Cerium
Inhoudsopgave
Wat is Cerium?
Cerium heeft atoomnummer 58 en symbool Ce. Het is een zilverwit metaal dat is vernoemd naar de dwergplaneet Ceres. Deze dwergplaneet werd twee jaar eerder ontdekt. Ongeveer 0,0046% (m/m) van de korst van de Aarde bestaat uit Cerium. Het is hiermee het meest voorkomende zeldzame aardmetaal op Aarde.
Cerium komt voor in mineralen als monaziet en bastnasiet. Monaziet is een roodbruin fosfaatmineraal dat meestal wordt aangetroffen als kleine en zeldzame kristallen. Uit dit mineraal kunnen o.a. lanthaan, silicium, thorium en helium worden gewonnen. Dat laatste element kan door middel van verhitting uit het mineraal worden verdreven.
Gegevens
| Symbool | Ce |
| Volledige naam | Cerium |
| Atoomnummer | 58 |
| Atoommassa (g.mol-1 ) | 140,12 |
| Groep | lanthaniden |
| Elektronegativiteit (Pauling) | 1,1 |
| Dichtheid (g.cm-3 bij 20°C) | 6,76 |
| Smeltpunt (°C) | 799 |
| Kookpun (°C) | 3426 |
| Vanderwaalstraal (nm) | 0,181 |
| Ionstraal (nm) | 0,102 (+3); 0,087 (+4) |
| Isotopen | 4 |
| Elektronenconfiguratie | [Xe]4f15d16s2 |
| Eerste ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) | 526,8 |
| Tweede ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) | 1045 |
| Derder ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) | 1945,6 |
| Vierde ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) | 3537 |
| Standaard potentiaal (V) | -2,48 (Ce3+/Ce) |
| Ontdekt door | Klaproth, Berzelius en Hisinger in 1803 |
Bastnasiet is een carbonaatfluoride mineraal dat in 1838 werd ontdekt. Het werd door het eerst gevonden in Riddarhyttan, Vastermanland in Zweden. Er komen ook grote afzettingen voor in het Zagi-gebergte in Pakistan. Bastnasiet wordt gevonden in alkalisch graniet en syeniet. Monaziet, een fosfaathoudend mineraal, en bastnasiet zijn de belangrijkste bronnen van zeldzame aardmetalen zoals cerium. De formule van het mineraal bestaat uit yttrium, lanthaan en cerium. Bastnasiet wordt officieel in drie mineralen onderverdeeld.
Cerium is een metaal dat lijkt op ijzer maar het is zacht en buigzaam. Het heeft een extreem groot vloeibaar bereik, dit betekent dat cerium over een groot temperatuurgebied vloeibaar blijft. Alleen de elementen neptunium en thorium hebben een groter vloeibaar bereik dan cerium.
Cerium is gekend door zijn variabele elektronenstructuur die resulteert in duale valenties. Dit betekent dat het volume sterk verandert als het element onder hoge druk wordt gezet of als de temperatuur sterk wordt verlaagd.
Het element werd in 1803 in Zweden ontdekt door Wilhelm Hisinger en Jöns Jakob Berzelius. In hetzelfde jaar werd het onafhankelijk ook in Duitsland ontdekt. Toen het werd ontdekt was het niet mogelijk om het te isoleren. Men had er de techniek nog niet voor en cerium is veel te elektropositief. Met de opkomst van de elektrochemie werd het element uiteindelijk geïsoleerd. Echter het bevatte minder dan de helft van wat we tegenwoordig als cerium kennen. Het duurde tot het eind van de jaren 1830 voordat men zuiver cerium kon maken. Het was de chemicus Carl Gustaf Mosander die de twee elementen lanthana en didymia, de andere twee componenten van cerium, te verwijderen.
Cerium wordt geproduceerd door mineralen fijn te vermalen en te behandelen met geconcentreerd zwavelzuur. Op deze manier ontstaan er wateroplosbare sulfaten. De zuurdeeltjes worden gedeeltelijk geneutraliseerd, cerium wordt van de oplossing verwijderd, en daarna wordt de oplossing behandeld om de zeldzame aardmetalen om te zetten naar hun onoplosbare oxalaten. Ze worden omgezet in oxides en opgelost in salpeterzuur. Op deze manier kan de hoofdcomponent, cerium, geïsoleerd worden.
Bohr-Rutherford diagram
By Pumbaa (original work by Greg Robson) – (generated by script), CC BY-SA 2.0 uk,
Isotopen
| Nummer | Naam | Symbool | Atoommassa (u) | Abundantie (%) |
|---|---|---|---|---|
| 58 | Cerium | 136 Ce | 135,907144 | 0,185 |
| 138 Ce | 137,905986 | 0,251 | ||
| 140 Ce | 139,905434 | 88,450 | ||
| 142 Ce | 141,909240 | 11,114 |
Radioisotopen
| Nuclide | Isotopische massa (u) | Halfwaardetijd |
|---|---|---|
| 119Ce | 118,95276 | 200 ms |
| 120Ce | 119,94664 | 250 ms |
| 121Ce | 120,94342 | 1,1 s |
| 122Ce | 121,93791 | 2 s |
| 123Ce | 122,93540 | 3,8 s |
| 124Ce | 123,93041 | 9,1 s |
| 125Ce | 124,92844 | 9,3 s |
| 126Ce | 125,92397 | 51,0 s |
| 127Ce | 126,92273 | 29 s |
| 128Ce | 127,91891 | 3,93 min |
| 129Ce | 128,91810 | 3,5 min |
| 130Ce | 129,91474 | 22,9 min |
| 131Ce | 130,91442 | 10,2 min |
| 132Ce | 131,91146 | 3,51 uur |
| 133Ce | 132,91151 | 97 min |
| 134Ce | 133,90892 | 3,16 dagen |
| 135Ce | 134,90915 | 17,7 uur |
| 137Ce | 136,90780 | 9,0 uur |
| 139Ce | 138,90665 | 137,641 dagen |
| 141Ce | 140,90827 | 32,508 dagen |
| 143Ce | 142,91238 | 33,039 uur |
| 144Ce | 143,91364 | 284,91 dagen |
| 145Ce | 144,91723 | 3,01 min |
| 146Ce | 145,91876 | 13,52 min |
| 147Ce | 146,92267 | 56,4 s |
| 148Ce | 147,92443 | 56 s |
| 149Ce | 148,92840 | 5,3 s |
| 150Ce | 149,93041 | 4,0 s |
| 151Ce | 150,93398 | 1,02 s |
| 152Ce | 151,93654 | 1,4 s |
| 153Ce | 152,94058 | 500 ms |
| 154Ce | 153,94342 | 300 ms |
| 155Ce | 154,94804 | 200 ms |
| 156Ce | 155,95126 | 150 ms |
| 157Ce | 156,95634 | 50 ms |
Commerciële toepassingen
Cerium wordt toegepast als katalysator om de emissie van koolmonoxide in uitlaatgassen van auto’s en andere voortuigen af te vangen. Ceriumoxide wordt aan diesel toegevoegd met hetzelfde doel. Ook wordt cerium toegevoegd aan emaille en glas om zo de kleur te veranderen.
Cerium wordt ook gebruikt on polijstmiddelen, fluorescerende lampen schermen.
Ceriumsulfaat wordt in chemische analyses gebruikt. Andere verbindingen van cerium worden gebruikt om de kleur van glas te verwijderen en om sommige types glas te produceren.
Spectra
Absorptiespectrum
Emissiespectrum
Laatste update: 2021-05-30
