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.
Ce · العنصر 58 · لانثانيد
أوفر العناصر الأرضية النادرة، وأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية من النحاس.
البنية
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.
القيم المقاسة
يوضح كل شريط موضع سيريوم بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.
المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.
الحجم، وفق المقياس
نصف القطر 182 pm — أي 0.182 nm، ولذلك فإن نحو 2.75 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.
المدى الحراري
يكون سيريوم سائلًا ضمن مجال 2648 K، من 1068 K إلى 3716 K.
القصة
أوفر العناصر الأرضية النادرة، وأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية من النحاس.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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
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.
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%.
ثاني أكسيد السيريوم هو مركّب تلميع الزجاج الشامل. فمن شاشات الهواتف الذكية إلى مرايا التلسكوبات، يوفر أكسيد السيريوم أدق تلميع ممكن. ويُستخدم أيضاً في:
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.
تجعل خصائص امتصاص النيوترونات لدى السيريوم منه مادة قيّمة في:
بصفته مادة قوية لتخزين الأكسجين، يُستخدم أكسيد السيريوم في:
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
66.5 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 79% من العناصر
السيريوم هو أكثر العناصر الأرضية النادرة وفرة والعنصر الخامس والعشرون من حيث الوفرة في القشرة الأرضية؛ فهو أكثر شيوعاً من النحاس والرصاص والزنك.
الصيغة الكيميائية: (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
محتوى Ce: 45-50%
الرواسب الرئيسية: ماونتن باس (كاليفورنيا)، بايان أوبو (الصين)
الصيغة الكيميائية: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
محتوى Ce: 40-50%
الرواسب الرئيسية: الهند، أستراليا، البرازيل، ماليزيا
الصيغة الكيميائية: (Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₃(SiO₄)₃(OH)
محتوى Ce: 5-20%
الموقع: البغماتيت في جميع أنحاء العالم
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.
التعامل
يُعد معدن السيريوم ومعظم مركباته آمناً نسبياً عند التعامل معه بصورة مناسبة. ومع ذلك، تتطلب بعض مركبات السيريوم احتياطات خاصة.
معدن السيريوم: قابل للاشتعال تلقائياً عند تقسيمه إلى أجزاء دقيقة، وقد يشتعل تلقائياً في الهواء.
استخدم مطفأة حريق من الفئة D. أخلِ المنطقة واتصل بقسم الإطفاء. لا تستخدم الماء.
انتقل إلى الهواء النقي فوراً. إذا استمرت مشكلات التنفس، فاطلب العناية الطبية.
اغسل العين بالماء لمدة 15 دقيقة مع إبقاء الجفنين مفتوحين. اطلب العناية الطبية.
اغسل بالماء والصابون. انزع الملابس الملوثة.
نترات السيريوم: مؤكسد قوي؛ قد تسبب حرائق عند ملامستها للمواد العضوية. وتتطلب إجراءات خاصة للتخزين والتعامل.
إجابات سريعة
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.
[Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²، ويشغل 6 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 19, 9, 2.ينصهر سيريوم عند 1068 K (794.9 °C) ويغلي عند 3716 K (3442.9 °C).
تبلغ الكتلة الذرية القياسية لـ سيريوم 140.116 u. وهذا متوسط موزون لنظائره الموجودة طبيعياً، ولذلك نادراً ما يكون عدداً صحيحاً.
تبلغ كثافة سيريوم مقدار 6.77 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من سيريوم أثقل بنحو 6.8×.
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.
اكتُشف سيريوم في 1803 على يد Berzelius, Hisinger & Klaproth. سُمّي على اسم الكوكب القزم سيريس.
يشكّل سيريوم حوالي 66.5 mg/kg من قشرة الأرض — وهو غير شائع، لكنه ليس نادرًا.