58 Ce Cer 140,116
Lanthanoid f-Block Periode 6

Cer

Ce · Element 58 · Lanthanoid

Das häufigste Element der Seltenen Erden, in der Erdkruste häufiger als Kupfer.

Zustand bei 20°C fest
Atommasse 140,116 u
Elektronenkonfiguration[Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²

Struktur

Das Cer-Atom

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.

Orbitalwolke

Gemessene Werte

Eigenschaftsübersicht

Jeder Balken zeigt, wo Cer bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.

Physikalisch

Dichte 6,77 g/cm³ 38%
Schmelzpunkt 1068 K 45%
Siedepunkt 3716 K 79%
Spezifische Wärme 0,192 J/g·K
Wärmeleitfähigkeit 11,1 W/m·K 30%

Atomar

Atomradius 182 pm 70%
Kovalenzradius 204 pm
Van-der-Waals-Radius 235 pm

Elektronisch

Elektronegativität 1,12 13%
Ionisierungsenergie 534,5 kJ/mol 12%
Elektronenaffinität 57,9 kJ/mol 49%

Vorkommen

Häufigkeit in der Erdkruste 66,5 mg/kg 79%

Identität

SymbolCe
Ordnungszahl58
Atommasse140,116 u
KategorieLanthanoid
Blockf
Kristallstrukturflächenzentriert kubisch
Oxidationsstufen+3, +4
Entdeckt1803
Entdeckt vonBerzelius, Hisinger & Klaproth

Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.

Größe, maßstabsgetreu

Wie groß ist das Atom von Cer?

Radius 182 pm — das entspricht 0,182 nm; etwa 2,75 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.

Temperaturbereich

Fest, flüssig, gasförmig — und wann

Cer ist über einen Bereich von 2648 K flüssig, von 1068 K bis 3716 K.

Wo es steht

Position in der Tabelle

Cer befindet sich in der Lanthanoid-Serie, die unterhalb des Hauptgitters dargestellt wird.

Andere Lanthanoide

Alle Lanthanoide

Die Geschichte

Was Cer ist und wie wir es gefunden haben

Das häufigste Element der Seltenen Erden, in der Erdkruste häufiger als Kupfer.

Die Entdeckung von Cer

Die Chronik der Entdeckung

1803 – Die deutsche Entdeckung

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.

1803 – Die schwedische Entdeckung

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.

Astronomische Verbindung

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.

Der Wettlauf um die Entdeckung

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

Herausforderungen der frühen Forschung

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.

Entscheidender Durchbruch

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.

Wissenschaftliches Vermächtnis

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

Wofür Cer verwendet wird

Fortschrittliche industrielle 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.

Revolution in der Automobilindustrie

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 %.

Glas- und Keramikindustrie

Cerdioxid ist das universelle Glaspoliermittel. Von Smartphone-Bildschirmen bis zu Teleskopspiegeln ermöglicht Ceroxid die feinste erreichbare Politur. Es wird außerdem verwendet für:

  • Entfärbung von Glas durch Neutralisierung von Eisenverunreinigungen
  • UV-Schutz in Sonnenbrillen und Fenstern
  • Selbstreinigende Glasbeschichtungen für Gebäude
  • Herstellung von Lichtwellenleitern für die Telekommunikation

Pyrotechnik und Beleuchtung

Das brillante weiße Licht in Kohlebogenlampen stammt von Cercarbid. Kinos, Scheinwerfer und Studiobeleuchtung nutzen Cer für eine intensive, sonnenähnliche Beleuchtung.

Nukleartechnik

Die Neutronenabsorptionseigenschaften von Cer machen es wertvoll für:

  • Verarbeitung von Kernbrennstoffen
  • Reaktorsteuerungssysteme
  • Strahlenschutzmaterialien
  • Behandlung von radioaktivem Abfall

Chemische Verarbeitung

Als leistungsfähiges Sauerstoffspeichermaterial wird Ceroxid verwendet für:

  • Wassergas-Shift-Reaktionen zur Wasserstoffherstellung
  • Dreiwegekatalysatoren in der Automobilindustrie
  • Brennstoffzellentechnologien
  • Chemische Syntheseverfahren

Anwendungen im Alltag

Elektronik und Displays

  • Polieren von Smartphone-Bildschirmen (jeder große Hersteller)
  • Polieren von Glas für Computermonitore
  • Herstellung von Fernsehbildschirmen
  • LED-Leuchtstoffmaterialien
  • Herstellung von Lichtwellenleitern

Automobilindustrie

  • Katalysatoren (Emissionskontrolle)
  • Glaspolitur für Windschutzscheiben
  • Kraftstoffzusätze für eine sauberere Verbrennung
  • Partikelfilter für Dieselmotoren

Haushaltsgegenstände

  • Selbstreinigende Ofenbeschichtungen
  • UV-blockierendes Fensterglas
  • Gasglühstrümpfe für Campinglaternen
  • Glasuren für Keramikkochgeschirr

Medizin und Zahnmedizin

  • Farbstoffe für Dentalporzellan
  • Polieren medizinischer Geräte
  • Ausrüstung für die Strahlentherapie
  • Beschichtungen für chirurgische Instrumente

Werkzeuge und Fertigung

  • Polieren von Präzisionsoptiken
  • Glasschneidwerkzeuge
  • Beschichtungen für Schweißelektroden
  • Hochtemperaturkeramiken

Marktauswirkungen

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

Natürliches Vorkommen

66,5 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 79 % der Elemente

Natürliches Vorkommen

Cer ist das häufigste Seltenerdelement und das 25.-häufigste Element in der Erdkruste – häufiger als Kupfer, Blei oder Zink.

Häufigkeitsstatistik

  • Erdkruste: 68 Teile pro Million (ppm)
  • Rang: 25.-häufigstes Element
  • Meerwasser: 1,5 × 10⁻⁶ ppm
  • Relative Häufigkeit: Macht 50 % aller Seltenerdelemente aus

Wichtige Mineralquellen

Bastnäsit

Chemische Formel: (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
Ce-Gehalt: 45–50 %
Große Lagerstätten: Mountain Pass (Kalifornien), Bayan Obo (China)

Monazit

Chemische Formel: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Ce-Gehalt: 40–50 %
Große Lagerstätten: Indien, Australien, Brasilien, Malaysia

Allanit

Chemische Formel: (Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₃(SiO₄)₃(OH)
Ce-Gehalt: 5–20 %
Fundorte: Pegmatite weltweit

Globale Produktionszentren

  • China: 85 % der Weltproduktion (Innere Mongolei, Sichuan)
  • Vereinigte Staaten: Mine Mountain Pass (Betrieb von Molycorp)
  • Indien: Strandbergbau in Kerala und Tamil Nadu
  • Australien: Mount-Weld-Projekt (Lynas Corporation)
  • Brasilien: Komplexe von Araxa und Catalao
  • Russland: Lagerstätten auf der Kola-Halbinsel

Geologische Bildung

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.

Sekundärquellen

  • Recycling elektronischer Abfälle (Leuchtstoffe, Magnete)
  • Katalysatorrecycling aus der Automobilindustrie
  • Rückgewinnung von Glaspolierabfällen
  • Aufbereitung von Bergbauhalden

Handhabung

Sicherheit

Sicherheitsinformationen

Geringe bis mittlere Gefahrenstufe

Cermetall und die meisten Verbindungen gelten bei sachgemäßer Handhabung als relativ sicher. Einige Cerverbindungen erfordern jedoch besondere Vorsichtsmaßnahmen.

Brand- und Explosionsgefahren

Cermetall: In feinverteiltem Zustand pyrophor – kann sich an der Luft spontan entzünden.

  • Unter inerter Atmosphäre (Argon oder Stickstoff) lagern
  • Schleifen oder die Bildung feiner Partikel vermeiden
  • Feuerlöscher der Brandklasse D erforderlich (trockener Sand oder Spezialpulver)
  • Bei Cerbränden niemals Wasser verwenden – kann heftige Reaktionen verursachen

Atemwegsschutz

  • Cerstaub: Kann Reizungen der Atemwege verursachen
  • Inhalationsrisiko: Bei chronischer Exposition potenzielle Pneumokoniose
  • Schutz: Beim Umgang mit Pulvern von NIOSH zugelassene Atemschutzmasken verwenden

Kontaktgefahren

  • Augenkontakt: Cerverbindungen können starke Reizungen verursachen
  • Hautkontakt: Im Allgemeinen nicht reizend, längerer Kontakt sollte jedoch vermieden werden
  • PSA: Schutzbrille und Nitrilhandschuhe werden empfohlen

Notfallmaßnahmen

Metallbrand

Feuerlöscher der Brandklasse D verwenden. Bereich evakuieren und Feuerwehr rufen. Kein Wasser verwenden.

Inhalation

Sofort an die frische Luft gehen. Bei anhaltenden Atemproblemen ärztliche Hilfe suchen.

Augenkontakt

15 Minuten lang mit Wasser spülen und dabei die Augenlider offen halten. Ärztliche Hilfe suchen.

Hautkontakt

Mit Wasser und Seife waschen. Kontaminierte Kleidung ausziehen.

Lagerung und Handhabung

  • Metall: Unter Inertgas in dicht verschlossenen Behältern lagern
  • Verbindungen: Kühl und trocken, fern von Säuren lagern
  • Trennung: Von starken Oxidationsmitteln und Wasser fernhalten
  • Kennzeichnung: Alle Behälter deutlich mit Inhalt und Gefahren kennzeichnen

Besondere Hinweise

Cernitrat: Starkes Oxidationsmittel – kann bei Kontakt mit organischen Materialien Brände verursachen. Erfordert besondere Lagerungs- und Handhabungsverfahren.

Schnelle Antworten

Cer: häufige Fragen

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.

Wie lautet die Elektronenkonfiguration von Cer?

Die Elektronenkonfiguration von Cer im Grundzustand ist [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²; sie ergibt 6 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 18, 19, 9, 2.

Wie hoch sind der Schmelz- und der Siedepunkt von Cer?

Cer schmilzt bei 1068 K (794.9 °C) und siedet bei 3716 K (3442.9 °C).

Wie hoch ist die Atommasse von Cer?

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.

Wie hoch ist die Dichte von Cer?

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.

Wie hoch ist die Elektronegativität von Cer?

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.

Wer entdeckte Cer und wann?

Cer wurde 1803 von Berzelius, Hisinger & Klaproth entdeckt. Es ist nach der Zwergplanet Ceres benannt.

Wie häufig kommt Cer auf der Erde vor?

Cer macht Über 66.5 mg/kg der Erdkruste aus — nicht häufig, aber auch nicht selten.