58 Ce سيريوم 140.116
لانثانيد المستوى الفرعي f الدورة 6

سيريوم

Ce · العنصر 58 · لانثانيد

أوفر العناصر الأرضية النادرة، وأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية من النحاس.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 140.116 u
التوزيع الإلكتروني[Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²

البنية

ذرة سيريوم

ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.

سحابة المدار

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع سيريوم بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.

الفيزيائية

الكثافة 6.77 g/cm³ 38%
نقطة الانصهار 1068 K 45%
نقطة الغليان 3716 K 79%
الحرارة النوعية 0.192 J/g·K
الموصلية الحرارية 11.1 W/m·K 30%

الذرية

نصف القطر الذري 182 pm 70%
نصف القطر التساهمي 204 pm
نصف قطر فان دير فالس 235 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 1.12 13%
طاقة التأين 534.5 kJ/mol 12%
الألفة الإلكترونية 57.9 kJ/mol 49%

الوجود

الوفرة في القشرة 66.5 mg/kg 79%

الهوية

الرمزCe
العدد الذري58
الكتلة الذرية140.116 u
الفئةلانثانيد
المستوى الفرعيf
البنية البلوريةمكعب متمركز الوجوه
حالات الأكسدة+3, +4
سنة الاكتشاف1803
اكتشفهBerzelius, Hisinger & Klaproth

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق المقياس

ما حجم ذرة سيريوم؟

نصف القطر 182 pm — أي 0.182 nm، ولذلك فإن نحو 2.75 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.

المدى الحراري

صلب، سائل، غاز — ومتى

يكون سيريوم سائلًا ضمن مجال 2648 K، من 1068 K إلى 3716 K.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع سيريوم في سلسلة لانثانيد، المطبوعة أسفل الشبكة الرئيسية.

عناصر اللانثانيدات الأخرى

جميع عناصر اللانثانيدات

القصة

ماهيّة سيريوم وكيف اكتشفناه

أوفر العناصر الأرضية النادرة، وأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية من النحاس.

اكتشاف سيريوم

سجلات الاكتشاف

1803 - الاكتشاف الألماني

كان Martin Heinrich Klaproth، الكيميائي الألماني الشهير باكتشاف اليورانيوم والزركونيوم، أول من تعرّف إلى السيريوم. وقد عزل أكسيد السيريوم بشكل مستقل من عينة معدنية أُرسلت من السويد.

1803 - الاكتشاف السويدي

في الوقت نفسه، اكتشف الكيميائيان السويديان Jöns Jakob Berzelius وWilhelm Hisinger السيريوم أيضاً أثناء تحليلهما المعدن نفسه، الذي سُمّي لاحقاً سيرييت تكريماً للكوكب القزم سيريس.

الصلة الفلكية

سُمّي العنصر باسم Ceres، وهو الكوكب القزم الذي اكتشفه Giuseppe Piazzi قبل ذلك بعامين فقط، في 1801. وبذلك أصبح السيريوم أول عنصر يُسمّى باسم جرم فلكي.

سباق الاكتشاف

أدى اكتشاف السيريوم في الوقت نفسه على يد كيميائيين ألمان وسويديين إلى نشوء أحد أول نزاعات الأولوية في تاريخ الكيمياء. ومع ذلك، تقاسم الطرفان الفضل بروح كريمة، مما أرسى سابقة للتعاون العلمي الدولي.

"يمتلك العنصر الأرضي الجديد خصائص مميزة إلى حد أنه لا يمكن الخلط بينه وبين أي عنصر معروف حتى الآن."

— Berzelius and Hisinger, 1803

تحديات الأبحاث المبكرة

واجه الباحثون الأوائل صعوبة في فهم حالات الأكسدة المتعددة للسيريوم. فقد بدا أن العنصر يغيّر خصائصه بصورة غير متوقعة، مما أدى إلى الالتباس حول وجود عدة عناصر. ولم تُفهم طبيعة السيريوم الحقيقية إلا بعد تطوير تقنيات الفصل الحديثة.

الاختراق العلمي الرئيسي

حدث الاختراق عندما أدرك العلماء أن السيريوم يمكن أن يوجد على هيئة أيونات Ce³⁺ وCe⁴⁺ معاً، بخلاف العناصر الأرضية النادرة الأخرى. وأصبحت هذه الخاصية الفريدة، التي كانت في البداية مصدر التباس، أعظم أصول السيريوم في التطبيقات الحديثة.

الإرث العلمي

فتح اكتشاف السيريوم الباب أمام فهم سلسلة العناصر الأرضية النادرة بأكملها. وقد أرست التقنيات التحليلية المطوّرة لدراسة السيريوم الأساس لفصل جميع عناصر اللانثانيد وعددها 15 وتوصيفها.

الاستخدامات

استخدامات سيريوم

التطبيقات الصناعية المتقدمة

السيريوم هو أ abundant عنصر من العناصر الأرضية النادرة، ويمثل عنصر العمل الأساسي في سلسلة اللانثانيد. إن قدرته الفريدة على التبديل بسهولة بين حالتي الأكسدة Ce³⁺ وCe⁴⁺ تجعله ذا قيمة لا تُقدّر في عدد لا يحصى من التطبيقات.

ثورة السيارات

تحتوي المحوّلات الحفازة في كل سيارة حديثة على أكسيد السيريوم (السيريا)، الذي يساعد على تحويل أول أكسيد الكربون السام وأكاسيد النيتروجين إلى غازات غير ضارة. وتجعل قدرة السيريوم على تخزين الأكسجين منه مكوّناً أساسياً في خفض انبعاثات المركبات بنسبة تصل إلى 95%.

صناعة الزجاج والسيراميك

ثاني أكسيد السيريوم هو مركّب تلميع الزجاج الشامل. فمن شاشات الهواتف الذكية إلى مرايا التلسكوبات، يوفر أكسيد السيريوم أدق تلميع ممكن. ويُستخدم أيضاً في:

  • إزالة لون الزجاج عبر معادلة شوائب الحديد
  • الحماية من الأشعة فوق البنفسجية في النظارات الشمسية والنوافذ
  • طلاءات الزجاج ذاتي التنظيف للمباني
  • تصنيع الألياف الضوئية للاتصالات

الألعاب النارية والإضاءة

يأتي الضوء الأبيض الساطع في مصابيح القوس الكربوني من كربيد السيريوم. وتعتمد دور السينما والكشافات وإضاءة الاستوديو كلها على السيريوم للحصول على إضاءة شديدة تشبه ضوء الشمس.

التكنولوجيا النووية

تجعل خصائص امتصاص النيوترونات لدى السيريوم منه مادة قيّمة في:

  • معالجة الوقود النووي
  • أنظمة التحكم في المفاعلات
  • مواد الحماية من الإشعاع
  • معالجة النفايات النووية

المعالجة الكيميائية

بصفته مادة قوية لتخزين الأكسجين، يُستخدم أكسيد السيريوم في:

  • تفاعلات تحويل غاز الماء لإنتاج الهيدروجين
  • المحفزات ثلاثية الاتجاه في تطبيقات السيارات
  • تقنيات خلايا الوقود
  • عمليات التخليق الكيميائي

التطبيقات اليومية

الإلكترونيات والشاشات

  • تلميع شاشات الهواتف الذكية (لدى كل الشركات المصنعة الكبرى)
  • تلميع زجاج شاشات الحواسيب
  • تصنيع شاشات التلفاز
  • مواد الفوسفور في مصابيح LED
  • إنتاج الألياف الضوئية

صناعة السيارات

  • المحوّلات الحفازة (التحكم في الانبعاثات)
  • تلميع زجاج الزجاج الأمامي
  • إضافات الوقود لاحتراق أنظف
  • مرشحات الجسيمات لمحركات الديزل

الأدوات المنزلية

  • طلاءات الأفران ذاتية التنظيف
  • زجاج النوافذ الحاجب للأشعة فوق البنفسجية
  • شبكات الغاز لفوانيس التخييم
  • طلاءات أواني الطهي الخزفية

التطبيقات الطبية وطب الأسنان

  • ملونات الخزف السني
  • تلميع الأجهزة الطبية
  • معدات العلاج الإشعاعي
  • طلاءات الأدوات الجراحية

الأدوات والتصنيع

  • تلميع البصريات الدقيقة
  • أدوات قطع الزجاج
  • طلاءات أقطاب اللحام
  • السيراميك عالي الحرارة

التأثير في السوق

يبلغ الطلب العالمي على السيريوم نحو 60,000 طن سنوياً، مما يجعله أهم عنصر أرضي نادر من الناحية التجارية. ويمثل تلميع الزجاج وحده أكثر من 40% من استهلاك السيريوم worldwide.

مصدره

الوجود الطبيعي

66.5 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 79% من العناصر

التوزيع الطبيعي

السيريوم هو أكثر العناصر الأرضية النادرة وفرة والعنصر الخامس والعشرون من حيث الوفرة في القشرة الأرضية؛ فهو أكثر شيوعاً من النحاس والرصاص والزنك.

إحصاءات الوفرة

  • القشرة الأرضية: 68 جزءاً في المليون (ppm)
  • الترتيب: العنصر الخامس والعشرون من حيث الوفرة
  • مياه المحيطات: 1.5 × 10⁻⁶ ppm
  • الوفرة النسبية: يشكل 50% من جميع العناصر الأرضية النادرة

المصادر المعدنية الرئيسية

الباستناسايت

الصيغة الكيميائية: (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
محتوى Ce: 45-50%
الرواسب الرئيسية: ماونتن باس (كاليفورنيا)، بايان أوبو (الصين)

المونازيت

الصيغة الكيميائية: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
محتوى Ce: 40-50%
الرواسب الرئيسية: الهند، أستراليا، البرازيل، ماليزيا

الألانيت

الصيغة الكيميائية: (Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₃(SiO₄)₃(OH)
محتوى Ce: 5-20%
الموقع: البغماتيت في جميع أنحاء العالم

مراكز الإنتاج العالمية

  • الصين: 85% من الإنتاج العالمي (منغوليا الداخلية، سيتشوان)
  • الولايات المتحدة: منجم ماونتن باس (عملية Molycorp)
  • الهند: تعدين رمال الشواطئ في كيرالا وتاميل نادو
  • أستراليا: مشروع ماونت ويلد (شركة Lynas)
  • البرازيل: مجمعا أراكسا وكاتالاو
  • روسيا: رواسب شبه جزيرة كولا

التكوّن الجيولوجي

يتركز السيريوم في المجمعات النارية القلوية والكربوناتيتات المتكوّنة من مصادر عميقة في الوشاح. ويحل العنصر محل الكالسيوم في العديد من المعادن بسبب تشابه نصف القطر الأيوني، مما يؤدي إلى توزيعه الواسع في الصخور النارية والمتحولة.

المصادر الثانوية

  • إعادة تدوير النفايات الإلكترونية (الفوسفورات والمغناطيسات)
  • إعادة تدوير المحفزات من صناعة السيارات
  • استرداد مخلفات تلميع الزجاج
  • إعادة معالجة مخلفات التعدين

التعامل

السلامة

معلومات السلامة

مستوى الخطر منخفض إلى متوسط

يُعد معدن السيريوم ومعظم مركباته آمناً نسبياً عند التعامل معه بصورة مناسبة. ومع ذلك، تتطلب بعض مركبات السيريوم احتياطات خاصة.

مخاطر الحريق والانفجار

معدن السيريوم: قابل للاشتعال تلقائياً عند تقسيمه إلى أجزاء دقيقة، وقد يشتعل تلقائياً في الهواء.

  • يُخزّن تحت جو خامل (آرغون أو نيتروجين)
  • تجنب الطحن أو تكوين جسيمات دقيقة
  • يلزم استخدام مطفأة حريق من الفئة D (رمل جاف أو مسحوق خاص)
  • لا تستخدم الماء مطلقاً على حرائق السيريوم؛ فقد يسبب تفاعلات عنيفة

الاعتبارات التنفسية

  • غبار السيريوم: قد يسبب تهيجاً تنفسياً
  • خطر الاستنشاق: احتمال الإصابة بتغبر الرئة عند التعرض المزمن
  • الحماية: استخدم أجهزة تنفس معتمدة من NIOSH عند التعامل مع المساحيق

مخاطر التلامس

  • ملامسة العين: قد تسبب مركبات السيريوم تهيجاً شديداً
  • ملامسة الجلد: غير مهيجة عموماً، لكن ينبغي تجنب التلامس المطول
  • معدات الوقاية الشخصية: يُوصى باستخدام نظارات السلامة وقفازات النتريل

إجراءات الطوارئ

حريق المعدن

استخدم مطفأة حريق من الفئة D. أخلِ المنطقة واتصل بقسم الإطفاء. لا تستخدم الماء.

الاستنشاق

انتقل إلى الهواء النقي فوراً. إذا استمرت مشكلات التنفس، فاطلب العناية الطبية.

ملامسة العين

اغسل العين بالماء لمدة 15 دقيقة مع إبقاء الجفنين مفتوحين. اطلب العناية الطبية.

ملامسة الجلد

اغسل بالماء والصابون. انزع الملابس الملوثة.

التخزين والتعامل

  • المعدن: يُخزّن تحت غاز خامل في حاويات محكمة الإغلاق
  • المركبات: تُخزّن في مكان بارد وجاف بعيداً عن الأحماض
  • الفصل: تُحفظ بعيداً عن المؤكسدات القوية والماء
  • وضع الملصقات: يجب تحديد محتويات جميع الحاويات ومخاطرها بوضوح

اعتبارات خاصة

نترات السيريوم: مؤكسد قوي؛ قد تسبب حرائق عند ملامستها للمواد العضوية. وتتطلب إجراءات خاصة للتخزين والتعامل.

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن سيريوم

ما هو سيريوم؟

سيريوم (رمزه Ce) هو العنصر 58 في الجدول الدوري، وينتمي إلى لانثانيد في الدورة 6. أوفر العناصر الأرضية النادرة، وأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية من النحاس. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً.

ما التوزيع الإلكتروني لـ سيريوم؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـسيريوم هو [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²، ويشغل 6 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 19, 9, 2.

ما نقطتا انصهار وغليان سيريوم؟

ينصهر سيريوم عند 1068 K (794.9 °C) ويغلي عند 3716 K (3442.9 °C).

ما الكتلة الذرية لـ سيريوم؟

تبلغ الكتلة الذرية القياسية لـ سيريوم ‏140.116 u. وهذا متوسط موزون لنظائره الموجودة طبيعياً، ولذلك نادراً ما يكون عدداً صحيحاً.

ما كثافة سيريوم؟

تبلغ كثافة سيريوم مقدار 6.77 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من سيريوم أثقل بنحو 6.8×.

ما الكهروسلبية لـ سيريوم؟

تبلغ كهروسلبية سيريوم وفق مقياس باولنغ 1.12. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تعني قيمة كهذه الانخفاض أنه يمنح إلكتروناته الخارجية بسهولة، مكوِّنًا أيونات موجبة.

من اكتشف سيريوم ومتى؟

اكتُشف سيريوم في 1803 على يد Berzelius, Hisinger & Klaproth. سُمّي على اسم الكوكب القزم سيريس.

ما مدى وفرة سيريوم على الأرض؟

يشكّل سيريوم حوالي 66.5 mg/kg من قشرة الأرض — وهو غير شائع، لكنه ليس نادرًا.