58 Ce Cerio 140.116
Lantanoide f-block Period 6

Cerio

Ce · Element 58

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

STATO A 20°C solido
MASSA ATOMICA 140.116 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²

Struttura

L'atomo di cerio

Non è un diagramma di punti su anelli, ma un campionamento Monte Carlo della densità di probabilità effettiva |ψ|² per ogni sottolivello occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il viola indicano segni opposti della funzione d'onda, rendendo possibile il legame.

Nuvola orbitale

Valori misurati

Scheda delle proprietà

Ogni barra mostra dove si colloca cerio tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.

Fisico

Densità 6.77 g/cm³ 38%
Punto di Fusione 1068 K 45%
Punto di Ebollizione 3716 K 79%
Calore specifico 0.192 J/g·K
Conduttività Termica 11.1 W/m·K 30%

Atomico

Raggio Atomico 182 pm 70%
Raggio covalente 204 pm
Raggio di van der Waals 235 pm

Elettronico

Elettronegatività 1.12 13%
energia di ionizzazione 534.5 kJ/mol 12%
Affinità Elettronica 57.9 kJ/mol 49%

Presenza

Abbondanza nella crosta 66.5 mg/kg 79%

Identità

SimboloCe
Numero atomico58
Massa atomica140.116 u
CategoriaLantanoide
Bloccof
Struttura cristallinacubica a facce centrate
Stati di ossidazione+3, +4
Scoperto1803
Scoperto daBerzelius, Hisinger & Klaproth

Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati da ~ sono predetti anziché misurati.

Dimensioni, in scala

How big is a cerio atom?

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

Intervallo termico

Solid, liquid, gas — and when

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

Dove si trova

Posizione nella tavola

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

OTHER LANTANOIDI

All lantanoidi

La storia

Che cos'è cerio e come lo abbiamo scoperto

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

The discovery of cerio

La storia della scoperta

1803 - La scoperta tedesca

Martin Heinrich Klaproth, chimico tedesco famoso per aver scoperto l'uranio e lo zirconio, fu il primo a identificare il cerio. Lavorando indipendentemente, isolò l'ossido di cerio da un campione minerale inviato dalla Svezia.

1803 - La scoperta svedese

Contemporaneamente, i chimici svedesi Jöns Jakob Berzelius e Wilhelm Hisinger scoprirono anch'essi il cerio analizzando lo stesso minerale, in seguito chiamato cerite in onore del pianeta nano Cerere.

Connessione astronomica

L'elemento fu chiamato così in onore di Cerere, il pianeta nano scoperto appena due anni prima, nel 1801, da Giuseppe Piazzi. Il cerio divenne così il primo elemento a essere chiamato come un oggetto astronomico.

La corsa alla scoperta

La scoperta simultanea del cerio da parte di chimici tedeschi e svedesi diede origine a una delle prime controversie sulla priorità nella storia della chimica. Tuttavia, entrambe le parti condivisero generosamente il merito, stabilendo un precedente per la cooperazione scientifica internazionale.

"La nuova terra possiede proprietà così distinte da non poter essere confusa con nessuna sostanza finora conosciuta."

— Berzelius e Hisinger, 1803

Le difficoltà delle prime ricerche

I primi ricercatori ebbero difficoltà con i molteplici stati di ossidazione del cerio. L'elemento sembrava cambiare proprietà in modo imprevedibile, causando confusione sulla presenza di più elementi. Solo con lo sviluppo delle moderne tecniche di separazione fu possibile comprendere la vera natura del cerio.

Svolta decisiva

La svolta arrivò quando gli scienziati si resero conto che il cerio poteva esistere sotto forma di ioni Ce³⁺ e Ce⁴⁺, a differenza degli altri elementi delle terre rare. Questa proprietà unica, inizialmente fonte di confusione, divenne il principale punto di forza del cerio nelle applicazioni moderne.

Eredità scientifica

La scoperta del cerio aprì la strada alla comprensione dell'intera serie delle terre rare. Le tecniche analitiche sviluppate per studiare il cerio gettarono le basi per separare e caratterizzare tutti i 15 elementi lantanoidi.

Applicazioni

A cosa serve cerio

Applicazioni industriali avanzate

Il cerio è l'elemento delle terre rare più abbondante e il principale elemento della serie dei lantanoidi. La sua capacità unica di passare facilmente tra gli stati di ossidazione Ce³⁺ e Ce⁴⁺ lo rende indispensabile in innumerevoli applicazioni.

Rivoluzione automobilistica

I convertitori catalitici di ogni automobile moderna contengono ossido di cerio (ceria), che contribuisce a convertire il monossido di carbonio e gli ossidi di azoto tossici in gas innocui. La capacità di immagazzinare ossigeno del cerio lo rende un componente fondamentale per ridurre fino al 95% le emissioni dei veicoli.

Industria del vetro e della ceramica

Il diossido di cerio è il composto universale per la lucidatura del vetro. Dagli schermi degli smartphone agli specchi dei telescopi, l'ossido di cerio garantisce la lucidatura più fine possibile. Viene inoltre utilizzato per:

  • Decolorare il vetro neutralizzando le impurità di ferro
  • Protezione dai raggi UV in occhiali da sole e finestre
  • Rivestimenti di vetro autopulente per edifici
  • Produzione di fibre ottiche per le telecomunicazioni

Pirotecnica e illuminazione

La brillante luce bianca delle lampade ad arco di carbonio proviene dal carburo di cerio. Sale cinematografiche, proiettori e illuminazione da studio sfruttano il cerio per ottenere un'illuminazione intensa, simile a quella solare.

Tecnologia nucleare

Le proprietà di assorbimento dei neutroni del cerio lo rendono prezioso in:

  • Trattamento del combustibile nucleare
  • Sistemi di controllo dei reattori
  • Materiali per la schermatura dalle radiazioni
  • Trattamento dei rifiuti nucleari

Processi chimici

Essendo un potente materiale per l'immagazzinamento dell'ossigeno, l'ossido di cerio viene utilizzato in:

  • Reazioni di shift acqua-gas per la produzione di idrogeno
  • Catalizzatori a tre vie nelle applicazioni automobilistiche
  • Tecnologie delle celle a combustibile
  • Processi di sintesi chimica

Applicazioni quotidiane

Elettronica e display

  • Lucidatura degli schermi degli smartphone (tutti i principali produttori)
  • Lucidatura del vetro dei monitor dei computer
  • Produzione degli schermi televisivi
  • Materiali fosforici per LED
  • Produzione di fibre ottiche

Industria automobilistica

  • Convertitori catalitici (controllo delle emissioni)
  • Lucidatura del vetro dei parabrezza
  • Additivi per carburanti per una combustione più pulita
  • Filtri antiparticolato per motori diesel

Articoli domestici

  • Rivestimenti autopulenti per forni
  • Vetro per finestre che blocca i raggi UV
  • Reticelle a gas per lanterne da campeggio
  • Smalti per pentole in ceramica

Applicazioni mediche e odontoiatriche

  • Coloranti per porcellana dentale
  • Lucidatura di dispositivi medici
  • Apparecchiature per la radioterapia
  • Rivestimenti per strumenti chirurgici

Strumenti e produzione

  • Lucidatura di ottiche di precisione
  • Strumenti per il taglio del vetro
  • Rivestimenti per elettrodi di saldatura
  • Ceramiche ad alta temperatura

Impatto sul mercato

La domanda globale di cerio è di circa 60.000 tonnellate all'anno, rendendolo l'elemento delle terre rare più importante dal punto di vista commerciale. La sola lucidatura del vetro rappresenta oltre il 40% del consumo mondiale di cerio.

Da dove proviene

Presenza in natura

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

Distribuzione naturale

Il cerio è l'elemento delle terre rare più abbondante e il 25º elemento più abbondante nella crosta terrestre, più comune del rame, del piombo o dello zinco.

Dati sull'abbondanza

  • Crosta terrestre: 68 parti per milione (ppm)
  • Posizione: 25º elemento più abbondante
  • Acqua oceanica: 1.5 × 10⁻⁶ ppm
  • Abbondanza relativa: costituisce il 50% di tutti gli elementi delle terre rare

Principali fonti minerali

Bastnäsite

Formula chimica: (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
Contenuto di Ce: 45-50%
Principali giacimenti: Mountain Pass (California), Bayan Obo (Cina)

Monazite

Formula chimica: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Contenuto di Ce: 40-50%
Principali giacimenti: India, Australia, Brasile, Malaysia

Allanite

Formula chimica: (Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₃(SiO₄)₃(OH)
Contenuto di Ce: 5-20%
Localizzazione: Pegmatiti in tutto il mondo

Centri di produzione globali

  • Cina: 85% della produzione mondiale (Mongolia Interna, Sichuan)
  • Stati Uniti: miniera di Mountain Pass (attività di Molycorp)
  • India: estrazione di sabbie marine in Kerala e Tamil Nadu
  • Australia: progetto Mount Weld (Lynas Corporation)
  • Brasile: complessi di Araxa e Catalao
  • Russia: giacimenti della penisola di Kola

Formazione geologica

Il cerio si concentra nei complessi ignei alcalini e nelle carbonatiti formati da sorgenti profonde del mantello. L'elemento sostituisce il calcio in molti minerali grazie al raggio ionico simile, portando alla sua ampia distribuzione nelle rocce ignee e metamorfiche.

Fonti secondarie

  • Riciclaggio dei rifiuti elettronici (fosfori, magneti)
  • Riciclaggio dei catalizzatori dell'industria automobilistica
  • Recupero dei rifiuti della lucidatura del vetro
  • Ritrattamento degli sterili minerari

Manipolazione

Sicurezza

Informazioni sulla sicurezza

Livello di pericolo da basso a moderato

Il metallo cerio e la maggior parte dei suoi composti sono considerati relativamente sicuri se manipolati correttamente. Tuttavia, alcuni composti di cerio richiedono precauzioni particolari.

Pericoli di incendio ed esplosione

Metallo cerio: piroforico se finemente suddiviso: può incendiarsi spontaneamente all'aria.

  • Conservare in atmosfera inerte (argon o azoto)
  • Evitare di macinare il metallo o creare particelle fini
  • È necessario un estintore per incendi di classe D (sabbia asciutta o polvere speciale)
  • Non usare mai acqua sugli incendi di cerio: può causare reazioni violente

Considerazioni sull'apparato respiratorio

  • Polvere di cerio: può causare irritazione respiratoria
  • Rischio di inalazione: possibile pneumoconiosi in caso di esposizione cronica
  • Protezione: utilizzare respiratori approvati dal NIOSH quando si manipolano polveri

Pericoli del contatto

  • Contatto con gli occhi: i composti di cerio possono causare grave irritazione
  • Contatto con la pelle: generalmente non irritante, ma è necessario evitare il contatto prolungato
  • Dispositivi di protezione individuale: si raccomandano occhiali di sicurezza e guanti in nitrile

Procedure di emergenza

Incendio del metallo

Utilizzare un estintore per incendi di classe D. Evacuare l'area e chiamare i vigili del fuoco. Non usare acqua.

Inalazione

Spostarsi immediatamente all'aria aperta. Se i problemi respiratori persistono, rivolgersi a un medico.

Contatto con gli occhi

Sciacquare con acqua per 15 minuti tenendo aperte le palpebre. Rivolgersi a un medico.

Contatto con la pelle

Lavare con acqua e sapone. Togliere gli indumenti contaminati.

Conservazione e manipolazione

  • Metallo: conservare sotto gas inerte in contenitori sigillati
  • Composti: conservare in un luogo fresco e asciutto, lontano dagli acidi
  • Separazione: tenere lontano da forti ossidanti e dall'acqua
  • Etichettatura: contrassegnare chiaramente tutti i contenitori con contenuto e pericoli

Considerazioni particolari

Nitrato di cerio: forte ossidante; può causare incendi a contatto con materiali organici. Richiede procedure speciali di conservazione e manipolazione.

Risposte rapide

Cerio: domande frequenti

What is Cerio?

Cerio (symbol Ce) is element 58 on the periodic table, a lantanoide 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 Cerio?

Cerio'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 Cerio?

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

What is the atomic mass of Cerio?

The standard atomic weight of Cerio 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 Cerio?

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

What is the electronegativity of Cerio?

Cerio 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 Cerio, and when?

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

How common is Cerio on Earth?

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