CERIJEV (IV) OKSID: ZGRADBA, LASTNOSTI, UPORABE - KEMIJA - 2026

Cerijev oksid (IV) oksid ali cerijev je bel ali bledo rumeno trdno snov anorganska proizveden z oksidacijo cerijevega (CE) kisik njegove valenco 4 ali novejšim. Kemična formula cerijevega oksida je CeO ₂ in je najbolj stabilen cerijev oksid.

Cerij (Ce) je element vrste lantanidov, ki so vključeni v skupino redkih zemelj. Naravni vir tega oksida je mineral bastnasit. V komercialnem koncentratu tega minerala lahko najdemo CeO ₂ v približnem deležu do 30 mas.

Vzorec cerijevega (IV) oksida. Slika posneta avgusta 2005 s strani uporabnika: Walkerma. {{PD-self}} Vir: Wikipedia Commons

CeO ₂ lahko enostavno dobimo s segrevanjem cerijevega (III) hidroksida, Ce (OH) ₃ ali katere koli cerijeve soli (III), kot je oksalat, karbonat ali nitrat, v zraku ali kisiku .

Stehiometrični CeO ₂ lahko dobimo z reakcijo povišane temperature cerijevega (III) oksida z elementarnim kisikom. Kisika mora biti več in dovolj časa mora biti končano pretvorba različnih nestehiometričnih faz, ki se tvorijo.

Te faze so sestavljene iz večbarvnih izdelkov s formulo CeO _x (kjer se x giblje med 1,5 in 2,0). Imenujejo jih tudi CeO _2-x , pri čemer ima lahko x vrednost do 0,3. CeO ₂ je najpogosteje uporabljena oblika Ce v industriji. Ima nizko stopnjo strupenosti, zlasti zaradi slabe topnosti v vodi.

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

Struktura

Stehiometrični cerijev (IV) oksid kristalizira v kubični rešetki tipa fluorita (CaF ₂ ), z 8 ioni ^2- ioni v kubični strukturi, usklajeni s 4 ioni Ce ⁴⁺ .

Kristalna struktura cerijevega (IV) oksida. Benjah-bmm27 Vir: Wikipedia Commons

Nomenklatura

- Cerijev (IV) oksid.

- Cerični oksid.

- Cerijev dioksid.

- Ceria.

- Stehiometrični cerijev oksid: material, ki ga v celoti tvori CeO ₂ .

- Nestehiometrični cerijev oksid: material, ki ga tvorijo mešani oksidi od CeO ₂ do CeO _1.5

Lastnosti

Fizično stanje

Bledo rumena trdna snov. Barva je občutljiva na stehiometrijo in prisotnost drugih lantanidov. Nestehiometrični oksidi so pogosto modre barve.

Mohsova trdota

6-6.1 približno.

Molekularna teža

172,12 g / mol.

Tališče

Približno 2600 ºC.

Gostota

7,132 g / cm ³

Topnost

Netopen v topli in hladni vodi. Topen v koncentrirani žvepleni kislini in koncentrirani dušikovi kislini. Netopen v razredčenih kislinah.

Lomni količnik

2.2.

Druge lastnosti

CeO ₂ je inertna snov, ne napadajo jo močne kisline ali alkalije. Vendar pa je mogoče raztopimo s kislinami v prisotnosti reducenta, kot je vodikov peroksid (H ₂ O ₂ ) ali kositra (II), med drugim, tvorjenje cerijeve (III) raztopine.

Ima visoko toplotno stabilnost. V običajnih intervalih ogrevanja ne pride do kristalografskih sprememb.

Njena hidriran derivata ( CEO ₂ .nH ₂ O) je rumene barve in želatinasta oborina dobimo z obdelavo raztopine cerijevega (IV) z bazami.

CeO ₂ se slabo absorbira iz prebavil, zato nima toksičnih učinkov.

Prijave

- V metalurški industriji

CeO ₂ se uporablja v elektrodah nekaterih varilnih tehnologij, kot je varjenje z inertnim plinskim volframovim lokom.

Oksid se fino razprši po volframovi matrici. Ti delci CeO ₂ pri nizki napetosti dajejo večjo zanesljivost kot volfram sam.

- V steklarski industriji

Poliranje stekla

CeO ₂ lahko razbarva kozarce s sodo apno za steklenice, vrče in podobno. Ce (IV) oksidira nečistoče Fe (II), ki zagotavljajo modrikasto zeleno barvo, do Fe (III), ki daje 10-krat šibkejšo rumeno barvo.

Steklo odporno na steklo

Dodajanje 1% CeO ₂ v kozarec zavira razbarvanje ali zatemnitev stekla, ki je posledica bombardiranja visokoenergijskih elektronov v TV očalih. Enako velja za steklo, ki se uporablja v oknih v vročih celicah v jedrski industriji, saj zavira razbarvanje, povzročeno z gama žarki.

Mehanski mehanizem je odvisen od prisotnosti ionov Ce ⁴⁺ in Ce ³⁺ v stekleni rešetki.

Fotosenzibilna očala

Nekatere steklene formulacije lahko razvijejo latentne slike, ki se nato lahko pretvorijo v trajno strukturo ali barvo.

Ta vrsta stekla vsebuje CeO _2, ki absorbira UV sevanje in sprošča elektrone v stekleno matrico.

Po obdelavi nastane rast kristalov drugih spojin v kozarcu, kar ustvari podrobne vzorce za elektronsko ali dekorativno uporabo.

- V emajlih

Zaradi visokega indeksa loma je CeO ₂ motno sredstvo v skleninskih sestavkih, ki se uporabljajo kot zaščitni premazi na kovinah.

Njegova visoka toplotna stabilnost in edinstvena kristalografska oblika v celotnem območju temperatur, doseženih med postopkom zasteklitve, omogočajo uporabo v porcelanskih glazurah.

V tej aplikaciji CeO ₂ zagotavlja želeno belo prevleko med izgorevanjem sklenine. Je sestavina, ki zagotavlja motnost.

- V cirkonijevi keramiki

Cirkonija keramika je toplotni izolator in se uporablja v visokotemperaturnih aplikacijah. Za dodatek potrebuje visoko trdnost in žilavost. Dodajanje CeO ₂ cirkoniju ustvarja material z izjemno žilavostjo in dobro trdnostjo.

CeO _2- dopiran cirkonijev oksid se uporablja v prevlekah, da deluje kot toplotna pregrada na kovinskih površinah.

Na primer, v delih motorjev zrakoplova ti premazi ščitijo pred visokimi temperaturami, ki bi jim bile izpostavljene kovine.

Reaktivni motor. Jeff Dahl, španski prevod Xavigivax Vir: Wikipedia Commons

- v katalizatorjih za nadzor emisij vozil

CeO ₂ je aktivna sestavina pri odstranjevanju onesnaževal iz emisij vozil. To je v veliki meri posledica njegove sposobnosti skladiščenja ali sproščanja kisika, odvisno od pogojev okoli njega.

Katalitični pretvornik v motornih vozilih je nameščen med motorjem in odtokom izpušnih plinov. Ima katalizator, ki mora oksidirati negorele ogljikovodike, pretvoriti CO v CO ₂ in zmanjšati dušikove okside NO _x do N ₂ in O ₂ .

Katalizator za izpušne pline iz motorja z notranjim zgorevanjem motornega vozila. Ahanix1989 v angleški Wikipedia Vir: Wikipedia Commons

Poleg platine in drugih katalitičnih kovin je glavna aktivna sestavina teh večnamenskih sistemov CeO ₂ .

Vsak katalitični pretvornik vsebuje 50-100 g fino razdeljenega CeO ₂ , ki opravlja več funkcij. Najpomembnejše so:

Deluje kot stabilizator za glinice z visoko površino

Glinica z visoko površino se nagiba k sintranju in med delovanjem pri visoki temperaturi izgubi veliko površino. To zamuja s prisotnostjo CeO ₂ .

Ponaša se kot odstranjevalec kisika

Kerijev ceoksi _{-x s} cerijevim (IV) oksidom lahko tvori nestehiometrične okside elementarni kisik iz lastne strukture v obdobju cikla, ki je bogat s kisikom / gorivom.

Tako se lahko oksidacija negorelih ogljikovodikov, ki prihaja iz motorja, in pretvorba CO v CO _{2 nadaljujeta} , tudi če plinovit kisik ni dovolj.

Nato v obdobju cikla, bogatega s kisikom, prevzame kisik in ponovno oksidira, tako da obnovi svojo stehiometrično obliko CeO ₂ .

Drugi

Deluje kot izboljšanje katalitične sposobnosti rodija pri redukciji dušikovih oksidov NO _x do dušika in kisika.

- pri katalizi kemičnih reakcij

V procesih katalitskega krekinga v rafinerijah CeO ₂ deluje kot katalitični oksidant, ki pomaga pri pretvorbi SO ₂ v SO ₃ in spodbuja tvorbo sulfatov v posebnih pastih postopka.

CeO ₂ izboljšuje aktivnost katalizatorja na osnovi železovega oksida, ki se uporablja za pridobivanje stirena, pri čemer se začne iz etilbenzena. To je verjetno posledica pozitivne interakcije med pari redukcije Fe (II) - Fe (III) in Ce (III) - Ce (IV).

- V bioloških in biomedicinskih aplikacijah

Za nanodelce CeO ₂ delujejo s čiščenjem prostih radikalov, kot so superoksid, vodikov peroksid, hidroksil in ostanek dušikovega oksida.

Lahko zaščitijo biološka tkiva pred poškodbami, ki jih povzročijo sevanje, poškodbe mrežnice, povzročene z laserjem, podaljšajo življenjsko dobo fotoreceptorskih celic, zmanjšajo poškodbe hrbtenice, zmanjšajo kronično vnetje in spodbujajo angiogenezo ali nastanek krvnih žil.

Poleg tega se je pokazalo, da so nekatera nano vlakna, ki vsebujejo nanodelce CeO _2, strupena proti bakterijskim sevom, saj so obetavni kandidati za baktericidno uporabo.

- druge uporabe

CeO ₂ je električni izolacijski material zaradi svoje odlične kemične stabilnosti, visoke relativne propustnosti (ima visoko nagnjenost k polarizaciji, ko se nanese električno polje) in kristalne rešetke, podobne siliciju.

Našla je uporabo v kondenzatorjih in dušilnih slojih superprevodnih materialov.

Uporablja se tudi v senzorjih za plin, materialih elektrod z gorivnimi celicami s trdnim oksidom, kisikovih črpalkah in monitorjih za kisik.

Reference

1. Cotton, F. Albert in Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četrta izdaja. John Wiley & Sons.
2. Ples, JC; Emeléus, HJ; Sir Ronald Nyholm in Trotman-Dickenson, AF (1973). Celovita anorganska kemija. Zvezek 4. Pergamon Press.
3. Kirk-Othmer (1994). Enciklopedija kemijske tehnologije. Zvezek 5. Četrta izdaja. John Wiley & Sons.
4. Ullmannova enciklopedija industrijske kemije. (1990). Peta izdaja. Zvezek A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald in sod. (2012). Analiza in tveganje za nanomateriale v vzorcih okolja in hrane. V celoviti analitični kemiji. Pridobljeno od sciencedirect.com.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Glinica, Titanija, Ceria, silikat, volframo in drugi materiali. V Dielektrični materiali za brezžično komunikacijo. Pridobljeno od sciencedirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan in sod. (2015). Odri z antibakterijskimi lastnostmi. V aplikacijah za nanotehnologijo za tkivni inženiring. Pridobljeno od sciencedirect.com.
8. Gottardi V., et al. (1979). Poliranje površine kozarca, ki smo ga raziskali z jedrsko tehniko. Bilten Španskega društva za keramiko in steklo, letnik 18, št. 3. Pridobljeno iz boletines.secv.es.