58 Ce Cerio 140,116
Lantanoide blocco-f Periodo 6

Cerio

Ce · Elemento 58 · Lantanoide

La terra rara più abbondante, più comune nella crosta terrestre del rame.

Stato a 20°C solido
Massa atomica 140,116 u
Configurazione elettronica[Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²

Struttura

L'atomo di cerio

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.

Nuvola orbitale

Valori misurati

Scheda delle proprietà

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

Fisiche

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
Conducibilità termica 11,1 W/m·K 30%

Atomica

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

Elettronica

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 con ~ sono previsti anziché misurati.

Dimensioni, in scala

Quanto è grande l'atomo di cerio?

Raggio 182 pm — cioè 0,182 nm, quindi ne servirebbero circa 2,75 milioni affiancati per coprire un millimetro.

Intervallo termico

Solido, liquido, gas — e quando

Cerio è liquido in un intervallo di 2648 K, da 1068 K a 3716 K.

Dove si trova

Posizione nella tavola

Cerio si trova nella serie lantanoide, riportata sotto la griglia principale.

Altri Lantanoidi

Tutti i lantanoidi

La storia

Che cos'è cerio e come lo abbiamo trovato

La terra rara più abbondante, più comune nella crosta terrestre del rame.

La scoperta di cerio

La storia della scoperta

1803 - La scoperta tedesca

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.

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.

Collegamento astronomico

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 corsa alla scoperta

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

Le difficoltà delle prime ricerche

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.

Svolta fondamentale

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.

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 prezioso in innumerevoli applicazioni.

Rivoluzione automobilistica

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.

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 negli occhiali da sole e nelle finestre
  • Rivestimenti in vetro autopulente per gli 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 fanno affidamento sul cerio per un'illuminazione intensa, simile a quella solare.

Tecnologia nucleare

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

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

Processi chimici

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

  • Reazioni di spostamento 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 per alte temperature

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 della crosta terrestre · più abbondante del 79% degli elementi

Distribuzione naturale

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.

Statistiche 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 (operazione Molycorp)
  • India: estrazione di sabbie costiere in Kerala e Tamil Nadu
  • Australia: progetto Mount Weld (Lynas Corporation)
  • Brasile: complessi di Araxa e Catalao
  • Russia: giacimenti nella penisola di Kola

Formazione geologica

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.

Fonti secondarie

  • Riciclaggio dei rifiuti elettronici (fosfori, magneti)
  • Riciclaggio dei catalizzatori dell'industria automobilistica
  • Recupero dei residui 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 del cerio richiedono precauzioni speciali.

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 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 provocare reazioni violente

Considerazioni sull'apparato respiratorio

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

Pericoli di contatto

  • Contatto con gli occhi: i composti del 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 protettivi e guanti in nitrile

Procedure di emergenza

Incendio del metallo

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

Inalazione

Portare immediatamente all'aria aperta. Se i problemi respiratori persistono, consultare un medico.

Contatto con gli occhi

Sciacquare con acqua per 15 minuti tenendo le palpebre aperte. Consultare 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: indicare chiaramente su tutti i contenitori il contenuto e i pericoli

Considerazioni speciali

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

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.

Qual è la configurazione elettronica di Cerio?

La configurazione elettronica dello stato fondamentale di Cerio è [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s², con 6 gusci occupati e la distribuzione 2, 8, 18, 19, 9, 2.

Quali sono i punti di fusione e di ebollizione di Cerio?

Cerio fonde a 1068 K (794.9 °C) ed entra in ebollizione a 3716 K (3442.9 °C).

Qual è la massa atomica di Cerio?

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.

Quanto è denso Cerio?

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.

Qual è l'elettronegatività di Cerio?

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.

Chi ha scoperto Cerio e quando?

Cerio è stato scoperto nel 1803 da Berzelius, Hisinger & Klaproth. Prende il nome da il pianeta nano Ceres.

Quanto è comune Cerio sulla Terra?

Cerio costituisce informazioni 66.5 mg/kg della crosta terrestre: è poco comune, ma non raro.