ЦЕРІЙ (IV) ОКСИД: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Оксид церію (IV) , оксид або церій є білий або блідо - жовте тверда речовина неорганічного отримує шлях окислення церію (С) для кисню до його валентності 4+. Хімічна формула оксиду церу - це CeO ₂ і це найбільш стійкий оксид церію.

Церій (Ce) - це елемент ряду лантанідів, які входять до групи рідкоземельних земель. Природним джерелом цього оксиду є мінерал бастназит. У комерційному концентраті цього мінералу можна знайти CeO ₂ у приблизній пропорції до 30% за вагою.

Зразок оксиду церію (IV). Знімок зроблений у серпні 2005 року користувачем: Walkerma. {{PD-self}} Джерело: Вікіпедія

CeO ₂ можна легко отримати, нагріваючи церій (III) гідроксид, Ce (OH) ₃ або будь-яку сіль церію (III), наприклад оксалат, карбонат або нітрат, у повітрі чи кисні .

Стехіометричний CeO ₂ може бути отриманий реакцією підвищеної температури оксиду церію (III) з елементарним киснем. Кисню повинно бути більше, і повинен бути забезпечений достатній час для завершення перетворення різних нестехіометричних фаз, що утворюються.

Ці фази містять різнокольорові продукти формули CeO _x (де х варіюється між 1,5 і 2,0). Їх ще називають CeO _2-x , де x може мати значення до 0,3. CeO ₂ є найбільш широко використовуваною формою Ce в промисловості. Він має низьку класифікацію токсичності, особливо через погану розчинність у воді.

Зразок мінералу Бастназит. Роб Лавінський, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Джерело: Wikipedia Commons

Будова

Стехіометричний оксид церію (IV) кристалізується в кубічній решітці типу флюориту (CaF ₂ ) з 8 іонами O ² в кубічній структурі, узгодженій з іонами 4 Ce ⁴⁺ .

Кристалічна структура оксиду церію (IV). Бенджа-bmm27 Джерело: Вікіпедія

Номенклатура

- церій (IV) оксид.

- оксид церу.

- діоксид церію.

- Церія.

- Стехіометричний оксид церію: матеріал, повністю утворений CeO ₂ .

- Нестехіометричний оксид церію: матеріал, утворений змішаними оксидами від CeO ₂ до CeO _1.5

Властивості

Фізичний стан

Блідо-жовтий твердий. Колір чутливий до стехіометрії та наявності інших лантанідів. Нестехіометричні оксиди часто бувають синього кольору.

Твердість Мооса

6-6,1 приблизно.

Молекулярна маса

172,12 г / моль.

Точка плавлення

Приблизно 2600 ºC.

Щільність

7,132 г / см ³

Розчинність

Нерозчинний у гарячій та холодній воді. Розчинна в концентрованій сірчаній кислоті та концентрованій азотній кислоті. Нерозчинний у розведених кислотах.

Показник заломлення

2.2.

Інші властивості

CeO ₂ - інертна речовина, на неї не нападають сильні кислоти або луги. Однак його можна розчиняти кислотами в присутності відновлюючих речовин, таких як пероксид водню (H ₂ O ₂ ) або олово (II), серед інших, утворюючи розчини церію (III).

Він має високу термостійкість. Він не зазнає кристалографічних змін протягом звичайних інтервалів нагріву.

Її гідратоване похідне ( CeO ₂ .nH ₂ O) являє собою жовтий і желеподібний осад, який отримують при обробці розчинів церію (IV) основами.

CeO ₂ погано абсорбується з шлунково-кишкового тракту, тому не має токсичної дії.

Програми

- У металургійній галузі

CeO ₂ використовується в електродах деяких технологій зварювання, таких як дугова зварювання вольфрамовим дуговим газом.

Оксид тонко диспергований по вольфрамовій матриці. При низькій напрузі ці частинки CeO ₂ дають більшу надійність, ніж вольфрам.

- У скляній промисловості

Полірування скла

CeO ₂ може знебарвити келихи для газованої соди для пляшок, глечиків тощо. Ce (IV) окислює домішки Fe (II), які надають синювато-зелений колір, до Fe (III), який дає в 10 разів слабший жовтий колір.

Скло стійке до радіації

Додавання 1% CeO ₂ до скла пригнічує знебарвлення або потемніння скла, викликане бомбардуванням високоенергетичних електронів у телевізійних окулярах. Те саме стосується скла, яке використовується у вікнах у гарячих камерах ядерної промисловості, оскільки воно пригнічує знебарвлення гамма-променів.

Вважається, що механізм придушення залежить від присутності іонів Ce ⁴⁺ та Ce ³⁺ у скляній решітці.

Світлочутливі окуляри

Деякі скла форми можуть сформувати приховані зображення, які потім можуть бути перетворені на постійну структуру або колір.

Цей тип скла містить CeO _2, який поглинає УФ-випромінювання і вивільняє електрони в скляну матрицю.

Після обробки утворюється ріст кристалів інших сполук у склі, створюючи детальні зразки для електронних чи декоративних цілей.

- В емалях

Завдяки своєму високому показнику заломлення, CeO ₂ є непромокальним агентом у складі емалі, що використовується як захисне покриття на металах.

Його висока термостабільність та унікальна кристалографічна форма протягом усього діапазону температур, досягнутих у процесі глазурування, роблять його придатним для використання у фарфорових глазурах.

У цій заявці CeO ₂ забезпечує бажане біле покриття під час вигорання емалі. Саме інгредієнт забезпечує непрозорість.

- У цирконієвій кераміці

Цирконій керамічний є теплоізолятором і застосовується у високих температурах. Він вимагає, щоб добавка мала високу міцність і міцність. Додавання CeO ₂ до цирконію дає матеріал з винятковою в'язкістю та хорошою міцністю.

Оксид цирконію, легований CeO _2- , використовується в покриттях для дії теплового бар'єру на металевих поверхнях.

Наприклад, в частинах двигунів літальних апаратів такі покриття захищають від високих температур, яким піддаватимуться метали.

Реактивний двигун. Джефф Дал, переклад з іспанської мови Xavigivax Джерело: Вікіпедія

- в каталізаторах контролю викидів автомобілів

CeO ₂ є активним компонентом у видаленні забруднюючих речовин від викидів автомобілів. Багато в чому це пов’язано з його здатністю зберігати або виділяти кисень залежно від умов навколо нього.

Каталітичний перетворювач в автотранспортних засобах розташований між двигуном і випускним газом. Він має каталізатор, який повинен окислювати незагорілі вуглеводні, перетворювати СО до CO ₂ та зменшувати оксиди азоту, NO _x , до N ₂ та O ₂ .

Каталітичний перетворювач для відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння автомобіля. Ahanix1989 в англійській Вікіпедії Джерело: Wikipedia Commons

Окрім платини та інших каталітичних металів, основним діючим компонентом цих багатофункціональних систем є CeO ₂ .

Кожен каталітичний перетворювач містить 50-100 г дрібно розділеного CeO ₂ , який виконує кілька функцій. Найважливіші з них:

Діє як стабілізатор для глинозему високої поверхні

Високий оксид глинозему має тенденцію до агломерації, втрачаючи свою високу поверхню під час роботи при високій температурі. Це затримується присутністю CeO ₂ .

Він поводиться як кисневий буфер-вивільнювач

Завдяки здатності утворювати нестехіометричні оксиди CeO _2-x , церій (IV) оксид забезпечує елементарний кисень власної структури протягом періоду циклу, багатого киснем / паливом.

Таким чином, окислення незгорілих вуглеводнів, що надходять від двигуна, і перетворення CO в CO _{2 можуть продовжуватися} , навіть коли газоподібний кисень недостатній.

Потім, у період циклу, багатого киснем, він поглинає кисень і повторно окислюється, відновлюючи свою стехіометричну форму CeO ₂ .

Інші

Він працює як покращувач каталітичної здатності родію при відновленні оксидів азоту NO _x до азоту та кисню.

- У каталізі хімічних реакцій

У процесах каталітичного крекінгу НПЗ CeO ₂ діє як каталітичний окислювач, який допомагає в перетворенні SO ₂ в SO ₃ і сприяє утворенню сульфатів у специфічних пастках процесу.

CeO ₂ покращує активність каталізатора на основі оксиду заліза, який використовується для отримання стиролу, починаючи з етилбензолу. Можливо, це пов'язано з позитивною взаємодією між окислювальними парами Fe (II) - Fe (III) та Ce (III) - Ce (IV).

- У біологічних та біомедичних застосуваннях

Було виявлено, що наночастинки CeO ₂ діють шляхом очищення вільних радикалів, таких як супероксид, перекис водню, гідроксил і радикал оксиду азоту.

Вони можуть захистити біологічні тканини від радіаційного ураження, лазерно-індукованого ураження сітківки, збільшити термін життя фоторецепторних клітин, зменшити травми хребта, зменшити хронічне запалення та сприяти ангіогенезу або утворенню судин.

Крім того, було показано , що деякі нановолокни, що містять наночастинки CeO _2, токсичні проти бактеріальних штамів, є перспективними кандидатами для застосування в бактерицидні речовини.

- Інше використання

CeO ₂ є електричним ізоляційним матеріалом завдяки чудовій хімічній стійкості, високій відносній проникності (має високу тенденцію до поляризації при застосуванні електричного поля) та кристалічній решітці, подібній кремнію.

Він знайшов застосування в конденсаторах і демпфуючих шарах надпровідних матеріалів.

Він також використовується в газових датчиках, твердих оксидних елементах електродних паливних елементів, кисневих насосах та кисневих моніторах.

Список літератури

1. Коттон, Ф. Альберт і Вілкінсон, Джеффрі. (1980). Розширена неорганічна хімія. Четверте видання. Джон Вілі та сини.
2. Танець, JC; Emeléus, HJ; Сер Рональд Ніхолм і Тротман-Діккенсон, AF (1973). Комплексна неорганічна хімія. Том 4. Пергамський прес.
3. Кірк-Отмер (1994). Енциклопедія хімічної технології. Том 5. Четверте видання. Джон Вілі та сини.
4. Енциклопедія промислової хімії Уллмана. (1990). П'яте видання. Том А6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald та ін. (2012 р.). Аналіз та ризик наноматеріалів у зразках навколишнього середовища та продуктів харчування. У комплексній аналітичній хімії. Відновлено з sciencedirect.com.
6. Майладіл Т. Себастьян. (2008). Глинозем, титанія, церія, силікатні, вольфрамові та інші матеріали. В Діелектричні матеріали для бездротового зв'язку. Відновлено з sciencedirect.com.
7. Афееш Раджан Унітхан та ін. (2015). Ліси з антибактеріальними властивостями. У нанотехнологічних програмах для тканинної інженерії. Відновлено з sciencedirect.com.
8. Готтарді В. та ін. (1979). Полірування поверхні скла досліджено ядерною технікою. Вісник Іспанського товариства кераміки та скла, т. 18, № 3. Отримано з boletines.secv.es.