Cer

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Cer, chemická značka Ce, (lat. Cerium) je šedavě bílý, přechodný kovový prvek, 2. člen skupiny lanthanoidů. Hlavní uplatnění nalézá ve metalurgickém průmyslu při výrobě speciálních slitin a nebo jejich deoxidaci, je složkou některých skel a průmyslových katalyzátorů.

[editovat] Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Atomové číslo: 58
Relativní atomová hmotnost: 140,116 amu
Hustota: 6,77 g/cm³
Teplota tání: 795 °C, 1 068 K
Teplota varu: 3 360 - 3 443 °C, 3 633 – 3 716K (různé zdroje)
Tvrdost: 2,5 (Mohsova stupnice)
Elektronegativita: 1,12 (Pauling)

Cer vzhledově připomíná železo, je to šedavě bílý přechodný kov, který je však značně měkký a snadno tvárný.

Chemicky je cer značně reaktivním prvkem, po europiu nejreaktivnějším lanthanoidem. Za mírně zvýšené teploty (kolem 80°C) reaguje se vzdušným kyslíkem a (shoří) za vzniku velmi stabilního oxidu ceričitého CeO₂. S vodou reaguje cer za vzniku plynného vodíku, snadno se rozpouští v běžných minerálních kyselinách.

Ve sloučeninách se vyskytuje v mocenství Ce⁺³ a jako jediný z lanthanoidů tvoří i stabilní sloučeniny s valencí Ce⁺⁴. Soli Ce⁺³ jsou obvykle bíle, sloučeniny čtyřmocného ceru mají barvu žlutou až oranžovou.

Objevili jej současně roku 1803 švédský chemik Jöns Jakob Berzelius a Wilhelm von Hisinger a zároveň v Německu Martin Heinrich Klaproth.

[editovat] Výskyt a výroba

Cer je v zemské kůře nejvíce zastoupeným prvkem ze skupiny lanthanoidů – vyskytuje se zde v koncentraci asi 46 - 60 mg/kg. V mořské vodě je jeho koncentrace kolem 0,000 4 mg/l. Ve vesmíru připadá jeden atom ceru na 30 miliard atomů vodíku.

V přírodě se cer vyskytuje pouze ve formě sloučenin. Neexistují však ani minerály, v nichž by se některé lanthanoidy (prvky vzácných zemin) vyskytovaly samostatně, ale vždy se jedná o minerály směsné, které obsahují prakticky všechny prvky této skupiny. Mezi nejznámější patří monazity (Ce, La, Th, Nd, Y)PO₄ a xenotim, chemicky fosforečnany lanthanoidů a dále bastnäsity (Ce, La, Y)CO₃F – směsné flourouhličitany prvků vzácných zemin.

Velká ložiska těchto rud se nalézají ve Skandinávii, USA, Číně a Vietnamu. Významným zdrojem jsou i fosfátové suroviny - apatity z poloostrova Kola v Rusku

Při průmyslové výrobě prvků vzácných se jejich rudy nejprve louží směsí kyseliny sírové a chlorovodíkové a ze vzniklého roztoku solí se přídavkem hydroxidu sodného vysráží hydroxidy.

K separaci ceru od zbylých lanthanoidů se obvykle využívá skutečnosti, že hydroxid ceričitý Ce(OH)₄ podléhá hydrolýze již v relativně kyselých roztocích (kolem pH = 2). Směs lanthanoidů se proto nejprve oxiduje působením manganistanu draselného KMnO₄, který převede veškerý cer do mocenství Ce⁺⁴ a postupnou neutralizací kyselého roztoku se vysráží prakticky čistý nerozpustný hydroxid ceričitý.

Kovový cer se obvykle vyrábí elektrolýzou taveniny směsi chloridu ceritého CeCl₃ a chloridu sodného NaCl v grafitové nádobě. Cer se přitom vylučuje na grafitové katodě, zatímco na anodě dochází k uvolňování plynného chloru.

[editovat] Použití a sloučeniny

Vzhledem k vysokému zastoupení ceru v rudách vzácných zemin je tohoto prvku na trhu relativně nadbytek, protože vzniká částečně jako přebytek při výrobě vysoce žádaných lanthanoidů - především europia nebo samaria .

Základním průmyslové využití nalézá cer v metalurgii.

• Jeho vysoká afinita ke kyslíku a síře se uplatní při odkysličování a desulfuraci vyráběných kovů a slitin.

• Oceli nebo litina s obsahem malých množství ceru vykazují vyšší tvárnost a kujnost a mají vyšší mechanickou odolnost proti nárazu.

• Přídavek ceru do slitin na bázi hořčíku a hliníku zlepšuje jejich odolnost proti teplotním změnám usnadňuje odlévání složitějších výrobků.

• Slitina s wolframem slouží pro výrobu elektrod pro svařování a řezání kovů elektrickým obloukem. Obloukové lampy, sloužící především jako světelné zdroje při natáčení filmů mívají často elektrody ze slitin s obsahem ceru a lanthanu.

Významné uplatnění nalézají sloučeniny ceru, především oxid ceričitý CeO₂ ve sklářském průmyslu. Jejich přídavek do skloviny slouží hlavně k odbarvování vyrobeného skla a snižuje jeho propustnost pro ultrafialové záření.

Katalyzátory s obsahem ceru se používají i v petrochemii při krakování ropy.

Brusné a lešticí práškové materiály, používané při výrobě optických součástek (přesné čočky, zrcadla do teleskopů …) obsahují často významný podíl sloučenin ceru.

Soli čtyřmocného ceru jsou silná oxidační činidla a především síran ceričitý Ce(SO₄)₂ je často používán v analytické chemii pro oxidaci analyzované látky v redox titracích. Stejně tak nalézá uplatnění v preparativní chemii při oxidační syntéze látek.