Cérium métal

Cérium ou Cer - Ce - numéro atomique 58

Cerium a été découvert par Jons Jacob Berzelius en 1803 et nommé d'après la planète naine Ceres, récemment découverte. Comme la plupart de ses éléments de terres rares - dont il est le plus courant - celui-ci a été identifié pour la première fois sous la forme de son oxyde, le soi-disant cérium, et n'a été obtenu que sous forme de métal pur des décennies après sa première découverte.

Néanmoins, les mélanges contenant du sel métallique et du cérium métallique ont été rapidement utilisés dans l'industrie. Les sels de cérium ont un effet antiémétique et se retrouvent rapidement dans les teintures antitussives et les thérapies antibactériennes.

À peu près à la même époque, Carl Auer von Welsbach, un scientifique autrichien avec un flair pour la commercialisation de ses découvertes, a développé avec succès deux produits nécessitant l'utilisation de cérium: des manchons à gaz et des pierres de silex légères. Les enveloppes de gaz d'Auer étaient de simples dispositifs - un tissu de coton imbibé d'un mélange de sel - dont les braises émises lorsqu'elles étaient chauffées fournissaient une lumière blanche et brillante dans les lampes à gaz.

Au début, Cerium a trouvé une troisième utilisation de l'éclairage artificiel dans les lampes à arc au charbon, particulièrement prisées des studios de cinéma en raison de leur luminosité extrême, leur permettant de reproduire l'aspect de la lumière naturelle.

À l’exception du nitrate de cérium, qui est toujours disponible en tant que traitement topique antiseptique et anti-inflammatoire des brûlures, les composés du cérium sont peu utilisés dans la médecine moderne, mais l’utilisation du cérium dans l’éclairage a été poursuivie et élargie: coquilles de lanternes et silex d’un cérium Les alliages Ceria sont toujours en production, mais les fluorescents contenant du CER sont également indispensables à la fabrication d'écrans et de lampes fluorescentes.

Les propriétés optiques du cérium constituent un élément important dans la mise au point d’alternatives non toxiques aux pigments à base de cadmium et un élément important de la fabrication du verre, où il est utilisé pour la coloration de l’or et permet le blocage sélectif de la lumière ultraviolette. Le cérium offre également des propriétés intéressantes lorsqu'il est ajouté en petites quantités dans divers alliages: il rend l'aluminium plus résistant à la corrosion, le magnésium plus résistant à la chaleur et contribue à réduire la teneur en soufre et en oxygène de l'acier. Le cérium est principalement utilisé dans son utilisation comme oxyde de cérium (IV) poli utilisé dans les composants optiques de précision et dans le polissage de plaquettes de silicium dans des micropuces.

Les oxydes de cérium sont également utiles en tant que catalyseurs et sont utilisés à cette fin dans les convertisseurs catalytiques automobiles, le raffinage du pétrole et les piles à combustible à oxyde solide.

Comme d'autres éléments de la terre rare, le cérium ne se trouve jamais à l'état pur dans la nature. Il ne peut être obtenu qu'à partir de minéraux de terres rares comme Xénotime, monazite ainsi que bastnasite inclus ou éteint Ionenadsorptionstonen.

Occurrences Cer

Il existe quatre isotopes dans la nature: 140 de cérium stable (88,48 pour cent) et 142 de cérium radioactif (11,08 pour cent), de cérium 138 (0,25 en pourcentage) et de cérium 136 (0,19 en pourcentage). Sans les isomères principaux, un total d'isotopes radioactifs du cérium 38 ont été caractérisés. Ils se situent dans la plage entre 119 et 157 avec une demi-vie de seulement 1,02 secondes pour Cer-151 et 5 × 1016 années pour Cer-142.

Le cérium est principalement extrait de monazite et de bastnasite contenant du cérium. Il se produit également dans l'allanite, le Zerit, le samarskite et la perovskite, un minéral titanique. Il est extrait aux États-Unis, en Chine, en Russie, en Australie et en Inde.

Cérium ou oxyde de cérium

Récupération du cérium

Le métal est produit par électrolyse et réduction métallothermique des halogénures avec des métaux alcalins ou alcalino-terreux. Il existe sous quatre formes allotropiques (structurelles). La phase α est cubique à faces centrées avec a = 4,85 Å à 77 K (-196 ° C ou -321 ° F). La phase β se forme juste en dessous de la température ambiante et est hexagonale à double densité avec a = 3.6810 Å et c = 11.857 Å. La phase γ est la forme à la température ambiante et est cubique à faces centrées avec a = 5.1610 Å à 24 ° C (75 ° F). La phase δ est centrée sur le corps cubique avec a = 4,12 Å à 757 ° C (1.395 ° F).

Après une séparation complexe du compagnon de cérium, l’oxyde est mis à réagir avec du fluorure d’hydrogène en Cerfluoride. Il est ensuite réduit en cérium avec du calcium pour former du fluorure de calcium. La séparation des résidus de calcium et des impuretés restants a lieu dans une refusion supplémentaire sous vide.

Traits

Le métal brillant blanc argenté est le deuxième élément le plus réactif des lanthanoïdes après l'europium. Des dommages superficiels à la couche protectrice d'oxyde jaune enflamment le métal. Au-dessus de 150 ° C, il brûle avec une lueur violente pour former de la céria. Il réagit avec l'eau pour former de l'hydroxyde de cérium.

Le cérium est présent dans les composés sous forme de cation jaune à orange trivalent incolore ou tétravalent.

Sous l'influence de la chaleur, il est fortement attaqué par l'éthanol et l'eau. Il est également fortement attaqué dans les bases pour former des hydroxydes de cérium. Dans les acides, il est dissous dans les sels.
Étant donné que les propriétés chimiques des terres rares sont similaires, le cérium métallique est rarement utilisé à l'état pur, mais dans le mélange dans lequel il est obtenu pour la production de minéraux de terres rares, appelés «mischmetal».

Le tableau périodique avec des éléments de métaux stratégiques et de terres rares

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Le cérium, comme tous les lanthanides, est légèrement toxique. Le cérium métallique peut s'enflammer à partir de 65 ° C. En tant que métal finement divisé, il peut chauffer dans l'air sans énergie et finalement s'enflammer. Entre autres choses, l’aptitude à l’inflammation dépend beaucoup de la taille des particules et du degré de distribution. Les feux de végétation ne doivent pas être éteints avec de l'eau car de l'hydrogène gazeux se dégage.

Utilisation Cer

Les composés de cérium ont un certain nombre d'applications pratiques. Le dioxyde est utilisé dans l'industrie de l'optique pour le polissage fin du verre, comme décolorant dans la fabrication du verre, dans les catalyseurs de craquage du pétrole et comme catalyseur à trois voies à émission automatique utilisant ses propriétés de double valence (3 + / 4 +). Le cérium, avec les autres éléments de terres rares, fait partie de nombreux alliages de fer destinés à piéger le soufre et l’oxygène et à réticuler la fonte. Il est également utilisé dans les alliages non ferreux, en particulier pour améliorer la résistance à l'oxydation à haute température des superalliages. Mischmetal (typiquement 50 pour cent de cérium, 25 pour cent de lanthane, 18 pour cent de néodyme, 5 pour cent de praséodyme et 2 pour cent d’autres terres rares) est principalement utilisé pour les silex plus légers et les ajouts d’alliage.

En métallurgie, le cérium est utilisé comme additif pour les alliages d'aluminium et les alliages à base de fer résistants aux hautes températures. Il prend en charge la séparation du soufre et de l'oxygène dans le processus de fusion. L'alliage métallique mélangé de fer Cereisen sert de matière première pour les silex destinés à être utilisés dans les briquets et à générer des étincelles sur les montagnes russes et dans les scènes de films (scènes d'accident). Cereisen dans la composition 70% de cérium et 30% de fer, également connu sous le nom d'Auermetall, a été déposé pour un brevet par Karl Auer von Welsbach en 1903. Une modification trouvée dans le monde entier sous forme de silex pour briquets.

De petites additions de composés de cérium (plus ou moins purs) confèrent certaines propriétés à d'autres matériaux:

1. Ceria (CeO 2) est utilisé pour stabiliser le support de catalyseur en céramique d’alumine destiné aux catalyseurs d’échappement de véhicules automobiles.
2. Partie de certaines lentilles spéciales, par exemple les filtres UV et les pare-brise, et les déshumidificateurs dans la fabrication du verre
3. Pour la coloration de l'émail
4. Ceria est utilisé comme agent de polissage dans le traitement du verre
5. Colorants fluorescents (phosphores) dopés au cérium dans des tubes à image et des LED blanches
6. comme dopant dans les manteaux
7. Les fours autonettoyants contiennent un revêtement contenant du cérium
8. Sulfate de cérium (IV) utilisé comme agent oxydant en analyse quantitative (cérimétrie)
9. comme agent de contraste à la résonance nucléaire
10. comme luminophore dans les tubes à décharge gazeuse
11. ajouté à la régénération des filtres à particules de suie dissous dans le carburant
12. en tant qu'élément d'alliages de liaison contenant des métaux non précieux dans les technologies dentaires (céramique)
13. comme oxydant pour les synthèses organiques avec le CAN (nitrate de cérium et d'ammonium), (NH4) ²Ce (NO³) 6

Caractéristiques spéciales

Cer diffère du praséodyme et du terbium des autres terres rares en ce qu'il forme des composés dans lesquels son état d'oxydation est + 4; c'est la seule Terre rare à avoir un état d'oxydation + 4 en solution. Les sels de l'ion Ce4 + (sels de noyau), oxydants puissants mais stables, sont utilisés en chimie analytique pour détecter des substances oxydables telles que le fer (fer dans la zone d'oxydation + 2). Le cérium dans son état d'oxydation + 3 se comporte comme une terre rare.