Qu’est-ce que Cérium ?
Cérium (symbole Ce) est l’élément 58 du tableau périodique, un lanthanide de la période 6. La terre rare la plus abondante, plus commune dans la croûte terrestre que le cuivre. À température ambiante, c’est un solide.
Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe cérium parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Taille, à l’échelle
Rayon de 182 pm — soit 0,182 nm ; il en faudrait donc environ 2,75 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Cérium est liquide dans une plage de 2648 K, de 1068 K à 3716 K.
L’histoire
La terre rare la plus abondante, plus commune dans la croûte terrestre que le cuivre.
Martin Heinrich Klaproth, chimiste allemand célèbre pour avoir découvert l’uranium et le zirconium, fut le premier à identifier le cérium. Travaillant indépendamment, il isola l’oxyde de cérium à partir d’un échantillon minéral envoyé de Suède.
Au même moment, les chimistes suédois Jöns Jakob Berzelius et Wilhelm Hisinger découvrirent également le cérium en analysant le même minéral, appelé plus tard cérite en l’honneur de la planète naine Cérès.
L’élément fut nommé d’après Cérès, la planète naine découverte seulement deux ans plus tôt, en 1801, par Giuseppe Piazzi. Le cérium devint ainsi le premier élément nommé d’après un objet astronomique.
La découverte simultanée du cérium par des chimistes allemands et suédois provoqua l’un des premiers conflits de priorité de l’histoire de la chimie. Cependant, les deux parties se partagèrent généreusement le mérite, établissant un précédent pour la coopération scientifique internationale.
« La nouvelle terre possède des propriétés si distinctes qu’elle ne peut être confondue avec aucune autre connue jusqu’alors. »
— Berzelius et Hisinger, 1803
Les premiers chercheurs eurent du mal à comprendre les multiples états d’oxydation du cérium. L’élément semblait modifier ses propriétés de manière imprévisible, ce qui suscita des interrogations sur la présence éventuelle de plusieurs éléments. Ce n’est qu’avec le développement des techniques modernes de séparation que la véritable nature du cérium fut comprise.
La percée survint lorsque les scientifiques comprirent que le cérium pouvait exister sous forme d’ions Ce³⁺ et Ce⁴⁺, contrairement aux autres éléments des terres rares. Cette propriété unique, initialement source de confusion, devint le principal atout du cérium dans les applications modernes.
La découverte du cérium ouvrit la voie à la compréhension de toute la série des terres rares. Les techniques analytiques mises au point pour étudier le cérium jetèrent les bases de la séparation et de la caractérisation des 15 éléments lanthanides.
Applications
Le cérium est l’élément des terres rares le plus abondant et le pilier de la série des lanthanides. Sa capacité unique à passer facilement des états d’oxydation Ce³⁺ à Ce⁴⁺ le rend central dans d’innombrables applications.
Les pots catalytiques de chaque voiture moderne contiennent de l’oxyde de cérium (cérine), qui aide à transformer le monoxyde de carbone et les oxydes d’azote toxiques en gaz inoffensifs. La capacité de stockage de l’oxygène du cérium en fait un composant essentiel pour réduire jusqu’à 95 % les émissions des véhicules.
Le dioxyde de cérium est le composé universel de polissage du verre. Des écrans de smartphone aux miroirs de télescope, l’oxyde de cérium permet d’obtenir le polissage le plus fin possible. Il est également utilisé pour :
La lumière blanche brillante des lampes à arc au carbone provient du carbure de cérium. Les salles de cinéma, les projecteurs et l’éclairage de studio dépendent tous du cérium pour produire une illumination intense semblable à celle du soleil.
Les propriétés d’absorption des neutrons du cérium le rendent précieux pour :
En tant que puissant matériau de stockage de l’oxygène, l’oxyde de cérium est utilisé dans :
La demande mondiale de cérium est d’environ 60 000 tonnes par an, ce qui en fait l’élément des terres rares le plus important sur le plan commercial. Le polissage du verre représente à lui seul plus de 40 % de la consommation mondiale de cérium.
D’où il vient
66,5 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 79 % des éléments
Le cérium est l’élément des terres rares le plus abondant et le 25e élément le plus abondant de la croûte terrestre: il est plus courant que le cuivre, le plomb ou le zinc.
Formule chimique : (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
Teneur en Ce : 45-50 %
Gisements principaux : Mountain Pass (Californie), Bayan Obo (Chine)
Formule chimique : (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Teneur en Ce : 40-50 %
Gisements principaux : Inde, Australie, Brésil, Malaisie
Formule chimique : (Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₃(SiO₄)₃(OH)
Teneur en Ce : 5-20 %
Localisation : Pegmatites dans le monde entier
Le cérium se concentre dans les complexes ignés alcalins et les carbonatites formés à partir de sources mantelliques profondes. L’élément se substitue au calcium dans de nombreux minéraux en raison d’un rayon ionique similaire, ce qui explique sa large répartition dans les roches ignées et métamorphiques.
Manipulation
Le cérium métallique et la plupart de ses composés sont considérés comme relativement sûrs lorsqu’ils sont manipulés correctement. Cependant, certains composés du cérium nécessitent des précautions particulières.
Cérium métallique : pyrophorique lorsqu’il est finement divisé: il peut s’enflammer spontanément à l’air.
Utiliser un extincteur de classe D. Évacuer la zone et appeler les pompiers. Ne pas utiliser d’eau.
Se rendre immédiatement à l’air frais. Si les difficultés respiratoires persistent, consulter un médecin.
Rincer à l’eau pendant 15 minutes en maintenant les paupières ouvertes. Consulter un médecin.
Laver à l’eau et au savon. Retirer les vêtements contaminés.
Nitrate de cérium : oxydant puissant : peut provoquer des incendies au contact de matières organiques. Nécessite des procédures particulières de stockage et de manipulation.
Réponses rapides
Cérium (symbole Ce) est l’élément 58 du tableau périodique, un lanthanide de la période 6. La terre rare la plus abondante, plus commune dans la croûte terrestre que le cuivre. À température ambiante, c’est un solide.
[Xe] 4f¹ 5d¹ 6s² ; elle comporte 6 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 18, 19, 9, 2.Cérium fond à 1068 K (794.9 °C) et bout à 3716 K (3442.9 °C).
La masse atomique standard de Cérium est de 140.116 u. Il s’agit d’une moyenne pondérée de ses isotopes présents naturellement, ce qui explique qu’elle soit rarement un nombre entier.
Cérium a une masse volumique de 6.77 g/cm³. L’eau a une masse volumique de 1.0 g/cm³ ; un bloc de Cérium est donc environ 6.8× plus lourd.
Cérium a une électronégativité de Pauling de 1.12. L’échelle va de 0.70 (le francium, le moins attiré par les électrons) à 3.98 (le fluor, le plus attiré). Une valeur aussi faible signifie qu’il cède facilement ses électrons externes, formant des ions positifs.
Cérium a été découvert en 1803 par Berzelius, Hisinger & Klaproth. Il porte le nom de la planète naine Cérès.
Cérium constitue environ 66.5 mg/kg de la croûte terrestre — peu courant, mais pas rare.