Cerio
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| Generalità | |||||||||
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| Nome, Simbolo, Numero atomico | cerio, Ce, 58 | ||||||||
| Serie chimica | lantanidi | ||||||||
| Gruppo, Periodo, Blocco | --, 6, d | ||||||||
| Densità, Durezza | 6689 kg/m3, 2,5 | ||||||||
| Aspetto | bianco argenteo Immagine mancante Ce,58.jpg aspetto del cerio | ||||||||
| Proprietà atomiche | |||||||||
| Peso atomico | 140,116 amu | ||||||||
| Raggio atomico (calc.) | 185 (n.d.) pm | ||||||||
| Raggio covalente | nessun dato | ||||||||
| Raggio di van der Waals | nessun dato | ||||||||
| Configurazione elettronica | [Xe]4f15d16s1 | ||||||||
| elettroni (e-) per livello energetico | 2, 8, 18, 19, 9, 2 | ||||||||
| Stati di ossidazione | 3,4 (debolmente basico) | ||||||||
| Struttura cristallina | cubica a facce centrate | ||||||||
| Proprietà fisiche | |||||||||
| Stato a temperatura ambiente | solido | ||||||||
| Punto di fusione | 1071 K (798°C) | ||||||||
| Punto di ebollizione | 3699 K (3426°F) | ||||||||
| Volume molare | 20,69 × 10-6 m3/mol | ||||||||
| Calore di evaporazione | 414 kJ/mol | ||||||||
| Calore di fusione | 5,46 kJ/mol | ||||||||
| Tensione di vapore | nessun dato | ||||||||
| Velocità del suono | 2100 m/s a 20 °C | ||||||||
| Varie | |||||||||
| Elettronegatività | 1,12 (scala di Pauling) | ||||||||
| Calore specifico | 190 J/(kg·K) | ||||||||
| Conducibilità elettrica | 1,15 × 106 /m ohm | ||||||||
| Conducibilità termica | 11,4 W/(m·K) | ||||||||
| Energia di prima ionizzazione | 534,4 kJ/mol | ||||||||
| Energia di seconda ionizzazione | 1050 kJ/mol | ||||||||
| Energia di terza ionizzazione | 1949 kJ/mol | ||||||||
| Energia di quarta ionizzazione | 3547 kJ/mol | ||||||||
| Isotopi più stabili | |||||||||
| iso | NA | TD | DM | DE | DP | ||||
| 134Ce | sintetico | 3,16 giorni | ε | 0,500 | 134La | ||||
| 136Ce | 0,19% | Ce è stabile con 78 neutroni | |||||||
| 138Ce | 0,25% | Ce è stabile con 80 neutroni | |||||||
| 139Ce | sintetico | 137,640 giorni | ε | 0,278 | 139La | ||||
| 140Ce | 88,48% | Ce è stabile con 82 neutroni | |||||||
| 141Ce | sintetico | 32,501 giorni | β- | 0,581 | 141Pr | ||||
| 142Ce | 11,08% | > 5 × 1016 anni | β- | sconosciuta | 142Nd | ||||
| 144Ce | sintetico | 284,893 giorni | β- | 0,319 | 144Pr | ||||
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iso = isotopo | |||||||||
Il cerio è l'elemento chimico di numero atomico 58. Il suo simbolo è Ce.
| Indice |
Caratteristiche
Il cerio è un elemento metallico, argenteo, appartenente al gruppo dei lantanidi.
Utilizzato in alcune leghe a base di terre rare, per colore e lucentezza somiglia al ferro ma è più tenero, duttile e malleabile.
All'aria si ossida rapidamente.
Fra gli elementi delle terre rare, solo l'europio è più reattivo del cerio.
È attaccato rapidamente da soluzioni alcaline e da acidi, sia diluiti sia concentrati, mentre si decompone lentamente in acqua fredda e rapidamente in acqua bollente.
Il metallo puro può facilmente prender fuoco se graffiato con una lama.
A causa della relativa vicinanza dell'orbitale 4f con gli orbitali più esterni, il cerio presenta interessanti caratteristiche chimiche variabili. Ad esempio, la compressione od il raffreddamento di questo metallo ne cambiano lo stato di ossidazione, che passa approssimativamente da 3 a 4.
Nello stato di ossidazione +3, è denominato ceroso mentre nello stato di ossidazione +4 è detto cerico.
I sali cerici (del cerio(IV)) sono giallastri o rosso-arancioni mentre i sali cerosi (del cerio(III)) sono normalmente bianchi.
Applicazioni
Utilizzi del cerio:
In metallurgia
- il cerio è utilizzato nella produzione delle leghe di alluminio e di alcuni acciai.
- L'aggiunta di cerio alle fusioni in ferro evita la grafitizzazione e consente la produzione di ferro malleabile.
- Negli acciai, può aiutare a ridurre solfuri ed ossidi inoltre consente la degasazione.
- Viene utilizzato nella produzione degli acciai inossidabili come agente indurente per precipitazione.
- Nelle leghe di magnesio, una percentuale di cerio fra il 3 ed il 4%, insieme allo 0,2-0,6% di zirconio, aiuta a ridurre la granularità e consente la realizzazione di fusioni di forme complesse, aumentando inoltre la resistenza al calore.
- Viene utilizzato in leghe per magneti permanenti.
- È un componente del Mischmetal, abbondantemente utilizzato nella produzione di leghe piroforiche per accendisigari.
Ossido di cerio
- L'ossido di cerio è utilizzato nelle reticelle Carl Auer von Welsbach per lampade a gas incandescente, insieme ad ossidi di torio, lantanio, magnesio od ittrio.
- L'ossido è anche un promettente catalizzatore per composti del carbonio, utilizzato nei forni autopulenti, nelle pareti dei quali viene incorporato.
- L'ossido di cerio ha ampiamente sostituito l'ossido rosso, abrasivo usato come lucidante nell'industria del vetro.
- Trova infine uso come catalizzatore nel processo di cracking della raffinazione del petrolio.
Inoltre:
- Il cerio è anche utilizzato nelle lampade ad arco voltaico, particolarmente nell'industria del cinema.
- Il solfato cerico è ampiamente utilizzato come agente ossidante volumetrico nell'analisi quantitativa.
- Composti di cerio sono utilizzati nella produzione del vetro, sia come componenti sia come decoloranti.
- Composti di cerio sono anche utilizzati per produrre smalti colorati.
- Aggiunto al vetro, l'ossido di cerio consente l'assorbimento selettivo della luce ultravioletta.
- Composti del cerio(III) e cerio(IV) hanno un utilizzo come catalizzatori nella sintesi di composti organici.
Storia
Il cerio fu scoperto in Svezia da Jöns Jacob Berzelius e Wilhelm von Hisinger ed in Germania, indipendentemente, da Martin Heinrich Klaproth, da entrambi nel 1803.
Il nome cerio venne dato da Berzelius dal nome dell'asteroide Ceres, scoperto due anni più tardi (1801).
Disponibilità
Fra gli elementi delle terre rare, il cerio è l'elemento più abbondante nella crosta terrestre, nella percentuale approssimativa dello 0,0046% (49 ppm).
È contenuto in un certo numero di minerali, i più importanti dei quali sono l'allanite (Ca, Ce, La, Y)2(Al, Fe)3(SiO4)3(OH), la monazite (Ce, La, Th, Nd, Y)PO4, la bastnaesite(Ce, La, Y)CO3F, l'idrossibastnaesite (Ce, La, Nd)CO3(OH, F), il rabdofane (Ce, La, Nd)PO4-H2O, e la synchysite Ca(Ce, La, Nd, Y)(CO3)2F
Fra tutti questi, i più importanti industrialmente sono la monazite (prevalentemente sotto forma di giacimenti di sabbie monazitiche, ricche di monazite) e la bastnaesite..
Nella maggior parte dei casi, la preparazione del cerio avviene per mezzo di processi di separazione a scambio ionico.
Si prevede che i depositi di monazite, allanite e bastnaesite saranno in grado di fornire cerio, torio ed altri elementi delle terre rare ancora per molti anni.
Composti
Il cerio è caratterizzato da due comuni stati di ossidazione +3 e +4.
Il composto più comune è l'ossido di cerio(IV) (CeO2), utilizzato come agente lucidante ("rosso dei gioiellieri") oltre che come catalizzatore, incorporato nelle pareti dei forni autopulenti.
Il solfato di cerio(IV) ed ammonio (NH4)2Ce(SO4)3 ed il nitrato di cerio(IV) ed ammonio (ceric ammonium nitrate o CAN, (NH4)2Ce(NO3)6) sono due comuni reagenti ossidanti utilizzati nelle titolazioni.
Isotopi
In natura il cerio è composto di tre isotopi stabili e uno radioattivo; 136Ce, 138Ce, 140Ce e 142Ce, di cui il 140Ce è il più abbondante (abbondanza naturale 88.48%): l'emivita dell'isotopo radioattivo naturale 142Ce è di 5x1016 anni. Sono stati creati in laboratorio altri 26 radioisotopi: i più stabili fra essi sono 144Ce con emivita di 284,893 giorni, 139Ce con 137,640 giorni e 141Ce con 32,501 giorni. Tutti gli altri radioisotopi hanno emivite di meno di 4 giorni, e la gran parte di essi non arriva a 10 minuti. Questo elemento ha anche due stati meta.
Gli isotopi del cerio hanno peso atomico che va da 123 amu (123Ce) a 152 amu (152Ce).
Precauzioni
Il cerio, come tutte le terre rare, è moderatamente tossico. È un forte riducente e si incendia spontaneamente all'aria se riscaldato fino a 65-80 °C. Il cesio può reagire con lo zinco in modo esplosivo, e la sua reazione con il bismuto e l'antimonio è molto esotermica. I fumi esalanti da incendi di cerio sono tossici. Non si deve usare acqua per spegnere incendi di cerio, perché dalla reazione chimica fra cerio e acqua si sprigiona idrogeno, che è altamente infiammabile. Lavoratori esposti al cerio hanno accusato prurito, sensibilità al calore e lesioni cutane; animali a cui sono state inettate forti dosi di cerio sono morti per collasso cardiovascolare.
L'ossido di cerio (IV) è un potente ossidante ad alte temperature e reagisce con materiale organico combustibile. Anche se il cerio in sè non è radioattivo, il cerio commercialmente disponibile può contenere tracce di torio, che invece lo è. Il cerio non svolge alcun ruolo biologico noto negli organismi viventi.
Citazioni letterarie
- Al cerio è dedicato uno dei racconti de "Il sistema periodico" di Primo Levi.
Collegamenti esterni
in inglese
- Los Alamos National Laboratory – cerium
- WebElements.com – cerium
- EnvironmentalChemistry.com – cerium
- It's Elemental – il cerio
- proprietà ed applicazioni
- www.smart-elements.com – immagini e dettagli