58 Ce Церий 140.116
Лантаноид f-block Period 6

Церий

Ce · Element 58

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

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C твёрдое
АТОМНАЯ МАССА 140.116 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²

Строение

Атом церий

Это не схема 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 связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место церий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 6.77 g/cm³ 38%
Температура Плавления 1068 K 45%
Температура Кипения 3716 K 79%
Удельная теплоёмкость 0.192 J/g·K
Теплопроводность 11.1 W/m·K 30%

Атомные

Атомный Радиус 182 pm 70%
Ковалентный радиус 204 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 235 pm

Электронные

Электроотрицательность 1.12 13%
Энергия ионизации 534.5 kJ/mol 12%
Сродство к Электрону 57.9 kJ/mol 49%

Распространённость

Распространённость в земной коре 66.5 mg/kg 79%

Идентификационные

СимволCe
Атомный номер58
Атомная масса140.116 u
КатегорияЛантаноид
Блокf
Кристаллическая структурагранецентрированная кубическая
Степени окисления+3, +4
Открытие1803
ПервооткрывательBerzelius, Hisinger & Klaproth

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a церий atom?

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

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

Церий is liquid over a 2648 K window, from 1068 K to 3716 K.

Положение

Положение в таблице

Церий sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER ЛАНТАНОИДЫ

All лантаноиды

История

Что такое церий и как его обнаружили

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

The discovery of церий

История открытия

1803 — Открытие в Германии

Martin Heinrich Klaproth, немецкий химик, известный открытием урана и циркония, первым идентифицировал церий. Работая независимо, он выделил оксид церия из образца минерала, присланного из Швеции.

1803 — Открытие в Швеции

Одновременно шведские химики Jöns Jakob Berzelius и Wilhelm Hisinger также открыли церий, анализируя тот же минерал, позднее названный церитом в честь карликовой планеты Цереры.

Астрономическая связь

Элемент назвали в честь Ceres, карликовой планеты, открытой всего двумя годами ранее, в 1801 году, Джузеппе Пьяцци. Церий стал первым элементом, названным в честь астрономического объекта.

Соперничество за открытие

Одновременное открытие церия немецкими и шведскими химиками стало одним из первых споров о приоритете в истории химии. Однако обе стороны великодушно поделились заслугой, заложив основу международного научного сотрудничества.

«Новая земля обладает настолько отличительными свойствами, что её нельзя спутать ни с одной из известных до сих пор».

— Berzelius and Hisinger, 1803

Трудности ранних исследований

Ранние исследователи столкнулись с несколькими степенями окисления церия. Казалось, что элемент непредсказуемо меняет свойства, что вызывало сомнения в том, присутствует ли несколько элементов. Лишь после разработки современных методов разделения была понята истинная природа церия.

Ключевой прорыв

Прорыв произошёл, когда учёные поняли, 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.

Научное наследие

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

Для чего используется церий

Передовые промышленные применения

Церий — самый распространённый редкоземельный элемент и основной элемент лантаноидного ряда. Его уникальная способность легко переходить между степенями окисления Ce³⁺ и Ce⁴⁺ делает его незаменимым во множестве применений.

Автомобильная революция

Каталитические нейтрализаторы в каждом современном автомобиле содержат оксид церия (церию), который помогает превращать токсичные оксид углерода и оксиды азота в безвредные газы. Способность церия запасать кислород делает его важнейшим компонентом, позволяющим сокращать выбросы автомобилей до 95%.

Стекольная и керамическая промышленность

Диоксид церия — это универсальный состав для полировки стекла. От экранов смартфонов до зеркал телескопов оксид церия обеспечивает высочайшее качество полировки. Его также используют для:

  • Обесцвечивания стекла путём нейтрализации примесей железа
  • Защиты от УФ-излучения в солнцезащитных очках и окнах
  • Самоочищающихся стеклянных покрытий для зданий
  • Производства оптического волокна для телекоммуникаций

Пиротехника и освещение

Яркий белый свет в угольных дуговых лампах создаётся карбидом церия. Кинотеатры, прожекторы и студийное освещение используют церий для интенсивного освещения, напоминающего солнечный свет.

Ядерные технологии

Поглощающие нейтроны свойства церия делают его ценным в:

  • Переработке ядерного топлива
  • Системах управления реакторами
  • Материалах радиационной защиты
  • Переработке ядерных отходов

Химическая переработка

Как мощный материал для хранения кислорода, оксид церия используется в:

  • Реакциях конверсии водяного газа для производства водорода
  • Трёхкомпонентных катализаторах в автомобилях
  • Технологиях топливных элементов
  • Процессах химического синтеза

Повседневные применения

Электроника и дисплеи

  • Полировка экранов смартфонов (все крупные производители)
  • Полировка стекла компьютерных мониторов
  • Производство телевизионных экранов
  • Материалы для светодиодных люминофоров
  • Производство оптического волокна

Автомобильная промышленность

  • Каталитические нейтрализаторы (контроль выбросов)
  • Полировка стекла для ветровых стёкол
  • Топливные присадки для более чистого сгорания
  • Сажевые фильтры дизельных двигателей

Бытовые товары

  • Самоочищающиеся покрытия для духовок
  • Оконное стекло, блокирующее УФ-излучение
  • Газовые сетки для туристических фонарей
  • Глазури для керамической посуды

Медицина и стоматология

  • Красители для стоматологического фарфора
  • Полировка медицинских приборов
  • Оборудование для лучевой терапии
  • Покрытия хирургических инструментов

Инструменты и производство

  • Полировка прецизионной оптики
  • Инструменты для резки стекла
  • Покрытия сварочных электродов
  • Высокотемпературная керамика

Влияние на рынок

Мировой спрос на церий составляет примерно 60 000 тонн в год, что делает его наиболее важным с коммерческой точки зрения редкоземельным элементом. Только на полировку стекла приходится более 40% мирового потребления церия.

Откуда он берётся

Встречаемость в природе

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

Распространение в природе

Церий — самый распространённый редкоземельный элемент и 25-й по распространённости элемент в земной коре — он встречается чаще меди, свинца и цинка.

Статистика распространённости

  • Земная кора: 68 частей на миллион (ppm)
  • Позиция в рейтинге: 25-й по распространённости элемент
  • Океанская вода: 1.5 × 10⁻⁶ ppm
  • Относительная распространённость: составляет 50% всех редкоземельных элементов

Основные источники минералов

Бастнезит

Химическая формула: (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
Содержание Ce: 45-50%
Крупные месторождения: Маунтин-Пасс (Калифорния), Баян-Обо (Китай)

Монацит

Химическая формула: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Содержание Ce: 40-50%
Крупные месторождения: Индия, Австралия, Бразилия, Малайзия

Алланит

Химическая формула: (Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₃(SiO₄)₃(OH)
Содержание Ce: 5-20%
Местоположение: пегматиты по всему миру

Центры мирового производства

  • Китай: 85% мирового производства (Внутренняя Монголия, Сычуань)
  • Соединённые Штаты: рудник Маунтин-Пасс (предприятие Molycorp)
  • Индия: добыча прибрежных песков в Керале и Тамилнаде
  • Австралия: проект Маунт-Уэлд (Lynas Corporation)
  • Бразилия: комплексы Араша и Каталао
  • Россия: месторождения Кольского полуострова

Геологическое образование

Церий концентрируется в щелочных магматических комплексах и карбонатитах, образовавшихся из глубоких мантийных источников. Из-за сходного ионного радиуса элемент замещает кальций во многих минералах, что приводит к его широкому распространению в магматических и метаморфических породах.

Вторичные источники

  • Переработка электронных отходов (люминофоры, магниты)
  • Переработка катализаторов автомобильной промышленности
  • Извлечение из отходов полировки стекла
  • Повторная переработка хвостов добычи

Обращение

Безопасность

Информация о безопасности

Низкий или умеренный уровень опасности

Металлический церий и большинство его соединений считаются относительно безопасными при правильном обращении. Однако некоторые соединения церия требуют особых мер предосторожности.

Опасность пожара и взрыва

Металлический церий: пирофорен в мелкодисперсном состоянии — может самопроизвольно воспламениться на воздухе.

  • Хранить в инертной атмосфере (аргоне или азоте)
  • Избегать шлифования и образования мелких частиц
  • Требуется огнетушитель класса D (сухой песок или специальный порошок)
  • Никогда не использовать воду при пожаре церия — это может вызвать бурные реакции

Воздействие на дыхательные пути

  • Пыль церия: может вызвать раздражение дыхательных путей
  • Риск вдыхания: при хроническом воздействии возможен пневмокониоз
  • Защита: при работе с порошками использовать респираторы, одобренные NIOSH

Опасность контакта

  • Попадание в глаза: соединения церия могут вызвать сильное раздражение
  • Контакт с кожей: обычно не вызывает раздражения, но длительного контакта следует избегать
  • СИЗ: рекомендуются защитные очки и нитриловые перчатки

Действия в чрезвычайных ситуациях

Пожар металла

Использовать огнетушитель класса D. Покинуть помещение и вызвать пожарную службу. Не использовать воду.

Вдыхание

Немедленно выйти на свежий воздух. Если проблемы с дыханием сохраняются, обратиться за медицинской помощью.

Попадание в глаза

Промывать водой в течение 15 минут, удерживая веки открытыми. Обратиться за медицинской помощью.

Контакт с кожей

Промыть водой с мылом. Снять загрязнённую одежду.

Хранение и обращение

  • Металл: хранить под инертным газом в герметичных контейнерах
  • Соединения: хранить в прохладном сухом месте вдали от кислот
  • Разделение: держать вдали от сильных окислителей и воды
  • Маркировка: чётко указывать на всех контейнерах содержимое и опасности

Особые меры предосторожности

Нитрат церия: сильный окислитель — при контакте с органическими материалами может вызвать пожар. Требует специальных процедур хранения и обращения.

Краткие ответы

Церий: часто задаваемые вопросы

What is Церий?

Церий (symbol Ce) is element 58 on the periodic table, a лантаноид 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 Церий?

Церий'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 Церий?

Церий melts at 1068 K (794.9 °C) and boils at 3716 K (3442.9 °C).

What is the atomic mass of Церий?

The standard atomic weight of Церий 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 Церий?

Церий has a density of 6.77 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of церий is about 6.8× heavier.

What is the electronegativity of Церий?

Церий 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 Церий, and when?

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

How common is Церий on Earth?

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