungstate és egyéb anyagok. Dielektromos anyagokban a vezeték nélküli kommunikációhoz. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
7. Afeesh Rajan Unnithan és mtsai. (2015). Antibakteriális tulajdonságokkal rendelkező állványok. Nanotechnológiai alkalmazásokban a szövettechnikában. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
8. Gottardi V. és munkatársai. (1979). Egy üveg felületének polírozása nukleáris technikával. A Spanyol Kerámia és Üveg Társaság közleménye, 18. kötet, 3. szám. Helyreállítva a boletines.secv.es webhelyről.