ЦЕРИЕВ (IV) ОКСИД: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На цериев оксид (IV) оксид или Черич е бял или светложълт твърд неорганичен произведени чрез окисление на церий (Сб) за кислород своята валентност 4+. Химичната формула на церинов оксид е CeO ₂ и той е най-стабилният оксид на церий.

Церият (Ce) е елемент от серията лантаниди, които са включени в групата на редкоземните. Природен източник на този оксид е минералът бастназит. В търговския концентрат на този минерал, CeO ₂ може да бъде намерен в приблизително съотношение до 30 тегловни%.

Проба от цериев (IV) оксид. Снимка, направена август 2005 г. от Потребител: Walkerma. {{PD-self}} Източник: Wikipedia Commons

СеО ₂ може лесно да бъде получен чрез нагряване церий (III) хидроксид, Се (ОН) ₃, или всяка сол на церий (III), като оксалат, карбонат или нитрат, в въздух или кислород.

Стехиометричното СеО ₂ може да бъде получено от температурата на реакцията на повишена на церий (III) оксид с елементен кислород. Кислородът трябва да е в повече и трябва да се остави достатъчно време за завършване на преобразуването на различните нестехиометрични фази, които се образуват.

Тези фази съдържат многоцветни продукти с формула CeO _x (където х варира между 1.5 и 2.0). Наричат ​​се още CeO _2-x, където x може да има стойност до 0,3. CeO ₂ е най-използваната форма на Ce в индустрията. Има ниска класификация на токсичност, особено поради лошата си разтворимост във вода.

Проба от минерал Бастназит. Роб Лавински, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Източник: Wikipedia Commons

структура

В стехиометрично церий (IV) оксид кристализира в флуорит подобни кубичен решетка (CaF ₂), с 8 О ^2- йони в кубична структура координира с 4 Ce ⁴⁺ йони.

Кристална структура на цериев (IV) оксид. Benjah-bmm27 Източник: Wikipedia Commons

номенклатура

- Цериев (IV) оксид.

- Церинов оксид.

- Цериев диоксид.

- Церия.

- Стехиометричен цериев оксид: материал, образуван изцяло от CeO ₂.

- Нестехиометричен цериев оксид: материал, образуван от смесени оксиди от CeO ₂ до CeO _1.5

Имоти

Физическо състояние

Бледожълто твърдо вещество. Цветът е чувствителен към стехиометрията и наличието на други лантаниди. Нестехиометричните оксиди често са сини.

Mohs твърдост

6-6.1 приблизително.

Молекулно тегло

172,12 g / mol.

Точка на топене

2600 ° C приблизително.

плътност

7.132 g / cm ³

разтворимост

Неразтворим в топла и студена вода. Разтворим в концентрирана сярна киселина и концентрирана азотна киселина. Неразтворим в разредени киселини.

Рефракционен индекс

2.2.

Други свойства

CeO ₂ е инертна субстанция, не е атакувана от силни киселини или основи. Въпреки това, той може да бъде разтворен с киселини в присъствие на редуциращи агенти, като например водороден пероксид (H ₂ O ₂) или калаен (II), наред с другото, генериране на цериеви (III) решения.

Има висока термична стабилност. Не претърпява кристалографски промени през обичайните интервали на нагряване.

Неговата хидратирана производно (СеО ₂.nH ₂ О) е жълт и желеобразна утайка, която се получава чрез третиране на разтвори на церий (IV) с бази.

CeO ₂ се абсорбира слабо от стомашно-чревния тракт, така че няма токсични ефекти.

Приложения

- В металургичната промишленост

CeO ₂ се използва в електродите на някои технологии за заваряване, като заваряване с инертна газова волфрамова дъга.

Оксидът е фино диспергиран по волфрамовата матрица. При ниски напрежения тези CEO ₂ частици дават по-голяма надеждност от волфрам самостоятелно.

- В стъклената индустрия

Полиране на стъкло

CeO ₂ може да обезцветява чаши със сода за вар за бутилки, кани и други подобни. Ce (IV) окислява примесите на Fe (II), които осигуряват синкавозелен цвят, до Fe (III), който дава 10 пъти по-слаб жълт цвят.

Стъкло, устойчиво на радиация

Добавянето на 1% CeO ₂ към стъклото потиска обезцветяването или потъмняването на стъклото, причинено от бомбардирането на високоенергийни електрони в телевизионните очила. Същото се отнася и за стъклото, използвано в прозорците в горещи клетки в ядрената промишленост, тъй като потиска гама-индуцираното обезцветяване.

Смята се, че механизмът на потискане зависи от наличието на йони на Ce ⁴⁺ и Ce ³⁺ в стъклената решетка.

Фоточувствителни очила

Някои състави от стъкло могат да развият латентни изображения, които след това могат да бъдат превърнати в постоянна структура или цвят.

Този тип стъкло съдържа CeO _2, който абсорбира UV лъчението и освобождава електрони в стъклената матрица.

След обработката се генерира растеж на кристали от други съединения в стъклото, създавайки подробни модели за електронни или декоративни приложения.

- В емайли

Благодарение на високия си коефициент на пречупване, CeO ₂ е непрозрачен агент в съставите на емайла, използвани като защитни покрития върху метали.

Високата термична стабилност и уникалната му кристалографска форма в целия диапазон от температури, достигнати по време на процеса на остъкляване, го правят подходящ за използване в порцеланови глазури.

В това приложение CeO ₂ осигурява желаното бяло покритие по време на изгаряне на емайла. Това е съставката, която осигурява непрозрачност.

- В циркониева керамика

Циркония керамика е топлоизолатор и се използва при приложения с висока температура. Изисква добавка, за да има висока якост и здравина. Добавянето на CeO ₂ към циркония произвежда материал с изключителна здравина и добра здравина.

Цео _2- циркониев оксид се използва в покрития, за да действа като термична бариера върху метални повърхности.

Например, в частите на двигателя на самолета тези покрития предпазват от високите температури, на които металите биха били изложени.

Реактивен двигател. Джеф Дал, превод на испански от Xavigivax Източник: Wikipedia Commons

- В катализатори за контрол на емисиите от превозни средства

CeO ₂ е активен компонент за отстраняване на замърсители от емисиите на превозни средства. Това до голяма степен се дължи на способността му да съхранява или освобождава кислород в зависимост от условията около него.

Каталитичният конвертор в моторните превозни средства е разположен между двигателя и изхода на отработените газове. Тя е с катализатор, който трябва да се окисли неизгорели въглеводороди, конвертиране на СО до CO ₂ и намаляване на азотните оксиди, NO _х, до N ₂ и О ₂.

Convertidor catalítico de gases de escape provenientes del motor de combustión interna de un Vehículo automotor. Ahanix1989 в английската Wikipedia Fuente: Wikipedia Commons

Además de platino y otros metales catalíticos, основен компонент activo de estos sistemas multifuncionales es el CeO ₂.

Cada convertidor catalítico contiene 50-100 g de CeO ₂ finamente splitido, el cual cumple variasnes funciones. Las más importantes син:

Actúa como estabilizador de la alúmina de alta área повърхностен

La alúmina de alta área повърхностен tiende a sinterizar, perdiendo su alta área повърхностен durante la operación a altas temperatureras. Esto es retardado por la prezentacia de CeO ₂.

Se comporta como un almacenador-liberador de oxígeno

Благодарение на способността си да образува нестехиометрични оксиди CeO _2-x, цериевият (IV) оксид осигурява елементарен кислород със собствена структура по време на цикъла, богат на кислород.

По този начин окисляването на неизгорелите въглеводороди, идващи от двигателя, и превръщането на CO в CO _{2 може да продължи}, дори когато газообразният кислород е недостатъчен.

След това, в периода на богат на кислород цикъл, той поема кислород и се окислява, възстановявайки стехиометричната си форма CeO ₂.

Други

Той действа като подобрител на каталитичния капацитет на родий при редукцията на азотни оксиди NO _x до азот и кислород.

- При катализа на химични реакции

В процесите на каталитичен крекинг на рафинерии, CeO ₂ действа като каталитичен окислител, който помага при превръщането на SO ₂ в SO ₃ и подпомага образуването на сулфати в специфични капани на процеса.

CeO ₂ подобрява активността на катализатора на базата на железен оксид, който се използва за получаване на стирен, като се започне от етилбензола. Това вероятно се дължи на положителното взаимодействие между двойките Fe (II) - Fe (III) и Ce (III) - Ce (IV) оксид.

- В биологични и биомедицински приложения

Установено е, че CeO ₂ наночастиците действат чрез пречистване на свободните радикали, като супероксид, водороден пероксид, хидроксил и радикал на азотен оксид.

Те могат да защитят биологичните тъкани от индуцирано от радиация увреждане, лазерно-индуцирано увреждане на ретината, да увеличат продължителността на живота на фоторецепторните клетки, да намалят уврежданията на гръбначния стълб, да намалят хроничното възпаление и да насърчат ангиогенезата или образуването на кръвоносни съдове.

Освен това, за някои нано влакна, съдържащи наночастици от CeO ₂, е показано, че са токсични срещу бактериални щамове, като са обещаващи кандидати за бактерицидни приложения.

- Други приложения

CeO ₂ е електрически изолационен материал поради отличната си химическа стабилност, висока относителна пропускливост (има висока склонност към поляризиране, когато се прилага електрическо поле) и кристална решетка, подобна на силиция.

Той намери приложение в кондензатори и демпферни слоеве от свръхпроводящи материали.

Използва се също в газови сензори, твърди оксидни материали за горивни клетки, кислородни помпи и кислородни монитори.

Препратки

1. Котън, Ф. Алберт и Уилкинсън, Джефри. (1980 г.). Разширена неорганична химия. Четвърто издание. John Wiley & Sons.
2. Dance, JC; Emeléus, HJ; Сър Роналд Нихолм и Тротман-Дикенсън, AF (1973). Изчерпателна неорганична химия. Том 4. Пергамен печат.
3. Кирк-Отмер (1994). Енциклопедия на химическата технология. Том 5. Четвърто издание. John Wiley & Sons.
4. Енциклопедия на индустриалната химия на Ullmann. (1990). Пето издание. Том A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald et al. (2012 г.). Анализ и риск от наноматериали в проби от околната среда и храните. В комплексна аналитична химия. Възстановени от sciencedirect.com.
6. Майладил Т. Себастиан. (2008 г.). Алуминий, титания, церия, силикат, волфрама и други материали. В Диелектрични материали за безжична комуникация. Възстановени от sciencedirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan, et al. (2015). Скелета с антибактериални свойства. В приложения за нанотехнологии за тъканно инженерство. Възстановени от sciencedirect.com.
8. Gottardi V., et al. (1979). Полиране на повърхността на стъкло, изследвано с ядрена техника. Бюлетин на Испанското дружество по керамика и стъкло, том 18, № 3. Възстановен от boletines.secv.es.