معدن السيريوم

السيريوم أو Cer - Ce - العدد الذري 58

تم اكتشاف السيريوم بواسطة Jons Jacob Berzelius في عام 1803 وسمي على اسم الكوكب القزم المكتشف حديثًا سيريس. مثل معظم عناصره الأرضية النادرة - الأكثر شيوعًا منها - تم تحديد هذا العنصر لأول مرة في شكل أكسيده ، ما يسمى بالسيريوم ، ولم يتم الحصول عليه إلا كمعدن نقي بعد عقود من اكتشافه الأول.

ومع ذلك ، فقد تم استخدام الخليط المعدني الذي يحتوي على الملح المعدني والسيريوم في الصناعة. كان لأملاح السيريوم تأثير مضاد للقىء وسرعان ما وجدت طريقها إلى صبغات السعال والعلاجات المضادة للبكتيريا.

في نفس الوقت تقريبًا ، طور العالم النمساوي Carl Auer von Welsbach منتجين يتطلبان استخدام السيريوم بنجاح كبير: الأكمام الغازية وأحجار الصوان خفيفة الوزن. كانت مظاريف غاز أوير عبارة عن أجهزة بسيطة - نسيج قطني مغمور في خليط ملح - والذي ينبعث منه الجمر عند تسخينه يعطي ضوءًا أبيض ساطعًا في مصابيح الغاز.

وجد Cerium استخدامًا ثالثًا في الأيام الأولى للإضاءة الاصطناعية في مصابيح قوس الفحم ، والتي تم تقديرها بشكل خاص في استوديوهات الأفلام بسبب سطوعها الشديد ، حتى يتمكنوا من محاكاة مظهر أشعة الشمس الطبيعية.

باستثناء نترات السيريوم ، التي لا تزال متاحة كعلاج موضعي ومضاد للالتهابات للحروق ، فإن مركبات السيريوم لا تجد فائدة كبيرة في الطب الحديث ، ولكن استخدام السيريوم في الإضاءة قد استمر وتوسع: قذائف المصابيح التي تحتوي على السيريوم والصوان من أحدها لا تزال سبائك السيريا قيد الإنتاج ، ولكن اليوم ، لا غنى عن مضان CER المحتوية على وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة في صناعة شاشات العرض والمصابيح الفلورية.

تعد الخصائص الضوئية للسيريوم حجرًا أساسيًا في تطوير بدائل غير سامة للأصباغ القائمة على الكادميوم ومكونًا مهمًا في صناعة الزجاج حيث يتم استخدامه لتلوين الذهب ويسمح بحجب انتقائي للأشعة فوق البنفسجية. يوفر السيريوم أيضًا خصائص قيّمة عند إضافته بكميات صغيرة في سبائك مختلفة: فهو يجعل الألومنيوم أكثر مقاومة للتآكل ، والمغنيسيوم أكثر مقاومة للحرارة ويساعد على تقليل نسبة الكبريت والأكسجين في الفولاذ. أكبر استخدام للسيريوم هو استخدامه كأكسيد سيريوم تلميع (IV) يستخدم في المكونات البصرية الدقيقة ولتلميع رقائق السليكون بالرقائق الدقيقة.

أكاسيد السيريوم مفيدة أيضًا كمحفِّزات وتستخدم لهذا الغرض في المحولات الحفازة الآلية ، وتكرير البترول ، وخلايا وقود الأكسيد الصلب.

مثل العناصر الأخرى للأرض النادرة ، لا يوجد السيريوم أبدًا في شكله النقي. يمكن الحصول عليها فقط من معادن الأرض النادرة مثل Xenotime, المونازيت اوند الباستناسيت المدرجة ، أو خارجها Ionenadsorptionstonen.

الوقائع Cer

هناك أربعة نظائر في الطبيعة: السيريوم المستقر 140 (88,48 بالمائة) والسيريوم المشع 142 (11,08 بالمائة) ، السيريوم 138 (0,25 بالمائة) و ​​السيريوم 136 (0,19 بالمائة). بدون الأيزومرات الأساسية ، تم تمييز إجمالي نظائر 38 المشعة للسيريوم. وهي في حدود ما بين 119 و 157 مع فترات نصف عمرية تبلغ 1,02 ثانية فقط لسنوات Cer-151 و 5 × 1016 لـ Cer-142.

يتم استخراج السيريوم بشكل رئيسي من المونازيت والبستنايت المحتوي على السيريوم. ويحدث أيضًا في ألانيت وزيريت وسامارسكايت وبيروفسكايت معدن التيتانيوم. يتم استخراجها في الولايات المتحدة الأمريكية والصين وروسيا واستراليا والهند.

السيريوم أو أكسيد السيريوم

انتعاش السيريوم

يتم إنتاج المعدن عن طريق التحليل الكهربائي وخفض المعادن للهاليدات مع المعادن الأرضية القلوية أو القلوية. كان موجودا في أربعة أشكال متآثر (الهيكلية). الطور α هو مكعب محوره الوجه مع = 4,85 Å في 77 K (-196 ° C أو -321 ° F). تتكوّن المرحلة below مباشرة تحت درجة حرارة الغرفة وتكون معبأة سداسية بشكل مضاعف بـ = 3.6810 Å و c = 11.857 Å. γ الطور هو شكل درجة حرارة الغرفة ويتركز وجهه المكعب مع = 5.1610 Å عند 24 ° C (75 ° F). δ الطور عبارة عن جسم مكعب مركزه = 4,12 Å عند 757 ° C (1.395 ° F).

بعد فصل معقد من رفيق السيريوم ، يتم تفاعل الأكسيد مع فلوريد الهيدروجين إلى Cerfluorid. ثم يتم تقليله إلى السيريوم مع الكالسيوم لتشكيل فلوريد الكالسيوم. يتم فصل بقايا الكالسيوم والشوائب المتبقية في عملية إعادة صهر إضافية في الفراغ.

ملامح

المعدن الأبيض الفضي اللامع هو ثاني أكثر العناصر تفاعلية من اللانثانيدات بعد اليوروبيوم. يؤدي الضرر السطحي لطبقة الأكسيد الأصفر الواقية إلى إشعال المعدن. فوق 150 درجة مئوية يحترق مع توهج عنيف ليشكل سيريا. يتفاعل مع الماء لتكوين هيدروكسيد السيريوم.

يحدث السيريوم في المركبات كاصفر عديم اللون أو أصفر ثلاثي التكافؤ إلى الكاتيون البرتقالي.

تحت تأثير الحرارة ، يتم مهاجمته بشدة بواسطة الإيثانول والماء. كما تتعرض لهجوم شديد في القلويات لتشكيل هيدروكسيدات السيريوم. في الأحماض ، يذوب في أملاح.
نظرًا لأن الخواص الكيميائية للأرض النادرة متشابهة ، نادرًا ما يتم استخدام السيريوم المعدني في شكل نقي ، ولكن في الخليط الذي يتم الحصول عليه في إنتاج معادن الأرض النادرة ، ما يسمى بالمتشميتال.

الجدول الدوري مع عناصر من المعادن الاستراتيجية والأتربة النادرة

انقر فوق العنصر لمعرفة المزيد حول التسعير ، المصادر ، التعدين والاستخدام

السيريوم ، مثله مثل كل اللانثينيدات ، سمي قليلاً. السيريوم المعدني يمكن أن يشعل من 65 ° C. كمعدن مقسم بدقة ، يمكن أن يسخن في الهواء دون طاقة وأخيراً يشتعل. من بين أمور أخرى ، يعتمد جاهزية الإشعال بدرجة كبيرة على حجم الجسيمات ودرجة التوزيع. يجب عدم إطفاء الحرائق المائيه بالماء مع تطور الهيدروجين الغازي.

استخدام Cer

تحتوي مركبات السيريوم على عدد من التطبيقات العملية. يستخدم ثاني أكسيد الكربون في صناعة البصريات لتلميع الزجاج بدقة ، كمادة إزالة اللون في صناعة الزجاج ، وفي محفزات تكسير البترول ، وكحافز ثلاثي الانبعاثات للانبعاث التلقائي يستخدم خصائص التكافؤ المزدوج (3 + / 4 +). يعتبر السيريوم ، إلى جانب العناصر الأرضية النادرة الأخرى ، جزءًا من العديد من السبائك الحديدية لاحتجاز الكبريت والأكسجين والحديد الزهر المتشابك. كما أنها تستخدم في السبائك اللاحديدية ، خاصةً في تحسين مقاومة الأكسدة العالية الحرارة للسبائك الفائقة. يستخدم Mischmetal (عادةً 50 بالمائة من السيريوم ، 25 بالمائة lanthanum ، 18 بالمائة neodymium ، 5 بالمائة praseodymium و 2 بالمائة من التربة النادرة الأخرى) بشكل أساسي في فلينستون الأخف وزنا وإضافات السبائك.

في علم المعادن ، يستخدم السيريوم كمادة مضافة لسبائك الألمنيوم وسبائك الحديد المقاومة للحرارة العالية. يدعم فصل الكبريت والأكسجين في عملية الذوبان. تعمل سبيكة Cereisen المعدنية الممزوجة بالحديد كمواد خام للصوان لاستخدامها في الولاعات ولتوليد شرارات على الوقايات الدوارة وفي مشاهد الأفلام (مشاهد الحوادث). تم تسجيل Cereisen في التكوين 70٪ السيريوم و 30٪ الحديد ، المعروف أيضًا باسم Auermetall ، للحصول على براءة اختراع بواسطة Karl Auer von Welsbach في عام 1903. وجد تعديل التوزيع العالمي كصوان للولاعات.

الإضافات الصغيرة من مركبات السيريوم (أكثر أو أقل نقاء) تضفي خصائص معينة على مواد أخرى:

1. يستخدم Ceria (CeO 2) لتثبيت دعم محفز سيراميك الألومينا لمحفزات عادم السيارات.
2. جزء من بعض العدسات الخاصة ، مثل مرشحات الأشعة فوق البنفسجية والزجاج الأمامي ، ومزيلات الرطوبة في تصنيع الزجاج
3. لتلوين المينا
4. يستخدم Ceria كعامل تلميع في معالجة الزجاج
5. أصباغ الفلورسنت المخدرة بالسيريوم (الفوسفور) في أنابيب الصورة والمصابيح البيضاء
6. كما المنشطات في عباءة
7. تحتوي أفران التنظيف الذاتي على طلاء يحتوي على السيريوم
8. كبريتات السيريوم (IV) كعامل مؤكسد في التحليل الكمي (القياس)
9. كعامل النقيض في الرنين النووي
10. كما الفوسفور في أنابيب تصريف الغاز
11. يضاف إلى تجديد مرشحات جسيم السخام المذابة في الوقود
12. كجزء من السبائك غير الثمينة التي تحتوي على المعادن في تكنولوجيا طب الأسنان (السيراميك)
13. كأكسدة للتوليفات العضوية مع CAN (نترات أمونيوم السيريوم) ، (NH4) ²Ce (NO³) 6

Cer مميزات خاصة

يختلف Cer عن البراسيوديميوم والتيربيوم عن التراب النادر في كونه يشكل مركبات تكون فيها حالة الأكسدة فيها + 4 ؛ إنها الأرض النادرة الوحيدة التي لديها حالة أكسدة + 4 في محلول. يتم استخدام أملاح Ce4 + أيون (الأملاح الأساسية) ، والتي تعتبر مؤكسدات قوية ولكنها مستقرة ، في الكيمياء التحليلية لاكتشاف المواد القابلة للأكسدة مثل الحديد (الحديد في منطقة الأكسدة + 2). السيريوم في حالة أكسدة 3 الخاصة به يتصرف مثل الأرض النادرة النموذجية.