Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение церий среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 182 pm — это 0,182 нм, поэтому около 2,75 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Церий находится в жидком состоянии в диапазоне 2648 K — от 1068 K до 3716 K.
История
Самый распространённый редкоземельный элемент, встречающийся в земной коре чаще меди.
Мартин Генрих Клапрот, немецкий химик, известный открытием урана и циркония, первым идентифицировал церий. Работая независимо, он выделил оксид церия из образца минерала, присланного из Швеции.
Одновременно шведские химики Йёнс Якоб Берцелиус и Вильгельм Хизингер также открыли церий, анализируя тот же минерал, позднее названный церитом в честь карликовой планеты Цереры.
Элемент был назван в честь Цереры — карликовой планеты, открытой всего двумя годами ранее, в 1801 году, Джузеппе Пьяцци. Церий стал первым элементом, названным в честь астрономического объекта.
Одновременное открытие церия немецкими и шведскими химиками стало одним из первых споров о приоритете в истории химии. Однако обе стороны великодушно разделили заслуги, создав прецедент международного научного сотрудничества.
«Новая земля обладает столь отличительными свойствами, что её нельзя смешать ни с одной из известных до сих пор».
— Берцелиус и Хизингер, 1803
Первые исследователи испытывали трудности из-за нескольких степеней окисления церия. Казалось, что элемент непредсказуемо меняет свойства, что вызывало сомнения в том, присутствует ли несколько элементов. Только после разработки современных методов разделения стало понятно истинное строение церия.
Прорыв произошёл, когда учёные установили, что церий может существовать в виде ионов Ce³⁺ и Ce⁴⁺, в отличие от других редкоземельных элементов. Это уникальное свойство, первоначально бывшее источником путаницы, стало главным преимуществом церия в современных применениях.
Открытие церия открыло путь к пониманию всего ряда редкоземельных элементов. Аналитические методы, разработанные для изучения церия, заложили основу для разделения и характеристики всех 15 лантаноидов.
Применение
Церий — самый распространённый редкоземельный элемент и основной представитель лантаноидов. Его уникальная способность легко переходить между степенями окисления Ce³⁺ и Ce⁴⁺ делает его незаменимым во множестве применений.
Каталитические нейтрализаторы каждого современного автомобиля содержат оксид церия (церию), который помогает превращать токсичные угарный газ и оксиды азота в безвредные газы. Способность церия накапливать кислород делает его важнейшим компонентом, позволяющим сократить выбросы автомобилей до 95%.
Диоксид церия — это универсальный состав для полировки стекла. От экранов смартфонов до зеркал телескопов оксид церия обеспечивает максимально тонкую полировку. Он также используется для:
Яркий белый свет в угольных дуговых лампах создаётся карбидом церия. Кинотеатры, прожекторы и студийное освещение используют церий для получения интенсивного света, похожего на солнечный.
Благодаря способности поглощать нейтроны церий ценен в:
В качестве эффективного материала для хранения кислорода оксид церия используется в:
Мировой спрос на церий составляет примерно 60 000 тонн в год, что делает его самым важным в коммерческом отношении редкоземельным элементом. Только на полировку стекла приходится более 40% мирового потребления церия.
Откуда он происходит
66,5 мг/кг земной коры · более распространён, чем 79% элементов
Церий — самый распространённый редкоземельный элемент и 25-й по распространённости элемент в земной коре — он встречается чаще меди, свинца или цинка.
Химическая формула: (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
Содержание Ce: 45-50%
Крупные месторождения: Маунтин-Пасс (Калифорния), Баян-Обо (Китай)
Химическая формула: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Содержание Ce: 40-50%
Крупные месторождения: Индия, Австралия, Бразилия, Малайзия
Химическая формула: (Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₃(SiO₄)₃(OH)
Содержание Ce: 5-20%
Местонахождение: Пегматиты по всему миру
Церий концентрируется в щелочных магматических комплексах и карбонатитах, образовавшихся из глубоких мантийных источников. Благодаря сходному ионному радиусу элемент замещает кальций во многих минералах, что приводит к его широкому распространению в магматических и метаморфических породах.
Обращение
Металлический церий и большинство его соединений считаются относительно безопасными при надлежащем обращении. Однако некоторые соединения церия требуют особых мер предосторожности.
Металлический церий: пирофорен в мелкодисперсном состоянии — может самопроизвольно воспламениться на воздухе.
Используйте огнетушитель класса D. Эвакуируйте зону и вызовите пожарную службу. Не используйте воду.
Немедленно выйдите на свежий воздух. Если проблемы с дыханием сохраняются, обратитесь за медицинской помощью.
Промывайте водой в течение 15 минут, удерживая веки открытыми. Обратитесь за медицинской помощью.
Промойте водой с мылом. Снимите загрязнённую одежду.
Нитрат церия: сильный окислитель — при контакте с органическими материалами может вызвать пожар. Требует особых процедур хранения и обращения.
Краткие ответы
Церий (символ Ce) — элемент 58 в периодической таблице, представитель семейства Лантаноид в 6 периоде. Самый распространённый редкоземельный элемент, встречающийся в земной коре чаще меди. При комнатной температуре это твёрдое вещество.
[Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²; она включает 6 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 19, 9, 2.Церий плавится при 1068 K (794.9 °C) и кипит при 3716 K (3442.9 °C).
Стандартная атомная масса Церий составляет 140.116 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Плотность Церий составляет 6.77 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Церий примерно в 6.8× тяжелее.
Электроотрицательность Церий по шкале Полинга составляет 1.12. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Такое низкое значение означает, что он легко отдаёт свои внешние электроны, образуя положительные ионы.
Церий был открыт в 1803 году Berzelius, Hisinger & Klaproth. Назван в честь карликовая планета Церера.
На долю Церий приходится около 66.5 мг/кг земной коры — он встречается нечасто, но не является редким.