CERIUMI (IV) OKSIDI: RAKENNE, OMINAISUUDET, KÄYTTÖ - KEMIA - 2026

Cerium (IV) oksidi oksidin tai ce- on valkoinen tai vaaleankeltainen kiinteä epäorgaaninen tuotettu hapettamalla serium (Ce) hapen sen valenssi 4+. Ceriumoksidin kemiallinen kaava on CeO ₂ ja se on ceriumin vakain oksidi.

Celium (Ce) on osa lantanidisarjoista, jotka kuuluvat harvinaisten maametallien ryhmään. Tämän oksidin luonnollinen lähde on mineraalibastnasiitti. Kaupallisen konsentraatin mineraali, CeO ₂ löytyy noin osuus korkeintaan 30 paino-%.

Näyte cerium (IV) oksidista. Kuva otettu käyttäjältä elokuussa 2005: Walkerma. {{PD-self}} Lähde: Wikipedia Commons

CeO ₂ voidaan helposti saada kuumentamalla cerium (III) hydroksidi, Ce (OH) ₃, tai mitä tahansa cerium (III) suolan, kuten esimerkiksi oksalaatti, karbonaatti tai nitraatti, ilmassa tai hapessa.

Stoikiometrinen CeO ₂ voidaan saada korotetussa lämpötilassa reaktio cerium (III) oksidia alkuainehappea. Hapen on oltava ylimääräistä, ja riittävästi aikaa on annettava muodostumisen erilaisten ei-stökiometristen vaiheiden muunnoksen loppuun saattamiseksi.

Nämä vaiheet käsittävät monivärinen tuotteita, joilla on kaava CeO _x (jossa x vaihtelee välillä 1,5 ja 2,0). Niitä kutsutaan myös CeO _{2-x: ksi}, missä x: n arvo voi olla enintään 0,3. CeO ₂ on teollisuudessa eniten käytetty ce-muoto. Sillä on alhainen myrkyllisyysluokka, erityisesti sen huonon vesiliukoisuuden vuoksi.

Bastnasiitin mineraalinäyte. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Lähde: Wikipedia Commons

Rakenne

Stoikiometrinen cerium (IV) oksidi kiteytyy fluoriittirakennetta kaltainen kuutiohila (CaF ₂), jossa on 8 O ² -ioneja on kuutio rakenne koordinoidaan 4 Ce ⁴⁺ ioneja.

Celium (IV) oksidikiteinen kiderakenne. Benjah-bmm27 Lähde: Wikipedia Commons

nimistö

- cerium (IV) oksidi.

- Ceric oxide.

- seerumidioksidi.

- Ceria.

- Stökiometrinen ceriumoksidi: kokonaan CeO ₂: n muodostama materiaali.

- Ei-stökiometrinen ceriumoksidi: materiaali, joka muodostuu sekoitettujen oksidien joukosta CeO _2: sta CeO _{1.5: een}

ominaisuudet

Fyysinen tila

Vaaleankeltainen kiinteä aine. Väri on herkkä stoikiometrialle ja muille lantanideille. Ei-stökiometriset oksidit ovat usein sinisiä.

Mohsin kovuus

6-6,1 suunnilleen.

Molekyylipaino

172,12 g / mol.

Sulamispiste

Noin 2600 ºC.

Tiheys

7,132 g / cm ³

Liukoisuus

Liukenematon kuumaan ja kylmään veteen. Liukenee väkevöityyn rikkihappoon ja väkevöityyn typpihappoon. Liukenematon laimeisiin hapoihin.

Taitekerroin

2.2.

Muut ominaisuudet

CeO ₂ on inertti aine, vahvat hapot tai emäkset eivät hyökkää siihen. Kuitenkin, se voidaan liuottaa hapoilla, kun läsnä on pelkistäviä aineita, kuten vetyperoksidi (H ₂ O ₂) tai tina (II), muiden muassa, generoidaan cerium (III) liuokset.

Sillä on korkea lämpöstabiilisuus. Sille ei suoriteta kristallografisia muutoksia tavanomaisten lämmitysvälien aikana.

Sen hydratoitua johdannainen (CeO ₂.nH ₂ O) on keltainen ja hyytelömäinen saostuma, joka on saatu käsittelemällä liuoksia cerium (IV) emästen kanssa.

CeO ₂ imeytyy huonosti maha-suolikanavasta, joten sillä ei ole toksisia vaikutuksia.

Sovellukset

- Metalliteollisuudessa

CeO _2: ta käytetään tiettyjen hitsaustekniikoiden, kuten inerttikaasu-volframikaarihitsauksessa, elektrodeissa.

Oksidi on hienoksi dispergoitunut volframimatriisiin. Matalilla jännitteillä nämä CeO ₂ hiukkasia saatiin suurempi luotettavuus kuin volframi yksin.

- Lasiteollisuudessa

Lasin kiillotus

CeO ₂ voi värjätä soodakalkkiplasit pulloille, kannuille ja vastaaville. Ce (IV) hapettaa Fe (II)-epäpuhtaudet, jotka antavat sinertävän värin, Fe (III): ksi, mikä antaa 10 kertaa heikomman keltaisen värin.

Säteilykestävä lasi

1%: n CeO _{2: n} lisäys lasiin estää lasin värinmuutoksen tai tummenemisen, joka johtuu korkean energian elektronien pommituksista TV-laseissa. Sama pätee ydinvoimateollisuuden kuumien kennojen ikkunoihin käytettävään lasiin, koska se estää gammasäteiden aiheuttaman värinmuutoksen.

Tukahduttamisen mekanismin uskotaan riippuvan läsnäolo Ce ⁴⁺ ja Ce ³⁺ ionien lasi ristikko.

Valoherkät lasit

Jotkut lasiseokset voivat kehittää piileviä kuvia, jotka voidaan sitten muuntaa pysyväksi rakenteeksi tai väreiksi.

Tämäntyyppinen lasi sisältää CeO _{2: ta,} joka absorboi UV-säteilyä ja vapauttaa elektroneja lasimatriisiin.

Käsittelyn jälkeen syntyy muiden yhdisteiden kiteiden kasvu lasissa, mikä luo yksityiskohtaisia ​​kuvioita sähköiseen tai koristeelliseen käyttöön.

- emaloissa

Korkean taitekerroksensa ansiosta CeO ₂ on samentava aine emalikoostumuksissa, joita käytetään metallien suojapinnoitteina.

Sen korkea lämpövakaus ja ainutlaatuinen kristallografinen muoto koko lasitusprosessin aikana saavutetulla lämpötila-alueella tekevät siitä sopivan käytettäväksi posliinilasiteissa.

Tässä hakemuksessa CeO ₂ säädetään halutun valkoinen pinnoite aikana emali loppuun palaminen. Se on ainesosa, joka tarjoaa opasiteetin.

- zirkoniumkeraamisena

Zirkoniakeramiikka on lämpöeriste ja sitä käytetään korkeissa lämpötiloissa. Se vaatii lisäaineen olevan korkea lujuus ja sitkeys. CeO _{2: n} lisääminen zirkoniumoksiumiin tuottaa materiaalin, jolla on poikkeuksellinen lujuus ja hyvä lujuus.

CeO- _2- seostettua zirkoniumoksidia käytetään pinnoitteissa toimimaan lämpöesteenä metallipinnoille.

Esimerkiksi lentokoneiden moottorin osissa nämä pinnoitteet suojaavat korkeilta lämpötiloilta, joille metalleja altistetaan.

Suihkumoottori. Jeff Dahl, käännös espanjaksi Xavigivax Lähde: Wikipedia Commons

- katalysaattoreissa ajoneuvojen päästöjen hallintaan

CeO ₂ on aktiivinen komponentti epäpuhtauksien poistamisessa ajoneuvojen päästöistä. Tämä johtuu suurelta osin sen kyvystä varastoida tai vapauttaa happea ympäröivien olosuhteiden mukaan.

Moottoriajoneuvojen katalysaattori sijaitsee moottorin ja pakokaasun poistoaukon välissä. Siinä on katalyytti, jonka täytyy hapettaa palamattomat hiilivedyt, muuttaa CO CO ₂: ksi ja pelkistää typen oksidit, NO _x, N _{2: ksi} ja O _{2: ksi}.

Moottoriajoneuvon polttomoottorin pakokaasujen katalysaattori. Ahanix1989 englannin Wikipediassa Lähde: Wikipedia Commons

Platinan ja muiden katalyyttisten metallien lisäksi näiden monitoimilaitteiden tärkein aktiivinen komponentti on CeO ₂.

Kukin katalysaattori sisältää 50-100 g hienojakoista CeO ₂, joka palvelee useita toimintoja. Tärkeimmät niistä ovat:

Toimii stabilisaattorina korkean pinta-alan alumiinioksidille

Korkean pinta-alan alumiinioksidilla on taipumus sintrata, se menettää suuren pinta-alansa korkean lämpötilan käytön aikana. Tämä on viivästynyt läsnäolo CeO ₂.

Se käyttäytyy happipuskurinvapauttajana

Koska se kykenee muodostamaan ei-stökiömetrisiä oksideja CeO _2-x, serium (IV) oksidi tarjoaa alkuainehappoa omasta rakenteestaan ​​happea vähärasvaisen / polttoainepitoisen syklijakson aikana.

Siksi moottorista tulevien palamattomien hiilivetyjen hapettuminen ja CO: n muuttuminen CO _{2: ksi voi jatkua}, vaikka kaasumainen happi olisi riittämätön.

Sitten, happi-rikas syklin ajan, se vie hapen ja uudelleen hapettuu, talteen sen stökiömetrinen muodossa CeO ₂.

toiset

Se toimii parantajana katalyyttisen kapasiteetin rodiumin vähentää typen oksidien NO _x typen ja hapen.

- Kemiallisten reaktioiden katalysoinnissa

Katalyyttisessä krakkausmenetelmät jalostamoiden, CeO ₂ toimii katalyyttisen hapettimen, joka auttaa muuntaminen SO ₂ SO ₃ ja edistää muodostumista sulfaatteja tietyissä ansat prosessin.

CeO ₂ parantaa aktiivisuutta rautaoksidi-katalyyttiä, jota käytetään saamaan styreenin alkaen etyylibentseeni. Tämä johtuu mahdollisesti Fe (II) - Fe (III) ja Ce (III) - Ce (IV) oksidireduktioparien välisestä positiivisesta vuorovaikutuksesta.

- biologisissa ja lääketieteellisissä sovelluksissa

CeO ₂ nanohiukkasia on havaittu ratkaisunsa vapaiden radikaalien sieppaamiseksi, kuten superoksidi, vetyperoksidi, hydroksyyli, ja typpioksidiradikaalia.

Ne voivat suojata biologisia kudoksia säteilyn aiheuttamilta vaurioilta, laserin aiheuttamilta verkkokalvon vaurioilta, pidentää valoreseptorisolujen elinkaarta, vähentää selkärangan vammoja, vähentää kroonista tulehdusta ja edistää angiogeneesiä tai verisuonten muodostumista.

Lisäksi tietyt kuidut sisältävät CeO ₂ nanohiukkasia on osoitettu olevan myrkyllisiä bakteerikantoja vastaan, on lupaavia ehdokkaita bakterisidinen sovelluksiin.

- muu käyttö

CeO ₂ on sähköinen eristysmateriaali erinomaisen kemiallisen stabiiliuden, suuren suhteellisen sallittavuuden (sillä on suuri taipumus polarisoitua, kun sähkökenttä asetetaan) ja piin kaltaisen kiteisen hilan kanssa.

Se on löytänyt sovelluksen kondensaattoreihin ja suprajohtavien materiaalien vaimennuskerroksiin.

Sitä käytetään myös kaasuantureissa, kiinteiden oksidien polttokennoelektrodimateriaaleissa, happipumpuissa ja happimonitorissa.

Viitteet

1. Cotton, F. Albert ja Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kehittynyt epäorgaaninen kemia. Neljäs painos. John Wiley & Sons.
2. Dance, JC; Emeléus, HJ; Sir Ronald Nyholm ja Trotman-Dickenson, AF (1973). Kattava epäorgaaninen kemia. Nide 4. Pergamon Press.
3. Kirk-Othmer (1994). Kemiallisen tekniikan tietosanakirja. Nide 5. Neljäs painos. John Wiley & Sons.
4. Ullmannin teollisuuskemian tietosanakirja. (1990). Viides painos. Nide A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald et ai. (2012). Nanomateriaalien analysointi ja riskit ympäristö- ja elintarvikkeenäytteissä. Kattavassa analyyttisessä kemiassa. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Alumiinioksidi, Titania, Ceria, silikaatti, Tungstate ja muut materiaalit. Dielektrisissä materiaaleissa langattomaan viestintään. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan, et ai. (2015). Rakennustelineet, joilla on antibakteerisia ominaisuuksia. Nanoteknologiasovelluksissa kudostekniikassa. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
8. Gottardi V., et ai. (1979). Tutkitun lasin pinnan kiillotus ydintekniikalla. Tiedote Espanjan keramiikka- ja lasiseuran yhdistyksestä, osa 18, nro 3. Palautettu boletines.secv.es -sivustolta.