Was ist Cer?
Cer (Symbol Ce) ist Element 58 im Periodensystem, ein Lanthanoid in der 6. Das häufigste Element der Seltenen Erden, in der Erdkruste häufiger als Kupfer. Bei Raumtemperatur ist es fest.
Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo Cer bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 182 pm — das entspricht 0,182 nm; etwa 2,75 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.
Temperaturbereich
Cer ist über einen Bereich von 2648 K flüssig, von 1068 K bis 3716 K.
Die Geschichte
Das häufigste Element der Seltenen Erden, in der Erdkruste häufiger als Kupfer.
Martin Heinrich Klaproth, ein deutscher Chemiker, der für die Entdeckung von Uran und Zirconium bekannt ist, identifizierte Cer als Erster. Unabhängig von anderen Forschern isolierte er Ceroxid aus einer aus Schweden gesandten Mineralprobe.
Zur selben Zeit entdeckten auch die schwedischen Chemiker Jöns Jakob Berzelius und Wilhelm Hisinger Cer bei der Untersuchung desselben Minerals – später zu Ehren des Zwergplaneten Ceres Cerit genannt.
Das Element wurde nach Ceres benannt, dem Zwergplaneten, der nur zwei Jahre zuvor, 1801, von Giuseppe Piazzi entdeckt worden war. Damit war Cer das erste Element, das nach einem astronomischen Objekt benannt wurde.
Die gleichzeitige Entdeckung von Cer durch deutsche und schwedische Chemiker führte zu einem der ersten Prioritätsstreitigkeiten der Chemie. Beide Seiten teilten jedoch großzügig die Anerkennung und begründeten damit einen Präzedenzfall für internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit.
„Die neue Erde besitzt so deutlich ausgeprägte Eigenschaften, dass sie mit keiner bisher bekannten verwechselt werden kann.“
— Berzelius und Hisinger, 1803
Frühe Forscher hatten Schwierigkeiten mit den verschiedenen Oxidationsstufen von Cer. Das Element schien seine Eigenschaften unvorhersehbar zu verändern, was zu Verwirrung darüber führte, ob mehrere Elemente vorhanden waren. Erst mit der Entwicklung moderner Trennverfahren wurde die wahre Natur von Cer verstanden.
Der Durchbruch kam, als Wissenschaftler erkannten, dass Cer im Gegensatz zu anderen Seltenerdelementen sowohl als Ce³⁺- als auch als Ce⁴⁺-Ion vorkommen kann. Diese einzigartige Eigenschaft, die zunächst für Verwirrung sorgte, wurde zu Cers größtem Vorteil in modernen Anwendungen.
Die Entdeckung von Cer öffnete den Weg zum Verständnis der gesamten Reihe der Seltenerdelemente. Die zur Untersuchung von Cer entwickelten analytischen Verfahren bildeten die Grundlage für die Trennung und Charakterisierung aller 15 Lanthanoid-Elemente.
Anwendungen
Cer ist das häufigste Seltenerdelement und das Arbeitspferd der Lanthanoidreihe. Seine einzigartige Fähigkeit, leicht zwischen den Oxidationsstufen Ce³⁺ und Ce⁴⁺ zu wechseln, macht es in unzähligen Anwendungen unverzichtbar.
Katalysatoren in jedem modernen Auto enthalten Ceroxid (Ceria), das dabei hilft, giftiges Kohlenmonoxid und Stickoxide in harmlose Gase umzuwandeln. Die Sauerstoffspeicherfähigkeit von Cer macht es zu einem entscheidenden Bestandteil bei der Reduzierung von Fahrzeugemissionen um bis zu 95 %.
Cerdioxid ist das universelle Glaspoliermittel. Von Smartphone-Bildschirmen bis zu Teleskopspiegeln ermöglicht Ceroxid die feinste erreichbare Politur. Es wird außerdem verwendet für:
Das brillante weiße Licht in Kohlebogenlampen stammt von Cercarbid. Kinos, Scheinwerfer und Studiobeleuchtung nutzen Cer für eine intensive, sonnenähnliche Beleuchtung.
Die Neutronenabsorptionseigenschaften von Cer machen es wertvoll für:
Als leistungsfähiges Sauerstoffspeichermaterial wird Ceroxid verwendet für:
Die weltweite Nachfrage nach Cer beträgt ungefähr 60.000 Tonnen jährlich. Damit ist es das kommerziell wichtigste Seltenerdelement. Auf das Polieren von Glas entfallen allein weltweit über 40 % des Cer-Verbrauchs.
Woher es stammt
66,5 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 79 % der Elemente
Cer ist das häufigste Seltenerdelement und das 25.-häufigste Element in der Erdkruste – häufiger als Kupfer, Blei oder Zink.
Chemische Formel: (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
Ce-Gehalt: 45–50 %
Große Lagerstätten: Mountain Pass (Kalifornien), Bayan Obo (China)
Chemische Formel: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Ce-Gehalt: 40–50 %
Große Lagerstätten: Indien, Australien, Brasilien, Malaysia
Chemische Formel: (Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₃(SiO₄)₃(OH)
Ce-Gehalt: 5–20 %
Fundorte: Pegmatite weltweit
Cer reichert sich in alkalischen magmatischen Komplexen und Karbonatiten an, die aus tiefen Mantelquellen entstanden sind. Aufgrund eines ähnlichen Ionenradius ersetzt das Element in vielen Mineralen Calcium, wodurch es in magmatischen und metamorphen Gesteinen weit verbreitet ist.
Handhabung
Cermetall und die meisten Verbindungen gelten bei sachgemäßer Handhabung als relativ sicher. Einige Cerverbindungen erfordern jedoch besondere Vorsichtsmaßnahmen.
Cermetall: In feinverteiltem Zustand pyrophor – kann sich an der Luft spontan entzünden.
Feuerlöscher der Brandklasse D verwenden. Bereich evakuieren und Feuerwehr rufen. Kein Wasser verwenden.
Sofort an die frische Luft gehen. Bei anhaltenden Atemproblemen ärztliche Hilfe suchen.
15 Minuten lang mit Wasser spülen und dabei die Augenlider offen halten. Ärztliche Hilfe suchen.
Mit Wasser und Seife waschen. Kontaminierte Kleidung ausziehen.
Cernitrat: Starkes Oxidationsmittel – kann bei Kontakt mit organischen Materialien Brände verursachen. Erfordert besondere Lagerungs- und Handhabungsverfahren.
Schnelle Antworten
Cer (Symbol Ce) ist Element 58 im Periodensystem, ein Lanthanoid in der 6. Das häufigste Element der Seltenen Erden, in der Erdkruste häufiger als Kupfer. Bei Raumtemperatur ist es fest.
[Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²; sie ergibt 6 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 18, 19, 9, 2.Cer schmilzt bei 1068 K (794.9 °C) und siedet bei 3716 K (3442.9 °C).
Die Standardatommasse von Cer beträgt 140.116 u. Dabei handelt es sich um einen gewichteten Mittelwert seiner natürlich vorkommenden Isotope, weshalb sie nur selten eine ganze Zahl ist.
Cer hat eine Dichte von 6.77 g/cm³. Wasser hat eine Dichte von 1.0 g/cm³, daher ist ein Block aus Cer ungefähr 6.8× schwerer.
Cer hat eine Elektronegativität von 1.12 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Ein so niedriger Wert bedeutet, dass es seine Außenelektronen leicht abgibt und dabei positive Ionen bildet.
Cer wurde 1803 von Berzelius, Hisinger & Klaproth entdeckt. Es ist nach der Zwergplanet Ceres benannt.
Cer macht Über 66.5 mg/kg der Erdkruste aus — nicht häufig, aber auch nicht selten.