58 Ce セリウム 140.116
ランタノイド f-block Period 6

セリウム

Ce · Element 58

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

20°Cでの状態 固体
原子量 140.116 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²

構造

セリウム原子

環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。

軌道雲

測定値

性質一覧

各バーは、その性質についてセリウムが118元素の中でどこに位置するかを示しています。

物理的

密度 6.77 g/cm³ 38%
融点 1068 K 45%
沸点 3716 K 79%
比熱 0.192 J/g·K
熱伝導率 11.1 W/m·K 30%

原子

原子半径 182 pm 70%
共有結合半径 204 pm
ファンデルワールス半径 235 pm

電子

電気陰性度 1.12 13%
イオン化エネルギー 534.5 kJ/mol 12%
電子親和力 57.9 kJ/mol 49%

存在

地殻中の存在度 66.5 mg/kg 79%

同定

元素記号Ce
原子番号58
原子量140.116 u
分類ランタノイド
ブロックf
結晶構造面心立方格子
酸化数+3, +4
発見年1803
発見者Berzelius, Hisinger & Klaproth

出典:IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。

縮尺どおりの大きさ

How big is a セリウム atom?

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

熱範囲

Solid, liquid, gas — and when

セリウム is liquid over a 2648 K window, from 1068 K to 3716 K.

位置

表での位置

セリウム sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER ランタノイド

All ランタノイド

物語

セリウムとは何か、そしてどのように発見されたか

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

The discovery of セリウム

発見の記録

1803年 - ドイツでの発見

ウランとジルコニウムの発見で知られるドイツの化学者Martin Heinrich Klaprothは、セリウムを最初に同定しました。独自に研究を進め、スウェーデンから送られた鉱物試料からセリウム酸化物を分離しました。

1803年 - スウェーデンでの発見

同じ頃、スウェーデンの化学者Jöns Jakob BerzeliusWilhelm Hisingerも同じ鉱物を分析してセリウムを発見しました。その鉱物は後に、準惑星Ceresにちなんでセライトと名付けられました。

天文学とのつながり

この元素は、Ceresにちなんで名付けられました。Ceresは、Giuseppe Piazziによって1801年に発見された準惑星です。これにより、セリウムは天体にちなんで名付けられた最初の元素となりました。

発見をめぐる競争

ドイツとスウェーデンの化学者によるセリウムの同時発見は、化学史上初期の優先権争いの一つを生みました。しかし、両者は互いに快く功績を分かち合い、国際的な科学協力の先例を築きました。

「この新しい土は非常に際立った性質を持つため、これまで知られているいかなるものとも混同できません。」

— Berzelius and Hisinger, 1803

初期研究の課題

初期の研究者たちは、セリウムが複数の酸化数を持つことに苦心しました。この元素は予測できない形で性質が変化するように見え、複数の元素が存在するのではないかという混乱を招きました。現代的な分離技術が開発されて初めて、セリウムの本当の性質が理解されました。

重要な進展

科学者たちが、セリウムは他の希土類元素とは異なり、Ce³⁺イオンとCe⁴⁺イオンの両方として存在できることに気づいたとき、進展がもたらされました。この独自の性質は、当初は混乱の原因でしたが、現代の用途におけるセリウム最大の利点となりました。

科学的遺産

セリウムの発見は、希土類元素系列全体の理解への扉を開きました。セリウムの研究のために開発された分析技術は、15種類すべてのランタノイド元素を分離・特性評価するための基礎となりました。

用途

セリウムの用途

高度な産業用途

セリウムは最も存在度の高い希土類元素であり、ランタノイド系列の主力元素です。Ce³⁺とCe⁴⁺の酸化数を容易に切り替えられる独自の能力により、数え切れないほど多くの用途で不可欠です。

自動車分野の革新

現代の自動車に搭載されている触媒コンバーターには、セリウム酸化物(セリア)が含まれています。これは有毒な一酸化炭素と窒素酸化物を無害な気体に変換するのに役立ちます。セリウムの酸素貯蔵能力により、車両の排出ガスを最大95%削減するうえで重要な成分となっています。

ガラス・セラミックス産業

二酸化セリウムは汎用ガラス研磨剤です。スマートフォンの画面から望遠鏡の鏡まで、セリウム酸化物は達成可能な最高レベルの研磨を実現します。また、次の用途にも使用されます。

  • 鉄不純物を中和してガラスを脱色する
  • サングラスや窓の紫外線防護
  • 建物用のセルフクリーニングガラスのコーティング
  • 通信向けの光ファイバー製造

火工品・照明

炭素アークランプのまばゆい白色光は炭化セリウムによるものです。映画館、サーチライト、スタジオ照明はいずれも、太陽光のように強い照明を得るためにセリウムを利用しています。

原子力技術

セリウムの中性子吸収特性は、次の用途で価値があります。

  • 核燃料の処理
  • 原子炉制御システム
  • 放射線遮蔽材料
  • 放射性廃棄物の処理

化学処理

強力な酸素貯蔵材料として、セリウム酸化物は次の用途に使われます。

  • 水性ガスシフト反応による水素製造
  • 自動車用途の三元触媒
  • 燃料電池技術
  • 化学合成プロセス

日常的な用途

電子機器・ディスプレイ

  • スマートフォン画面の研磨(主要メーカー各社)
  • コンピューターモニター用ガラスの研磨
  • テレビ画面の製造
  • LED蛍光体材料
  • 光ファイバーの製造

自動車産業

  • 触媒コンバーター(排出ガス制御)
  • フロントガラスの研磨
  • よりクリーンな燃焼のための燃料添加剤
  • ディーゼルエンジン用微粒子フィルター

家庭用品

  • セルフクリーニングオーブンのコーティング
  • 紫外線遮断窓ガラス
  • キャンプ用ランタンのガスマントル
  • セラミック調理器具の釉薬

医療・歯科

  • 歯科用磁器の着色剤
  • 医療機器の研磨
  • 放射線治療装置
  • 手術器具のコーティング

ツール・製造

  • 精密光学部品の研磨
  • ガラス切断工具
  • 溶接電極のコーティング
  • 高温セラミックス

市場への影響

セリウムの世界的な需要は年間およそ60,000トンであり、最も商業的重要性の高い希土類元素です。ガラス研磨だけで、世界のセリウム消費量の40%超を占めています。

由来

天然での存在

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

自然界での分布

セリウムは最も存在度の高い希土類元素であり、地殻中で25番目に存在度の高い元素です。銅、鉛、亜鉛よりも一般的です。

存在度の統計

  • 地殻:68 ppm
  • 順位:存在度が高い元素の第25位
  • 海水:1.5 × 10⁻⁶ ppm
  • 相対的な存在度:すべての希土類元素の50%を占める

主な鉱物資源

バストネサイト

化学式:(Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
Ce含有量:45-50%
主な鉱床:マウンテン・パス(カリフォルニア)、バヤン・オボ(中国)

モナザイト

化学式:(Ce,La,Nd,Th)PO₄
Ce含有量:40-50%
主な鉱床:インド、オーストラリア、ブラジル、マレーシア

アラナイト

化学式:(Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₃(SiO₄)₃(OH)
Ce含有量:5-20%
場所:世界各地のペグマタイト

世界の生産拠点

  • 中国:世界生産量の85%(内モンゴル、四川)
  • 米国:マウンテン・パス鉱山(Molycorpの操業)
  • インド:ケーララ州とタミル・ナードゥ州での海浜砂採掘
  • オーストラリア:マウント・ウェルド・プロジェクト(Lynas Corporation)
  • ブラジル:アラシャおよびカタラオ複合施設
  • ロシア:コラ半島の鉱床

地質学的形成

セリウムは、深部マントルを起源として形成されたアルカリ性火成岩複合体カーボナタイトに濃集します。セリウムはイオン半径が似ているため、多くの鉱物中でカルシウムを置換し、火成岩や変成岩中に広く分布しています。

二次資源

  • 電子廃棄物のリサイクル(蛍光体、磁石)
  • 触媒のリサイクル(自動車産業由来)
  • ガラス研磨廃棄物の回収
  • 鉱山廃滓の再処理

取り扱い

安全性

安全性情報

低~中程度の危険性

セリウム金属とその大部分の化合物は、適切に取り扱えば比較的安全と考えられています。ただし、一部のセリウム化合物には特別な注意が必要です。

火災・爆発の危険性

セリウム金属:微細な粉末状では自然発火性があり、空気中で自然に発火することがあります。

  • 不活性雰囲気(アルゴンまたは窒素)中で保管する
  • 研磨したり、微細な粒子を発生させたりしない
  • D級消火器(乾燥砂または特殊粉末)が必要
  • セリウム火災には絶対に水を使わない。激しい反応を引き起こす可能性があります

呼吸器に関する注意

  • セリウム粉じん:呼吸器を刺激する可能性があります
  • 吸入の危険性:長期ばく露により塵肺を起こす可能性があります
  • 防護:粉末を扱う際はNIOSH認証の呼吸用保護具を使用する

接触による危険性

  • 眼との接触:セリウム化合物は強い刺激を引き起こす可能性があります
  • 皮膚との接触:通常は刺激性がありませんが、長時間の接触は避けてください
  • PPE:保護眼鏡とニトリル手袋の着用を推奨します

緊急時の手順

金属火災

D級消火器を使用してください。区域から避難し、消防署に通報してください。水は使用しないでください。

吸入

直ちに新鮮な空気の場所へ移動してください。呼吸の問題が続く場合は、医療機関を受診してください。

眼との接触

まぶたを開いたままにして、15分間水で洗い流してください。医療機関を受診してください。

皮膚との接触

石けんと水で洗ってください。汚染された衣服を脱いでください。

保管・取扱い

  • 金属:密閉容器に入れ、不活性ガス中で保管する
  • 化合物:酸から離れた、涼しく乾燥した場所で保管する
  • 分離:強力な酸化剤と水から離しておく
  • 表示:すべての容器に内容物と危険性を明確に表示する

特別な注意事項

硝酸セリウム:強力な酸化剤であり、有機物と接触すると火災を引き起こす可能性があります。特別な保管・取扱い手順が必要です。

簡単な回答

セリウム:よくある質問

What is セリウム?

セリウム (symbol Ce) is element 58 on the periodic table, a ランタノイド 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 セリウム?

セリウム'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 セリウム?

セリウム melts at 1068 K (794.9 °C) and boils at 3716 K (3442.9 °C).

What is the atomic mass of セリウム?

The standard atomic weight of セリウム 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 セリウム?

セリウム has a density of 6.77 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of セリウム is about 6.8× heavier.

What is the electronegativity of セリウム?

セリウム 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 セリウム, and when?

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

How common is セリウム on Earth?

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