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.
構造
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。
測定値
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。
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
Radius 182 pm — that is 0.182 nm, so about 2747 million of them side by side would span a millimetre.
熱範囲
セリウム is liquid over a 2648 K window, from 1068 K to 3716 K.
物語
The most abundant rare earth, more common in the crust than copper.
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。
同じ頃、スウェーデンの化学者Jöns Jakob BerzeliusとWilhelm 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
66.5 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 79% of elements
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。
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)
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
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
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や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。
取り扱い
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (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.
[Xe] 4f¹ 5d¹ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 19, 9, 2 electrons respectively.セリウム melts at 1068 K (794.9 °C) and boils at 3716 K (3442.9 °C).
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.
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.
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.
セリウム was discovered in 1803 by Berzelius, Hisinger & Klaproth. It is named after the dwarf planet Ceres.
セリウム makes up about 66.5 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.