CERIJUM (IV) OKSID: STRUKTURA, SVOJSTVA, UPOTREBE - KEMIJA - 2026

Cerijevog oksida (IV) oksid ili cerij je bijele ili blijedožute krutine anorganski proizvesti oksidacijom cerijevog (CE) za kisik na svoje valencijom 4+. Kemijska formula cerijevog oksida je CeO ₂ i on je najstabilniji oksid cerija.

Cerij (Ce) je element niza lantanida koji su uključeni u skupinu rijetkih zemlja. Prirodni izvor ovog oksida je mineral bastnasit. U komercijalnoj koncentrata ovog minerala, predsjednik _2. može se naći u približnom omjeru do 30% težine.

Uzorak cerijevog (IV) oksida. Slika snimljena u kolovozu 2005. godine od strane korisnika: Walkerma. {{PD-self}} Izvor: Wikipedia Commons

CEO ₂ mogu se lako dobiti grijanjem cerij (III) hidroksid, Ce (OH) ₃, ili bilo koje soli cerijevog (III), kao što je karbonat ili oksalata, nitrata, zrak ili kisik.

Stehiometrijski CEO ₂ može se dobiti od povišene temperature reakcije cerijevog (III) oksida sa elementarni kisik. Kisik mora biti višak i mora se ostaviti dovoljno vremena da se dovrši pretvorba različitih nestehiometrijskih faza koje se formiraju.

Ove faze sadrže raznobojne proizvode formule CeO _x (gdje x varira između 1,5 i 2,0). Nazivaju ih i CeO _2-x, gdje x može imati vrijednost do 0,3. CeO ₂ je najčešće korišteni oblik Ce u industriji. Ima nisku klasifikaciju toksičnosti, posebno zbog slabe topljivosti u vodi.

Uzorak minerala Bastnasite. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Izvor: Wikipedia Commons

Struktura

Stehiometrijski cerij (IV) oksid kristalizira u fluorit nalik kubične rešetke (CAF ₂), s 8 O ^2- iona u kubičnom strukturom usklađen sa 4 Ce ⁴⁺ iona.

Kristalna struktura cerijum (IV) oksida. Benjah-bmm27 Izvor: Wikipedia Commons

Nomenklatura

- Cerijum (IV) oksid.

- Cerični oksid.

- Cerijum dioksid.

- Ceria.

- Stehiometrijski cerijev oksid: materijal koji je u potpunosti tvorio CeO ₂.

- Nestehiometrijski cerijev oksid: materijal koji nastaje iz miješanih oksida od CeO ₂ do CeO _1.5

Svojstva

Psihičko stanje

Blijedo žuta kruta tvar. Boja je osjetljiva na stehiometriju i prisutnost drugih lantanida. Nestehiometrični oksidi često su plave boje.

Mohsova tvrdoća

6-6.1 otprilike.

Molekularna težina

172,12 g / mol.

Talište

Oko 2600 ºC.

Gustoća

7,132 g / cm ³

Topljivost

Netopljivo u vrućoj i hladnoj vodi. Topiva u koncentriranoj sumpornoj kiselini i koncentriranoj dušičnoj kiselini. Netopljivo u razrijeđenim kiselinama.

Indeks loma

2.2.

Ostala svojstva

CeO ₂ je inertna tvar, ne napadaju je jake kiseline ili lužine. Međutim, to može biti otopljen kiselinama u prisutnosti sredstva za redukciju, kao što je vodikov peroksid (H ₂ O ₂) ili kositar (II), između ostalog, stvaraju cerij (III) rješenja.

Ima visoku toplinsku stabilnost. Ne podvrgava se kristalografskim promjenama tijekom uobičajenih intervala grijanja.

Njegov derivat hidratizirani (CEO ₂.nH ₂ O) je žuta i želatinozni talog koji je dobiven obradom otopina cerij (IV) s bazama.

CeO ₂ se slabo apsorbira iz gastrointestinalnog trakta, tako da nema toksične učinke.

Prijave

- U metalurškoj industriji

CeO ₂ se koristi u elektrodama određenih tehnologija zavarivanja, kao što je zavarivanje inertnim plinskim volframovim lukom.

Oksid je fino disperziran kroz volframovu matricu. Pri niskim naponima ove CeO ₂ čestice dati veću pouzdanost od volfram sama.

- U industriji stakla

Poliranje stakla

CeO ₂ može ukloniti obojene čaše za boce, vrčeve i slično. Ce (IV) oksidira nečistoće Fe (II), koje pružaju plavkasto-zelenu boju, do Fe (III) koji daje 10 puta slabiju žutu boju.

Staklo otporno na zračenje

Dodavanje 1% CeO ₂ u čašu suzbija uklanjanje boje ili tamnjenje stakla uzrokovano bombardiranjem visokoenergetskih elektrona u TV čašama. Isto je i sa staklima koja se koriste u prozorima u vrućim ćelijama u nuklearnoj industriji, jer suzbijaju promjene boje izazvane gama-zrakama.

Smatra se da mehanizam suzbijanja ovisi o prisutnosti Ce ⁴⁺ i Ce ³⁺ iona u rešetki stakla.

Fotoosjetljive naočale

Neke formulacije stakla mogu razviti latentne slike koje se mogu pretvoriti u trajnu strukturu ili boju.

Ova vrsta stakla sadrži CeO ₂ koji apsorbira UV zračenje i oslobađa elektrone u staklenoj matrici.

Nakon obrade nastaje rast kristala drugih spojeva u čaši, stvarajući detaljne uzorke za elektroničku ili dekorativnu upotrebu.

- U emajlima

Zbog svoje visoke indeks loma, izvršni ₂ je zamućivanje sredstvo za cakline spojevi koji se koriste kao zaštitne premazi na metalima.

Njegova visoka toplinska stabilnost i jedinstveni kristalografski oblik tijekom cijelog raspona temperatura postignutih tijekom procesa glaziranja, čine ga pogodnim za upotrebu u porculanskim emajlima.

U ovoj primjeni CeO ₂ pruža željenu bijelu prevlaku tijekom izgaranja cakline. To je sastojak koji pruža neprozirnost.

- U cirkonijevoj keramici

Cirkonija keramika je toplinski izolator i koristi se u primjenama na visokim temperaturama. Zahtijeva aditiv za veliku čvrstoću i žilavost. Dodavanjem CeO ₂ u cirkonij stvara se materijal izuzetne žilavosti i dobre čvrstoće.

CeO _2- dopirani cirkonijev oksid koristi se u prevlakama da djeluje kao toplinska barijera na metalnim površinama.

Na primjer, u dijelovima motora zrakoplova ove prevlake štite od visokih temperatura kojima bi metali bili izloženi.

Mlazni motor. Jeff Dahl, španjolski prijevod Xavigivax Izvor: Wikipedia Commons

- U katalizatorima za kontrolu emisije iz vozila

CeO ₂ je aktivna komponenta u uklanjanju onečišćujućih tvari iz vozila. To je u velikoj mjeri zbog njegove sposobnosti skladištenja ili oslobađanja kisika ovisno o uvjetima oko njega.

Katalitički pretvarač u motornim vozilima nalazi se između motora i izlaza za ispušne plinove. To je katalizator koji se mora oksidaciju neizgorene ugljikovodike, pretvoriti u CO CO ₂, te smanjiti ili druge okside dušika, NO _x, u N ₂ i O ₂.

Katalitički pretvarač ispušnih plinova iz motora s unutarnjim izgaranjem motornog vozila. Ahanix1989 na engleskoj Wikipediji Izvor: Wikipedia Commons

Pored platine i drugih katalitičkih metala, glavna aktivna komponenta ovih multifunkcionalnih sustava je CeO ₂.

Svaki katalizator sadrži 50-100 g fino podijeljenog CeO ₂, koji ima nekoliko funkcija. Najvažniji su:

Djeluje kao stabilizator glinice velike površine

Glinica velike površine ima tendenciju sintranja, gubeći svoju veliku površinu tijekom rada na visokoj temperaturi. To je odgođen zbog prisutnosti CEO ₂.

Ponaša se kao sredstvo za otpuštanje kisika

Zbog svoje sposobnosti da formira nestehiometrične okside CeO _2-x, cerijev (IV) oksid osigurava elementarni kisik vlastite strukture tijekom razdoblja ciklusa bogatog kisikom / gorivom.

Stoga se oksidacija neizgorenih ugljikovodika koja dolazi iz motora i pretvaranje CO u CO _{može nastaviti}, čak i kad plinoviti kisik nije dovoljan.

Zatim, u razdoblju ciklusa bogate kisikom, zauzima kisik i re-oksidira, oporavlja njegov stehiometrijski oblik CEO ₂.

Drugi

Djeluje kao poboljšavač katalitičke sposobnosti rodija u redukciji dušikovih oksida NO _x u dušik i kisik.

- U katalizi kemijskih reakcija

U katalitičkog krekiranja procesima rafinerija, izvršni ₂ djeluje kao katalizator u oksidansa koji pomaže u pretvorbi SO ₂ SO ₃ i pospješuje formiranje sulfata u posebnim stupica procesa.

CeO ₂ poboljšava aktivnost katalizatora na bazi željeznog oksida koji se koristi za dobivanje stirena počevši od etilbenzena. To je vjerojatno zbog pozitivne interakcije između parova za redukciju oksida Fe (II) - Fe (III) i Ce (III) - Ce (IV).

- U biološkoj i biomedicinskoj primjeni

CEO ₂ nanočestice nađeno je da djeluju na čišćenje slobodnih radikala, kao što su superoksid, vodikov peroksid, hidroksila i dušikov oksid radikal.

Oni mogu zaštititi biološka tkiva od oštećenja izazvanih zračenjem, oštećenja mrežnice izazvanih laserom, povećati životni vijek fotoreceptorskih stanica, smanjiti ozljede kralježnice, smanjiti kroničnu upalu i pospješiti angiogenezu ili stvaranje krvnih žila.

Pored toga, pokazalo se da su određena nano vlakna koja sadrže CeO ₂ nanočestice toksična protiv bakterijskih sojeva, što su obećavajući kandidati za baktericidnu primjenu.

- Ostale uporabe

CeO ₂ je električni izolacijski materijal zahvaljujući izvrsnoj kemijskoj stabilnosti, visokoj relativnoj propusnosti (ima veliku tendenciju polarizacije kada se primjenjuje električno polje) i kristalnoj rešetki slično silicijumu.

Našao je primjenu u kondenzatorima i prigušivačkim slojevima supravodljivih materijala.

Također se koristi u plinskim senzorima, materijalima s elektrodama za gorivne ćelije s čvrstim oksidom, pumpama za kisik i monitorima kisika.

Reference

1. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četvrto izdanje. John Wiley & Sinovi.
2. Ples, JC; Emeléus, HJ; Sir Ronald Nyholm i Trotman-Dickenson, AF (1973). Opsežna anorganska kemija. Svezak 4. Pergamon Press.
3. Kirk-Othmer (1994). Enciklopedija kemijske tehnologije. Svezak 5. Četvrto izdanje. John Wiley & Sinovi.
4. Ullmannova enciklopedija industrijske kemije. (1990). Peto izdanje. Svezak A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald i sur. (2012). Analiza i rizik od nanomaterijala u uzorcima okoliša i hrane. U sveobuhvatnoj analitičkoj kemiji. Oporavljeno od sciencedirect.com.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Glinica, Titanija, Ceria, silikat, volfram i drugi materijali. U Dielektričnim materijalima za bežičnu komunikaciju. Oporavljeno od sciencedirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan i sur. (2015). Skele s antibakterijskim svojstvima. U Nanotehnološkim aplikacijama za tkivno inženjerstvo. Oporavljeno od sciencedirect.com.
8. Gottardi V. i sur. (1979). Poliranje površine čaše istražene nuklearnom tehnikom. Bilten Španjolskog društva keramike i stakla, svezak 18, br. 3. Obnovljeno iz boletines.secv.es.