Che cos'è Cerio?
Cerio (simbolo Ce) è l'elemento 58 nella tavola periodica, appartenente a Lantanoide nel periodo 6. La terra rara più abbondante, più comune nella crosta terrestre del rame. A temperatura ambiente è un solido.
Ce · Elemento 58 · Lantanoide
La terra rara più abbondante, più comune nella crosta terrestre del rame.
Struttura
Non è un diagramma di punti su gusci — è un campione Monte Carlo dell'effettiva densità di probabilità |ψ|² per ogni sottoguscio occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il violetto indicano i segni opposti della funzione d'onda, che rendono possibile la formazione dei legami.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca cerio tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati con ~ sono previsti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Raggio 182 pm — cioè 0,182 nm, quindi ne servirebbero circa 2,75 milioni affiancati per coprire un millimetro.
Intervallo termico
Cerio è liquido in un intervallo di 2648 K, da 1068 K a 3716 K.
La storia
La terra rara più abbondante, più comune nella crosta terrestre del rame.
Martin Heinrich Klaproth, chimico tedesco famoso per aver scoperto uranio e zirconio, fu il primo a identificare il cerio. Lavorando indipendentemente, isolò l'ossido di cerio da un campione minerale inviato dalla Svezia.
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.
L'elemento fu chiamato così in onore di Cerere, il pianeta nano scoperto appena due anni prima, nel 1801, da Giuseppe Piazzi. Il cerio fu così il primo elemento a essere chiamato come un oggetto astronomico.
La scoperta simultanea del cerio da parte di chimici tedeschi e svedesi diede origine a una delle prime dispute di 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 di quelle conosciute finora."
— Berzelius e Hisinger, 1803
I primi ricercatori incontrarono difficoltà con i molteplici stati di ossidazione del cerio. L'elemento sembrava cambiare proprietà in modo imprevedibile, creando confusione sul fatto che fossero presenti più elementi. Solo con lo sviluppo delle moderne tecniche di separazione fu possibile comprendere la vera natura del cerio.
La svolta arrivò quando gli scienziati si resero conto che il cerio poteva esistere come 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.
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
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 prezioso in innumerevoli applicazioni.
I convertitori catalitici di ogni automobile moderna contengono ossido di cerio (ceria), che aiuta a convertire il monossido di carbonio tossico e gli ossidi di azoto in gas innocui. La capacità del cerio di immagazzinare ossigeno lo rende un componente fondamentale per ridurre fino al 95% le emissioni dei veicoli.
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:
La brillante luce bianca delle lampade ad arco di carbonio proviene dal carburo di cerio. Sale cinematografiche, proiettori e illuminazione da studio fanno affidamento sul cerio per un'illuminazione intensa, simile a quella solare.
Le proprietà di assorbimento dei neutroni del cerio lo rendono utile in:
Come potente materiale per l'immagazzinamento dell'ossigeno, l'ossido di cerio viene utilizzato in:
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
66,5 mg/kg della crosta terrestre · più abbondante del 79% degli elementi
Il cerio è l'elemento delle terre rare più abbondante e il 25º elemento più abbondante nella crosta terrestre, più comune di rame, piombo o zinco.
Formula chimica: (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
Contenuto di Ce: 45-50%
Principali giacimenti: Mountain Pass (California), Bayan Obo (Cina)
Formula chimica: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Contenuto di Ce: 40-50%
Principali giacimenti: India, Australia, Brasile, Malaysia
Formula chimica: (Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₃(SiO₄)₃(OH)
Contenuto di Ce: 5-20%
Localizzazione: Pegmatiti in tutto il mondo
Il cerio si concentra nei complessi magmatici alcalini e nelle carbonatiti formati da sorgenti profonde del mantello. L'elemento sostituisce il calcio in molti minerali grazie a un raggio ionico simile, portando alla sua ampia distribuzione nelle rocce magmatiche e metamorfiche.
Manipolazione
Il metallo cerio e la maggior parte dei suoi composti sono considerati relativamente sicuri se manipolati correttamente. Tuttavia, alcuni composti del cerio richiedono precauzioni speciali.
Metallo cerio: piroforico se finemente suddiviso: può incendiarsi spontaneamente all'aria.
Usare un estintore per incendi di classe D. Evacuare l'area e chiamare i vigili del fuoco. Non usare acqua.
Portare immediatamente all'aria aperta. Se i problemi respiratori persistono, consultare un medico.
Sciacquare con acqua per 15 minuti tenendo le palpebre aperte. Consultare un medico.
Lavare con acqua e sapone. Togliere gli indumenti contaminati.
Nitrato di cerio: forte ossidante; può causare incendi a contatto con materiali organici. Richiede procedure speciali di conservazione e manipolazione.
Risposte rapide
Cerio (simbolo Ce) è l'elemento 58 nella tavola periodica, appartenente a Lantanoide nel periodo 6. La terra rara più abbondante, più comune nella crosta terrestre del rame. A temperatura ambiente è un solido.
[Xe] 4f¹ 5d¹ 6s², con 6 gusci occupati e la distribuzione 2, 8, 18, 19, 9, 2.Cerio fonde a 1068 K (794.9 °C) ed entra in ebollizione a 3716 K (3442.9 °C).
La massa atomica standard di Cerio è 140.116 u. Si tratta di una media ponderata dei suoi isotopi presenti in natura, per questo raramente è un numero intero.
Cerio ha una densità di 6.77 g/cm³. L'acqua ha una densità di 1.0 g/cm³, quindi un blocco di Cerio è circa 6.8× più pesante.
Cerio ha un'elettronegatività di Pauling pari a 1.12. La scala va da 0.70 (francio, il meno incline ad attirare elettroni) a 3.98 (fluoro, il più incline). Un valore così basso significa che cede facilmente i suoi elettroni esterni, formando ioni positivi.
Cerio è stato scoperto nel 1803 da Berzelius, Hisinger & Klaproth. Prende il nome da il pianeta nano Ceres.
Cerio costituisce informazioni 66.5 mg/kg della crosta terrestre: è poco comune, ma non raro.