58 Ce Cer 140.116
Lanthanoid f-block Period 6

Cer

Ce · Element 58

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

ZUSTAND BEI 20°C fest
ATOMMASSE 140.116 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²

Struktur

Das cer-Atom

Kein Diagramm aus Punkten auf Schalen – eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.

Orbitalwolke

Gemessene Werte

Eigenschaftenübersicht

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
Kristallstrukturflächenzentrierte kubische Struktur
Oxidationsstufen+3, +4
Entdeckung1803
Entdeckt vonBerzelius, Hisinger & Klaproth

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

Größe, maßstabsgetreu

How big is a cer atom?

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

Temperaturbereich

Solid, liquid, gas — and when

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

Position

Position in der Tabelle

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

OTHER LANTHANOIDE

All lanthanoide

Die Geschichte

Was cer ist und wie wir es entdeckt haben

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

The discovery of cer

Die Chronik der Entdeckung

1803 – Die deutsche Entdeckung

Martin Heinrich Klaproth, ein deutscher Chemiker, der für die Entdeckung von Uran und Zirconium berühmt ist, identifizierte Cer als Erster. Unabhängig von anderen Forschern isolierte er Ceroxid aus einer aus Schweden zugesandten Mineralprobe.

1803 – Die schwedische Entdeckung

Gleichzeitig 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.

Astronomischer Zusammenhang

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 in der Chemie. Beide Seiten teilten jedoch großzügig die Anerkennung und schufen damit einen Präzedenzfall für internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit.

„Die neue Erde besitzt so unterschiedliche Eigenschaften, dass sie mit keiner bisher bekannten verwechselt werden kann.“

— Berzelius und Hisinger, 1803

Frühe Herausforderungen der 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 das wahre Wesen von Cer verstanden.

Entscheidender Durchbruch

Der Durchbruch kam, als Wissenschaftler erkannten, dass Cer sowohl als Ce³⁺- als auch als Ce⁴⁺-Ion vorkommen kann, anders als andere Seltenerdelemente. Diese einzigartige Eigenschaft, die zunächst für Verwirrung sorgte, wurde in modernen Anwendungen zum größten Vorteil von Cer.

Wissenschaftliches Vermächtnis

Die Entdeckung von Cer öffnete die Tür zum Verständnis der gesamten Reihe der Seltenerdelemente. Die zur Untersuchung von Cer entwickelten Analysetechniken legten den Grundstein für die Trennung und Charakterisierung aller 15 Lanthanoide.

Anwendungen

Wofür cer verwendet wird

Fortschrittliche industrielle Anwendungen

Cer ist das häufigste Seltenerdelement und das Arbeitspferd der Lanthanoidserie. Seine einzigartige Fähigkeit, problemlos 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 Poliermittel für Glas. 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 optischer Fasern für die Telekommunikation

Pyrotechnik und Beleuchtung

Das brillante weiße Licht in Kohlebogenlampen entsteht durch Ceriumcarbid. Kinos, Scheinwerfer und Studiobeleuchtung nutzen Cer für eine intensive, sonnenähnliche Ausleuchtung.

Nukleartechnik

Die Neutronenabsorptionseigenschaften von Cer machen es wertvoll für:

  • Verarbeitung von Kernbrennstoffen
  • Reaktorsteuerungssysteme
  • Strahlenschutzmaterialien
  • Behandlung radioaktiver Abfälle

Chemische Verarbeitung

Als leistungsfähiges Sauerstoffspeichermaterial wird Ceroxid verwendet für:

  • Wassergas-Shift-Reaktionen zur Wasserstoffherstellung
  • Dreiwegekatalysatoren in der Automobilindustrie
  • Brennstoffzellentechnologien
  • Prozesse der chemischen Synthese

Anwendungen im Alltag

Elektronik und Displays

  • Polieren von Smartphone-Bildschirmen (bei allen großen Herstellern)
  • Polieren von Glas für Computermonitore
  • Herstellung von Fernsehbildschirmen
  • Leuchtstoffmaterialien für LEDs
  • Herstellung optischer Fasern

Automobilindustrie

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

Haushaltsgegenstände

  • Selbstreinigende Ofenbeschichtungen
  • UV-absorbierendes Fensterglas
  • Glühstrümpfe 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
  • Werkzeuge zum Glasschneiden
  • Beschichtungen für Schweißelektroden
  • Hochtemperaturkeramiken

Marktauswirkungen

Die weltweite Nachfrage nach Cer beträgt etwa 60.000 Tonnen jährlich, wodurch es zum wirtschaftlich bedeutendsten Seltenerdelement wird. Allein das Glaspolieren macht weltweit über 40 % des Cer-Verbrauchs aus.

Woher es stammt

Natürliches Vorkommen

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

Natürliches Vorkommen

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

Häufigkeitsstatistiken

  • 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 %
Vorkommen: Pegmatite weltweit

Globale Produktionszentren

  • China: 85 % der Weltproduktion (Innere Mongolei, Sichuan)
  • Vereinigte Staaten: Mine Mountain Pass (Betrieb von Molycorp)
  • Indien: Abbau von Strandsand 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, was zu seiner weiten Verbreitung in magmatischen und metamorphen Gesteinen führt.

Sekundärquellen

  • Recycling von Elektronikschrott (Leuchtstoffe, Magnete)
  • Recycling von Katalysatoren aus der Automobilindustrie
  • Rückgewinnung von Glaspolierabfällen
  • Aufbereitung von Bergbauhalden

Handhabung

Sicherheit

Sicherheitsinformationen

Geringe bis mäßige Gefahrenstufe

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

Brand- und Explosionsgefahren

Cermetall: In fein verteiltem 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)
  • Niemals Wasser bei Cerbränden verwenden – kann heftige Reaktionen verursachen

Aspekte der Atemwege

  • Cerstaub: Kann die Atemwege reizen
  • Inhalationsrisiko: Bei chronischer Exposition mögliche Pneumokoniose
  • Schutz: Beim Umgang mit Pulvern NIOSH-zugelassene Atemschutzgeräte verwenden

Gefahren bei Kontakt

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

Notfallmaßnahmen

Metallbrand

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

Inhalation

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

Augenkontakt

15 Minuten lang bei geöffneten Augenlidern mit Wasser spülen. Ärztliche Hilfe suchen.

Hautkontakt

Mit Wasser und Seife waschen. Kontaminierte Kleidung ausziehen.

Lagerung und Handhabung

  • Metall: Unter inertem Gas in dicht verschlossenen Behältern lagern
  • Verbindungen: Kühl und trocken, fern von Säuren lagern
  • Trennung: Von starken Oxidationsmitteln und Wasser fernhalten
  • Kennzeichnung: Alle Behälter eindeutig 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

What is Cer?

Cer (symbol Ce) is element 58 on the periodic table, a lanthanoid 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 Cer?

Cer'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 Cer?

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

What is the atomic mass of Cer?

The standard atomic weight of Cer 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 Cer?

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

What is the electronegativity of Cer?

Cer 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 Cer, and when?

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

How common is Cer on Earth?

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