ცერიუმი

ცერიუმი

58Ce

140.12

4f1 5d1 6s2

ცერიუმი (ლათ. Lanthanum; ქიმიური სიმბოლო — ${\ce {Ce}}$) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეექვსე პერიოდის, ჯგუფგარეშე (ძველი კლასიფიკაციით მესამე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, IIIბ) ქიმიური ელემენტი. განეკუთვნება ლანთანოიდების ოჯახს. ატომური ნომერია — 58, ატომური მასა — 140.12, t_დნ — 795 °C, t_დუღ — 3443 °C, სიმკვრივე — 6.770 გ/სმ³. რუხი ფერის იშვიათ მიწათა ელემენტი. ცერიუის ჟანგვის ხარისხია +3 და +4. ოთახის ტემპერატურაზე რეაგირებს ${\ce {H2O}}$, ${\ce {HCl}}$, ${\ce {HNO3}}$, ${\ce {H2SO4}}$, გახურებისას — ჰალოგენებთან, ${\ce {N2}}$, ${\ce {C}}$, ${\ce {S}}$. ღებულობენ ცერიუმის ტრიფთორიდის ლითონთერმული აღდგენით, ქლორიდის ნალღობის ელექტროლიზით. იყენებენ შენადნობებში და სხვაგან.

ცერიუმი, ₅₈Ce

ზოგადი თვისებები
მარტივი ნივთიერების ვიზუალური აღწერა	რუხი ფერის ლითონი
სტანდ. ატომური წონა Ar°(Ce)	140.116±0.001 140.12±0.01 (დამრგვალებული)
ცერიუმი პერიოდულ სისტემაში
წყალბადი ჰელიუმი ლითიუმი ბერილიუმი ბორი ნახშირბადი აზოტი ჟანგბადი ფთორი ნეონი ნატრიუმი მაგნიუმი ალუმინი სილიციუმი ფოსფორი გოგირდი ქლორი არგონი კალიუმი კალციუმი სკანდიუმი ტიტანი ვანადიუმი ქრომი მანგანუმი რკინა კობალტი ნიკელი სპილენძი თუთია გალიუმი გერმანიუმი დარიშხანი სელენი ბრომი კრიპტონი რუბიდიუმი სტრონციუმი იტრიუმი ცირკონიუმი ნიობიუმი მოლიბდენი ტექნეციუმი რუთენიუმი როდიუმი პალადიუმი ვერცხლი კადმიუმი ინდიუმი კალა სტიბიუმი ტელური იოდი ქსენონი ცეზიუმი ბარიუმი ლანთანი ცერიუმი პრაზეოდიმი ნეოდიმი პრომეთიუმი სამარიუმი ევროპიუმი გადოლინიუმი ტერბიუმი დისპროზიუმი ჰოლმიუმი ერბიუმი თულიუმი იტერბიუმი ლუტეციუმი ჰაფნიუმი ტანტალი ვოლფრამი რენიუმი ოსმიუმი ირიდიუმი პლატინა ოქრო ვერცხლისწყალი თალიუმი ტყვია ბისმუტი პოლონიუმი ასტატი რადონი ფრანციუმი რადიუმი აქტინიუმი თორიუმი პროტაქტინიუმი ურანი (ელემენტი) ნეპტუნიუმი პლუტონიუმი ამერიციუმი კიურიუმი ბერკელიუმი კალიფორნიუმი აინშტაინიუმი ფერმიუმი მენდელევიუმი ნობელიუმი ლოურენსიუმი რეზერფორდიუმი დუბნიუმი სიბორგიუმი ბორიუმი ჰასიუმი მეიტნერიუმი დარმშტადტიუმი რენტგენიუმი კოპერნიციუმი ნიჰონიუმი ფლეროვიუმი მოსკოვიუმი ლივერმორიუმი ტენესინი ოგანესონი – ↑ Ce ↓ Th ლანთანი ← ცერიუმი → პრაზეოდიმი
ატომური ნომერი (Z)	58
პერიოდი	6 პერიოდი
ბლოკი	f-ბლოკი
ელექტრონული კონფიგურაცია	[Xe] 4f1 5d1 6s2
ელექტრონი გარსზე	2, 8, 18, 19, 9, 2
ელემენტის ატომის სქემა
ფიზიკური თვისებები
აგრეგეგატული მდგომ. ნსპ-ში	მყარი სხეული
დნობის ტემპერატურა	795 °C ​(1068 K, ​​1463 °F)
დუღილის ტემპერატურა	3443 °C ​(3716 K, ​​6229 °F)
სიმკვრივე (ო.ტ.)	6.770 გ/სმ3
სიმკვრივე (ლ.წ.)	6.55 გ/სმ3
დნობის კუთ. სითბო	5.46 კჯ/მოლი
აორთქ. კუთ. სითბო	398 კჯ/მოლი
მოლური თბოტევადობა	26.94 ჯ/(მოლი·K)
ნაჯერი ორთქლის წნევა P (პა) 1 10 100 1 k 10 k 100 k T (K)-ზე 1992 2194 2442 2754 3159 3705
ატომის თვისებები
ჟანგვის ხარისხი	+1, +2, +3, +4
ელექტროდული პოტენციალი	Ce←Ce3+ −2.34 ვ
ელექტრო­უარყოფითობა	პოლინგის სკალა: 1.12
იონიზაციის ენერგია	1: 534.4 კჯ/მოლ 2: 1050 კჯ/მოლ 3: 1949 კჯ/მოლ
ატომის რადიუსი	ემპირიული: 181.8 პმ
კოვალენტური რადიუსი (rcov)	204±9 პმ
იონური რადიუსი (rion)	(+4e) 92 103, (+3e) 4 პმ
მოლური მოცულობა	21.0 სმ3/მოლი
ცერიუმის სპექტრალური ზოლები
სხვა თვისებები
ბუნებაში გვხვდება	პირველადი ნუკლიდების სახით
მესრის სტრუქტურა	ჰექსაგონალური
მესრის სტრუქტურა	კუბური წახნაგცენტრირებული
მესრის პერიოდი	5.160 Å
ბგერის სიჩქარე	2100 მ/წმ (20 °C)
თერმული გაფართოება	6.3 µმ/(მ·K)
ხვედრითი თბოტევადობა	11.3 ჯ/(K·მოლ)
კუთრი წინაღობა	828 ნომ·მ
მაგნეტიზმი	პარამაგნეტიკი
მაგნიტური ამთვისებლობა	6997245000000000000♠+2450.0×10−6 სმ3/მოლ
იუნგას მოდული	33.6 გპა
წანაცვლების მოდული	13.5 გპა
დრეკადობის მოდული	21.5 გპა
პუასონის კოეფიციენტი	0.24
მოოსის მეთოდი	2.5
ვიკერსის მეთოდი	210–470 მპა
ბრინელის მეთოდი	186–412 მპა
CAS ნომერი	7440-45-1
ისტორია
აღმომჩენია	მარტინ ჰაინრიხ კლაპროთი, Jöns Jakob Berzelius, Wilhelm Hisinger (1803)
პირველი მიმღებია	Carl Gustaf Mosander (1838)
ცერიუმის მთავარი იზოტოპები
იზო­ტოპი გავრცე­ლება­დობა ნახევ. დაშლა (t1/2) რადიო. დაშლა პრო­დუქტი 134Ce სინთ 7000316000000000000♠3.16 დღ-ღ ε 134La 136Ce 0.186% სტაბილური 138Ce 0.251% სტაბილური 139Ce სინთ 7002137639999999999♠137.640 დღ-ღ ε 139La 140Ce 88.449% სტაბილური 141Ce სინთ 7001325010000000000♠32.501 დღ-ღ β− 141Pr 142Ce 11.114% სტაბილური 143Ce სინთ 7001330390000000000♠33.039 სთ β− 143Pr 144Ce სინთ 7002284893000000000♠284.893 დღ-ღ β− 144Pr
ცერიუმი ვიკისაწყობში •

ისტორია

სახელი მიენიჭა მცირე პლანეტებს შორის ყველაზე დიდი პლანეტის, ცერერას (Ceres) პატივსაცემად, რომელსაც თავის მხრივ რომაული ნაყოფიერების ქალღმერთის პატივსაცემად დაარქვეს ცერერა.

გერმანელმა ქიმიკოსმა მ. გ. კლაპროტმა, აღმოაჩინა ცერიუმის მიწა თითქმის ერთდროულად თავის შვედ კოლეგებთან - ვილჰელმ ჰიზინგერთან და იენს ბერცელიუსთან ერთად, და სურდა «ცერიუმის» მაგივრად «ცერერიუმი» სახელის მიცემა. ბერცელიუსმა შეძლო თავისი ვარიანტის გატანა რადგან კლაპროტის ვარიანტი უფრო ძნელად წარმოსანთქმელი იყო.

ბუნებაში

თარგი:Details დედამიწის ქერქში ცერიუმის შემცველობა მიახლოებით 70 გრ/ტ, ოკეანის წყალში 5,2×10⁻⁶ მგრ/ლ.

საბადოები

ცერიუმის მთავარი საბადოები არის აშშ, ყაზახეთში, რუსეთში, უკრაინაში, ავსტრალიაში, ინდოეთში და სკანდინავიაში.

იზოტოპები

ბუნებრივი ცერიუმი შედგება ოთხი სტაბილური იზოტოპის ნარევისაგან: ¹³⁶Ce (0,185 %), ¹³⁸Ce (0,251 %), ¹⁴⁰Ce (88,450 %) და ¹⁴²Ce (11,114 %). ორმა მათგანმა (¹³⁶Ce და ¹⁴²Ce) პრინციპში შეიძლება ორმაგი ბეტა-დაშლა განიცადოს, თუმცა მათი რადიოაქტიურობა არ შეიმჩნევა, დადგენილია მხოლოდ ნახევარდაშლის პერიოდის ქვედა ზღვარი (3,8×10¹⁶ წელი და 5,0×10¹⁶ წელი, შესაბამისად). ცნობილია ასევე ცერიუმის 26 რადიონუკლიდი. მათ შორის ყველაზე სტაბილურია ¹⁴⁴Ce (ნახევრდაშლის პერიოდით 284,893 დღე), ¹³⁹Ce (137,640 დღე) და ¹⁴¹Ce (32,501 დ). დანარჩენ ცნობილ ცერიუმის რადიონუკლიდებს აქვთ 4 დღეზე ნაკლები ნახევარდაშლის პერიოდი, ხოლო მათ უმრავლესობას — 10 წთ-ზე ნაკლები. ცნობილია ასევე ცერიუმის იზოტოპის 2 იზომერული მდგომარეობა.

ცერიუმ-144 (ნახევარდაშლის პერიოდი 285 დღეღამე) წარმოადგენს ურან-235-ის დაშლის ერთ-ერთ პროდუქტს, რის გამოც დიდი რაოდენობით გამომუშავდება ბირთვულ რეაქტორებში. გამოიყენება დიოქსიდის სახით (სიმკვრივე მიახლოებით 6,4 გრ/სმ³) დენის რადიოიზოტოპურ წყაროებში როგორც სითბოს წყარო, მისი ენერგო გამოყოფა შეადგენს მიახლოებით 12,5 ვტ/სმ³.

სტანდარტული ატომური მასა

ცერიუმის სტანდარტულ ატომურ მასად მიღებულია — 140.12 (140.115686), რომელიც როგორც წესი იანგარიშება ბუნებაში არსებულ ყველა სტაბილურ იზოტოპტთა საშუალო შეწონილი მასით, მათი დედამიწის ქერქსა და ატმოსფეროში გავრცელების პროპორციულად.

იზოტოპი	Z	N	ატომური მასა (მ.ა.ე.)	% ბუნებაში	საშუალო შეწონილი
136Ce	58	78	135.907172	0.186 %	0.252787
138Ce	58	80	137.905991	0.251 %	0.346144
140Ce	58	82	139.905439	88.449 %	123.744961
142Ce	58	84	141.909244	11.114 %	15.771793
Ar°(Ce)				100 %	140.115686

მიღება

მიიღებენ ცერიუმის ფტორიდის CeF₃ ელექტროლიზით.

ფიზიკური თვისებები

მოვერცხლისფრო-თეთრი ფერის ლითონია. სიმკვრივეა 6,77 გრ/სმ³. ლღვობის ტემპერათურა 804 °C. დუღილის ტემპერატურაა 3260 °C.

ქიმიური თვისებები

ცერიუმი იშვიათმიწა ლითონია, ჰაერზე არამდგრადია და თანდათანობით იჟანგება, გარდაიქმნება თეთრ ცერიუმის ოქსიდად.

გამოყენება

მეტალურგია

თანამედროვე ტექნიკაში ფართოდ გამოიყენება მისი განსაკუთრებული თვისება (როგორც ყველა ლანთანოიდი) რკინის და მაგნიუმის საფუძველზე შენადნობების მოდიფიცირებისა, 1 %-მდე ცერიუმის დამატება მაგნიუმზე მკვეთრად ზრდის მის სიმტკიცეს ხლეჩაზე და წინაღობას დენადობის მიმართ. ცერიუმი ზრდის ალუმინის, სპილენძის, ნიობიუმის და ტიტანის ელექტროგამტარობას.

კონსტრუქციული ფოლადის ლეგირება ცერიუმით მნიშვნელოვნად ზრდის მის სიმტკიცეს. აქ ცერიუმი ჩვეულებრივ მოქმედებს ლანთანის ანალოგიურად. მაგრამ რადგანაც ცერიუმი და მისი ნაერთები ლანთანზე უფრო იაფი და ხელმისაწვდომია, ცერიუმის მნიშვნელობა როგორც მალეგირებელი დანამატი უფრო მეტია ვიდრე ლანთანის.

ალუმინის ლეგირება ცერიუმით მკვეთრად ზრდის მის სიმტკიცეს და ელექტროგამტარობას (რამდენიმე პროცენტით).

აღსანიშნავია ის გარემოება, რომ ცერიუმი ზოგ ლითონთან შედუღებისას რეაგირებენ აქტიურად ინტერმეტალიდების წარმოქმნით. ცერიუმის დამახასიათებელი თვისებაა აქტიური რეაქცია თუთიასთან შედუღებისას ან თუთიისა და ცერიუმის ფხვნილების ლოკალური გახურებისას. ეს რექცია მიმდინარეობს ძლიერი აფეთქების ფორმით, ამიტომაც მეტად საშიშია ცერიუმის ნაჭერის დამატება გამდნარ თუთიაზე — მიმდინარეობს კაშკაშა და ძლიერი აფეთქება.

კატალიზატორები

ქიმიურ და ნავთობის მრეწველობაში ცერიუმის დიოქსიდი СеО₂ (გალღვ. ტემპერატურა 2600 °C) გამოიყენებენ როგორც კატალიზატორს. კერძოდ, CeO₂ კარგად აჩქარებს პრაქტიკულად მნიშვნელოვან რეაქციას წყალბადსა და ნახშირბადის ჟანგთან. ასევე კარგად და საიმედოდ მუშაობს ცერიუმის დიოქსიდი აპარატებში, სადაც ხდება სპირტების დეჰიდროგენიზაცია. ცერიუმის სხვა ნაერთი - ცერიუმის სულფატი Ce(SO₄)₂ — ითვლება პერსპექტიულ კატალიზატორად გოგირდჟანგების წარმოებაში. ის მეტად აჩქარებს ჟანგვის რეაქციას.

თერმოელექტრული მასალები

ცერიუმის სულფიდი გამოიყენება როგორც მაღალეფექტური მაღალტემპერატურული თერმოელექტრული მასალა, ეფექტურობის ასამაღლებლად ჩვეულებრივ სტრონციუმის სულფიდით ლეგირდება.

მინის წარმოება

ატომურ ტექნიკაში ფართოდ გამოიყენება ცერიუმ-შემცველი მინა — ისინი არ ფერმკრთალდებიან რადიაციის ზემოქმედებით, რაც იძლევა საშუალებას სქელი მინის დასამზადებლად პერსონალის დასაცავად.

ცერიუმის დიოქსიდი ცერიტი შედის სპეციალური მინების შემადგენლობაში როგორც დამაღიავებელი და ზოგჯერ ღია-ყვითელი საღებავი.

აბრაზიული მასალები

ცერიუმის დიოქსიდი — პოლირიტის ძირითადი კომპონენტია, პოლირების ყველაზე ეფექტიანი ფხვნილისათვის, რომლითაც ხდება ოპტიკური და სარკის მინის პოლირება. პოლირიტი — ყავისფერი ფხვნილია, რომელიც შედგება იშვიათმიწა ელემენტების ოქსიდებისაგან. ცერიუმის ოქსიდი მასში 45 %-ზე ნაკლები არა არის. ცნობილია, რომ პოლირიტზე გადასვლის შემდეგ პოლირების ხარისხმა გაცილებით იმატა. ხარკოვის ძერჟინსკის სახელობის ქარხანაში, მაგალითად, პირველხარისხოვანი სარკის წარმოება პოლირიტზე გადასვლის შემდეგ გაიზარდა 10-ჯერ. გაიზარდა კონვეიერის მწარმოებლურობაც — იმავე დროში პოლირიტი ორჯერ მეტ მასალას აცილებს, ვიდრე სხვა პოლირების საშუალებები.

პიროფორული შენადნობები

ცერიუმის შენადნობი სადაც, 50 % რკინაა (ფეროცერიუმი), ზოგჯერ კი მიშმეტალი გამოიყენება როგორც ხელოვნური «კაჟი» სანთებელაში.

შუქის წყაროები

ცერიუმის ტრიფტორიდი გამოიყენება როგორც მინარევი ნახშირის დამზადებისას რკალური შუქის წყაროებში, მისი დამატება ნახშირის მასალაში მკვეთრად ზრდის ნათების სიკაშკაშეს.

ცერიუმის ოქსიდი ტიტანის დიოქსიდთან ერთად გამოიყენება ფერადი მინების მოსახარშად, რომლის შეფერილობა ღია-ყვითელიდან ნარინჯისფრამდეა.

ცეცხლგამძლე მასალები

როგორც უაღრესად ცეცხლგამძლე მასალებს, გამოიყენებენ ცერიუმის დიოქსიდს (2300 °C-მდე მჟანგავ და ინერტულ ატმოსფეროში), ცერიუმის სულფიდს (1800 °C-მდე აღმდგენ ატმოსფეროში).

ცერიუმი მედიცინაში

ცერიუმის მარილები გამოიყენებიან «ზღვის დაავადების» სამკურნალოდ და სიმტომების თავიდან ასაცილებლად. სტომატოლოგიაში გამოიყენება ცერიუმიანი ფოლადი და კერამიკა ცერიუმოს დიოქსიდის შემცველობით.

საწავავის ელემენტები

ცერიუმის დიოქსიდი გამოიყენება როგორც მაღალტემპერატურული საწვავის ელემენტების მყარი ელექტროლიტის კომპონენტი.

დენის ქიმიური წყაროები

ვერიუმის ტრიფტორიდი სტრონციუმის ფტორიდთან შედუღებული გამოიყენება ძალიან მძლავრი მყარსხეულიანი აკუმულატორების/ბატარეების წარმოებაში. ასეთი ბატარეების ანოდები წარმოადგენენ სუფთა ლითონურ ცერიუმს.

ტოქსიკურობა

ტოქსიკურად ზემოქმედებს თევზებზე და დაბალ წყლის ორგანიზმებზე. გააჩნია ბიოაკუმულაციის თვისება. ზღვრული დასაშვები კონცენტრაცია სასმელ წყალში შეადგენს 0-0,05 მგ/ლ.

რესურსები ინტერნეტში

• ცერიუმი Webelements-ზე
• ცერიუმი ქიმიური ელემენტების პოპულარულ ბიბლიოთეკაში დაარქივებული 2017-01-15 საიტზე Wayback Machine.

სქოლიო

პორტალი ქიმია