S-элементы

Церий

Церий
Ковкий, вязкий металл железно-серого цвета
Название, символ, номер	Церий / Cerium (Ce), 58
Атомная масса (молярная масса)	140,116(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Xe]4f^15d^16s^2
Радиус атома	181 пм
Ковалентный радиус	165 пм
Радиус иона	(+4e) 92 103.(+3e) 4 пм
Электроотрицательность	1,12 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	Ce←Ce^3+ −2,34 В
Степени окисления	4, 3
Энергия ионизации (первый электрон)	540,1 (5,60) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н. у.)	6,757 г/см³
Температура плавления	1072 K
Температура кипения	3699 K
Уд. теплота плавления	5,2 кДж/моль
Уд. теплота испарения	398 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	26,94 Дж/(K·моль)
Молярный объём	21,0 см³/моль
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	5,160 Å
Теплопроводность	(300 K) 11,3 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-45-1

58	Церий
Ce 140,116
4f^15d^16s^2

Церий (химический символ — Ce; лат. Cerium) — химический элемент из группы лантаноидов, серебристый металл.

История

Назван в честь самой большой из малых планет, Цереры (Ceres), в свою очередь, названной в честь римской богини плодородия.
Немецкий химик М. Г. Клапрот, открывший цериевую землю в 1803 г. почти одновременно со своими шведскими коллегами — В. Хизингером и Й. Я. Берцелиусом, возражал против названия «церий», предлагая «церерий». Берцелиус, однако, отстоял своё название, ссылаясь на трудности произношения того имени, которое предлагал новому элементу Клапрот.

Нахождение в природе

Подробнее по этой теме см. Редкоземельные элементы.Содержание церия в земной коре — 70 г/т, в воде океанов — 5,2⋅10⁻⁶ мг/л.

Месторождения

Главные месторождения церия находятся в Китае, США, Казахстане, России, Украине, Австралии, Бразилии, Индии, Скандинавии.

Получение

Церий выделяют из смеси редкоземельных элементов процессами экстракции и хроматографии. Получают электролизом расплава фторида церия CeF₃.

Физические свойства

Церий представляет собой серебристо-белый вязкий и ковкий металл, легко поддаётся ковке и механической обработке при комнатной температуре.
Известны 4 кристаллические модификации:

• 
  α-форма с кубической кристаллической решёткой типа Cu до температуры 95K
  
• 
  β-форма с гексагональной кристаллической решёткой типа La в интервале температур 95—264K
  
• 
  γ-форма с кубической кристаллической решёткой типа Cu в интервале температур 263—1035K
  
• 
  δ-форма с кубической кристаллической решёткой типа α-Fe при температурах выше 1035K
  

Химические свойства

Редкоземельный металл, неустойчив на воздухе, постепенно окисляется, превращаясь в белый оксид и карбонат церия. При нагревании до +160…+180 °C на воздухе загорается; порошок церия является пирофорным.
Церий реагирует с кислотами, при кипячении окисляется водой, устойчив к действию щелочей. Энергично взаимодействует с галогенами, халькогенами, азотом и углеродом.

Применение

Металлургия

В современной технике широко используют способность церия (как и других лантаноидов) модифицировать сплавы на основе железа, магния; добавление 1% церия к магнию резко увеличивает прочность последнего на разрыв и сопротивление ползучести.
Легирование конструкционных сталей церием значительно повышает их прочность. Здесь действие церия в целом аналогично действию лантана. Но поскольку церий и его соединения дешевле и доступнее лантана, то значение церия как легирующей добавки больше.
Легирование церием алюминия увеличивает его прочность и снижает электропроводность (величина изменений зависит от концентрации церия в сплаве, а также от способа получения сплава).
Стоит отметить то обстоятельство, что церий с рядом металлов при сплавлении реагирует весьма бурно с образованием интерметаллидов. Так весьма характерна для церия бурная реакция с цинком при сплавлении или при локальном нагревании смеси порошка церия с порошком цинка. Эта реакция протекает в форме мощного взрыва, поэтому весьма опасно прибавление кусочка церия к расплавленному цинку — происходит яркая вспышка и сильный взрыв.

Катализаторы

В химической и нефтяной промышленности диоксид церия CeO₂ (температура плавления 2600 °C) используют как катализатор. В частности, CeO₂ хорошо ускоряет практически важную реакцию между водородом и окисью углерода. Так же хорошо и надёжно работает диоксид церия в аппаратах, где происходит дегидрогенизация спиртов. Другое соединение церия — его сульфат Ce(SO₄)₂ — считают перспективным катализатором для сернокислого производства. Он намного ускоряет реакцию окисления сернистого ангидрида в серный.