Cerium is de onbetwiste 'grote broer' in de grote familie van zeldzame aardmetalen. Ten eerste bedraagt de totale hoeveelheid zeldzame aardmetalen in de aardkorst 238 ppm, met cerium op 68 ppm, goed voor 28% van de totale samenstelling van zeldzame aardmetalen en daarmee de eerste plaats. Ten tweede is cerium het tweede zeldzame aardelement dat negen jaar na de ontdekking van yttrium (1794) werd ontdekt. De toepassing ervan is zeer uitgebreid en "cerium" is onstuitbaar.
De ontdekking van het ceriumelement
Carl Auer von Welsbach
Cerium werd in 1803 ontdekt en benoemd door de Duitse Kloppers, de Zweedse chemicus Jöns Jakob Berzelius en de Zweedse mineraloog Wilhelm Hisinger. Het heet ceria en het erts heet ceriet, ter nagedachtenis aan Ceres, een asteroïde die in 1801 werd ontdekt. Dit type ceriumsilicaat is een gehydrateerd zout dat 66% tot 70% cerium bevat, terwijl de rest bestaat uit verbindingen van calcium, ijzer enyttrium.
Cerium werd voor het eerst gebruikt in een gashaard, uitgevonden door de Oostenrijkse chemicus Carl Auer von Welsbach. In 1885 probeerde hij een mengsel van magnesium, lanthaan en yttriumoxide, maar deze mengsels gaven groen licht af, maar zonder succes.
In 1891 ontdekte hij dat zuiver thoriumoxide, hoewel het blauw van kleur was, beter licht opleverde en gemengd met cerium(IV)oxide een helder wit licht produceerde. Bovendien kan cerium(IV)oxide ook worden gebruikt als katalysator voor de verbranding van thoriumoxide.
Ceriummetaal
★ Cerium is een ductiel en zacht zilverwit metaal met actieve eigenschappen. Bij blootstelling aan lucht oxideert het en vormt het een roestachtige, afbladderende oxidelaag. Bij verhitting verbrandt het en reageert het snel met water. Een monster ceriummetaal van een centimeter corrodeert binnen ongeveer een jaar volledig. Vermijd contact met lucht, sterke oxidatiemiddelen, sterke zuren en halogenen.
★ Cerium komt voornamelijk voor in monaziet en bastnaesiet, evenals in splijtingsproducten van uranium, thorium en plutonium. Omdat het schadelijk is voor het milieu, verdient verontreiniging van waterlichamen speciale aandacht.
★ Cerium is het 26e meest voorkomende element en maakt 68 ppm van de aardkorst uit, na koper (68 ppm). Cerium komt vaker voor dan gewone metalen zoals lood (13 ppm) en tin (2,1 ppm).
Cerium-elektronenconfiguratie
Elektronische regelingen:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f1 5d1
★ Cerium bevindt zich na lanthaan en heeft 4f-elektronen vanaf cerium, waardoor het gemakkelijk kan deelnemen aan chemische reacties. De 5d-orbitaal van cerium is echter bezet, waardoor dit effect in cerium niet sterk genoeg is.
★ De meeste lanthaniden kunnen slechts drie elektronen als valentie-elektron gebruiken, met uitzondering van cerium, dat een variabele elektronenstructuur heeft. De energie van 4f-elektronen is vrijwel gelijk aan die van de externe 5d- en 6s-elektronen die gedelokaliseerd zijn in de metaaltoestand, en er is slechts een kleine hoeveelheid energie nodig om de relatieve bezetting van deze elektronenenergieniveaus te veranderen, wat resulteert in de dubbele valentie van +3 en +4. De normale toestand is +3-valentie, wat een +4-valentie aantoont in anaëroob water.
Toepassing van cerium
★ Kan worden gebruikt als additief voor legering en voor de productie van ceriumzouten, enz.
★ Het kan worden gebruikt als glasadditief om ultraviolette en infrarode straling te absorberen en wordt veel gebruikt in autoglas.
★ Kan uitstekend worden gebruikt als milieubeschermend materiaal. Het meest representatieve materiaal is momenteel de katalysator voor de zuivering van uitlaatgassen van auto's. Deze katalysator voorkomt effectief dat een grote hoeveelheid uitlaatgassen van auto's in de lucht terechtkomt.
★ Lichtzeldzame aardelementenbestaat voornamelijk uit cerium, omdat het als plantengroeiregulator kan dienen om de kwaliteit van gewassen te verbeteren, de opbrengst te verhogen en de stressbestendigheid van gewassen te vergroten.
★ Ceriumsulfide kan metalen zoals lood en cadmium vervangen die schadelijk zijn voor het milieu en de mens in pigmenten, kan kunststoffen kleuren en kan ook worden gebruikt in de coatings- en inktindustrie.
★Cerium(IV)oxidekan worden gebruikt als polijstmiddel, bijvoorbeeld bij het chemisch-mechanisch polijsten (CMP).
★ Cerium kan ook worden gebruikt als waterstofopslagmaterialen, thermo-elektrische materialen, ceriumwolfraamelektroden, keramische condensatoren, piëzo-elektrische keramiek, cerium-siliciumcarbide-schuurmiddelen, grondstoffen voor brandstofcellen, benzinekatalysatoren, permanente magnetische materialen, medische materialen, diverse gelegeerde staalsoorten en non-ferrometalen.
Plaatsingstijd: 3 juli 2023