What is 铈?
铈 (symbol Ce) is element 58 on the periodic table, a 镧系元素 in period 6. The most abundant rare earth, more common in the crust than copper. At room temperature it is a solid.
结构
这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。
测量值
每个条形图都显示铈在全部118种元素中该性质的排名位置。
来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。
按比例显示的大小
Radius 182 pm — that is 0.182 nm, so about 2747 million of them side by side would span a millimetre.
热范围
铈 is liquid over a 2648 K window, from 1068 K to 3716 K.
故事
The most abundant rare earth, more common in the crust than copper.
Martin Heinrich Klaproth是一位因发现铀和锆而闻名的德国化学家,他最先鉴定出铈。他独立开展研究,从一份由Sweden寄来的矿物样品中分离出了氧化铈。
与此同时,瑞典化学家Jöns Jakob Berzelius和Wilhelm Hisinger在分析同一种矿物时也发现了铈——这种矿物后来被命名为cerite,以纪念矮行星Ceres。
该元素以Ceres命名。Ceres是由Giuseppe Piazzi于1801年发现的矮行星,比铈的发现早两年。这使铈成为第一个以天体命名的元素!
德国和瑞典化学家同时发现铈,形成了化学史上最早的优先权争议之一。不过,双方都大方地分享了荣誉,为国际科学合作树立了先例。
“这种新土的性质十分独特,不可能与此前已知的任何物质混淆。”
— Berzelius and Hisinger,1803
早期研究人员难以处理铈的多种氧化态。铈似乎会不可预测地改变性质,导致人们困惑于样品中是否存在多种元素。直到现代分离技术发展起来,人们才了解铈的真实性质。
当科学家意识到铈能够以Ce³⁺和Ce⁴⁺离子的形式存在时,研究取得了突破,这一点不同于其他稀土元素。这种最初令人困惑的独特性质,后来成为铈在现代应用中的最大优势。
铈的发现为理解整个稀土元素系列打开了大门。为研究铈而开发的分析技术,为分离和表征全部15种镧系元素奠定了基础。
应用
铈是丰度最高的稀土元素,也是镧系元素中的主力元素。它能够在Ce³⁺和Ce⁴⁺氧化态之间轻易转换,这一独特能力使其在无数应用中具有不可替代的价值。
每辆现代汽车中的催化转化器都含有氧化铈(二氧化铈),有助于将有毒的一氧化碳和氮氧化物转化为无害气体。铈的储氧能力使其成为将车辆排放量减少最多95%的关键成分。
二氧化铈是通用玻璃抛光剂。从智能手机屏幕到望远镜镜面,氧化铈都能提供可实现的最精细抛光效果。它还用于:
碳弧灯发出的明亮白光来自碳化铈。电影院、探照灯和摄影棚照明都依靠铈产生强烈的类太阳光照明。
铈的中子吸收性质使其在以下领域具有价值:
作为一种强效的储氧材料,氧化铈用于:
全球对铈的需求量约为每年60,000吨,使其成为商业上最重要的稀土元素。仅玻璃抛光一项就占全球铈消费量的40%以上。
来源
66.5 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 79% of elements
铈是丰度最高的稀土元素,也是地壳中丰度第25高的元素——比铜、铅或锌更常见!
化学式:(Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
Ce含量:45-50%
主要矿床:Mountain Pass(California)、Bayan Obo(China)
化学式:(Ce,La,Nd,Th)PO₄
Ce含量:40-50%
主要矿床:India、Australia、Brazil、Malaysia
化学式:(Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₃(SiO₄)₃(OH)
Ce含量:5-20%
分布:全球伟晶岩
铈集中于由深部地幔来源形成的碱性火成岩杂岩和碳酸岩中。由于离子半径相近,该元素会在许多矿物中替代钙,因此广泛分布于火成岩和变质岩中。
处理
在适当操作下,铈金属和大多数化合物被认为相对安全。但是,某些铈化合物需要采取特殊预防措施。
铈金属:细分散时具有自燃性——可在空气中自行点燃!
使用D类灭火器。疏散该区域并呼叫消防部门。不要用水!
立即转移到空气新鲜处。如果呼吸问题持续,请就医。
撑开眼睑,用水冲洗15分钟。请就医。
用肥皂和水清洗。脱去受污染的衣物。
硝酸铈:强氧化剂——接触有机材料时可能引起火灾。需要特殊的储存和操作程序。
快速回答
铈 (symbol Ce) is element 58 on the periodic table, a 镧系元素 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.铈 melts at 1068 K (794.9 °C) and boils at 3716 K (3442.9 °C).
The standard atomic weight of 铈 is 140.116 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
铈 has a density of 6.77 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 铈 is about 6.8× heavier.
铈 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.
铈 was discovered in 1803 by Berzelius, Hisinger & Klaproth. It is named after the dwarf planet Ceres.
铈 makes up about 66.5 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.