58 Ce سيريوم 140.116
لانثانيد f-block Period 6

سيريوم

Ce · Element 58

The most abundant rare earth, more common in the crust than copper.

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

البنية

ذرة سيريوم

ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.

سحابة المدارات

القيم المقيسة

ورقة الخصائص

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

فيزيائية

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

ذرية

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

إلكترونية

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

الوفرة

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
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 مقياس

How big is a سيريوم atom?

Radius 182 pm — that is 0.182 nm, so about 2747 million of them side by side would span a millimetre.

النطاق الحراري

Solid, liquid, gas — and when

سيريوم is liquid over a 2648 K window, from 1068 K to 3716 K.

موضعه

موضعه في الجدول

سيريوم sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER اللانثانيدات

All اللانثانيدات

القصة

ما هو سيريوم، وكيف اكتشفناه

The most abundant rare earth, more common in the crust than copper.

The discovery of سيريوم

وقائع الاكتشاف

1803 - الاكتشاف الألماني

كان Martin Heinrich Klaproth، الكيميائي الألماني الشهير باكتشاف اليورانيوم والزركونيوم، أول من حدّد السيريوم. وقد عزل أكسيد السيريوم من عينة معدنية أُرسلت من السويد، في عمل مستقل.

1803 - الاكتشاف السويدي

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

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 أوائل نزاعات أولوية الاكتشاف في الكيمياء. ومع ذلك، تقاسم الطرفان الفضل بسخاء، وأرسيا سابقة للتعاون العلمي الدولي.

"يمتلك هذا التراب الجديد خصائص مميزة إلى حد أنه لا يمكن الخلط بينه وبين أي مادة معروفة حتى الآن."

— Berzelius and Hisinger, 1803

تحديات البحث المبكر

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 الرئيسي

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

الإرث العلمي

فتح اكتشاف السيريوم الباب أمام فهم سلسلة العناصر الأرضية النادرة بأكملها. ومهّدت التقنيات التحليلية التي طُوّرت لدراسة السيريوم لفصل جميع عناصر اللانثانيدات وعددها 15 وتوصيفها.

الاستخدامات

فيما يُستخدم سيريوم

التطبيقات الصناعية المتقدمة

السيريوم هو أكثر العناصر الأرضية النادرة وفرة، وهو العنصر الأساسي في سلسلة اللانثانيدات. وتجعل قدرته الفريدة على التبديل بسهولة بين حالتي الأكسدة Ce³⁺ وCe⁴⁺ منه مادة لا غنى عنها 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 حاسماً في خفض انبعاثات المركبات بنسبة تصل إلى 95%.

صناعة الزجاج والسيراميك

ثنائي 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

ينتج الضوء الأبيض الساطع في مصابيح القوس الكربوني عن كربيد السيريوم. وتعتمد دور السينما والكشافات وإضاءة الاستوديو على السيريوم للحصول على إضاءة قوية شبيهة بضوء الشمس.

التقنية 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 الماء والغاز 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 المصنّعة الكبرى)
  • تلميع زجاج شاشات الحاسوب
  • تصنيع شاشات التلفاز
  • مواد الفوسفور لمصابيح LED
  • إنتاج الألياف الضوئية

صناعة السيارات

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

الأدوات المنزلية

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

الاستخدامات الطبية وطب الأسنان

  • ملوّنات خزف الأسنان
  • 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 عالمياً.

مصدره

وجوده الطبيعي

66.5 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 79% of elements

التوزيع الطبيعي

السيريوم هو أكثر العناصر الأرضية النادرة وفرة، والعنصر الخامس والعشرون من حيث الوفرة في القشرة الأرضية، وهو أكثر شيوعاً من النحاس أو الرصاص أو الزنك.

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: Mountain Pass (California)، Bayan Obo (China)

المونازيت

الصيغة الكيميائية: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
محتوى Ce: 40-50%
الرواسب الرئيسية: India، Australia، Brazil، Malaysia

الألانيت

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

مراكز الإنتاج العالمية

  • China: 85% من الإنتاج العالمي (Inner Mongolia، Sichuan)
  • United States: منجم Mountain Pass (عملية Molycorp)
  • India: تعدين رمال الشواطئ في Kerala وTamil Nadu
  • Australia: مشروع Mount Weld (شركة Lynas Corporation)
  • Brazil: مجمّعا Araxa وCatalao
  • Russia: رواسب شبه جزيرة Kola

التكوّن الجيولوجي

يتركز السيريوم في المجمّعات النارية القلوية والكربوناتيتات المتكوّنة من مصادر عميقة في الوشاح. ويحلّ العنصر محل الكالسيوم في العديد من المعادن بسبب تشابه نصف القطر الأيوني، مما يؤدي إلى انتشاره 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 خطر منخفض إلى متوسط

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

مخاطر الحريق والانفجار

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

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

اعتبارات الجهاز التنفسي

  • غبار السيريوم: قد يسبب تهيج الجهاز التنفسي
  • خطر الاستنشاق: احتمال الإصابة بالتغبر الرئوي عند التعرض المزمن
  • الحماية: استخدم أجهزة تنفس معتمدة من NIOSH عند التعامل مع المساحيق

مخاطر التلامس

  • ملامسة العينين: قد تسبب مركبات السيريوم تهيجاً شديداً
  • ملامسة الجلد: لا تسبب تهيجاً عادةً، لكن ينبغي تجنّب التلامس المطول
  • معدات الوقاية الشخصية: يُنصح باستخدام نظارات السلامة وقفازات النتريل

إجراءات الطوارئ

حريق الفلز

استخدم مطفأة حرائق 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 العينين

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

ملامسة الجلد

اغسل بالماء والصابون. انزع الملابس الملوثة.

التخزين والتعامل

  • الفلز: يُخزّن تحت غاز خامل في حاويات محكمة الإغلاق
  • المركبات: تخزين بارد وجاف بعيداً عن الأحماض
  • الفصل: يُحفظ بعيداً عن المؤكسدات القوية والماء
  • وضع الملصقات: ضع بوضوح على جميع الحاويات محتوياتها ومخاطرها

اعتبارات خاصة

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

إجابات سريعة

سيريوم: أسئلة شائعة

What is سيريوم?

سيريوم (symbol Ce) is element 58 on the periodic table, a لانثانيد in period 6. The most abundant rare earth, more common in the crust than copper. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of سيريوم?

سيريوم's ground-state electron configuration is [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 19, 9, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of سيريوم?

سيريوم melts at 1068 K (794.9 °C) and boils at 3716 K (3442.9 °C).

What is the atomic mass of سيريوم?

The standard atomic weight of سيريوم is 140.116 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is سيريوم?

سيريوم has a density of 6.77 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of سيريوم is about 6.8× heavier.

What is the electronegativity of سيريوم?

سيريوم has a Pauling electronegativity of 1.12. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.

Who discovered سيريوم, and when?

سيريوم was discovered in 1803 by Berzelius, Hisinger & Klaproth. It is named after the dwarf planet Ceres.

How common is سيريوم on Earth?

سيريوم makes up about 66.5 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.