Structura oxidului de ceriu (IV), proprietăți, utilizări

oxid de ceriu (IV) Oxidul de ceric este un solid anorganic alb sau galben pal, care este produs de oxidarea ceriului (Ce) de oxigen până la valența sa de 4+. Formula chimică a oxidului de ceric este CeO_Două și este cel mai stabil oxid de ceriu.

Ceriul (Ce) este un element al seriei de lantanide, care sunt incluse în grupul pământurilor rare. Sursa naturală a acestui oxid este bastnasitul mineral. În concentratul comercial al acestui mineral CeO_Două poate fi găsit într-o proporție aproximativă de până la 30% din greutate.

CEO-ul_Două poate fi ușor obținut prin încălzirea hidroxidului de ceriu (III), Ce (OH) în aer sau oxigen₃, sau orice sare de ceriu (III), cum ar fi oxalat, carbonat sau nitrat.

CEO-ul_Două Stoichiometric poate fi obținut prin reacția la temperatură ridicată a oxidului de ceriu (III) cu oxigenul elementar. Oxigenul trebuie să fie în exces și trebuie acordat suficient timp pentru a finaliza conversia diferitelor faze non-stoichiometrice care se formează..

Aceste faze cuprind produse multicolore cu formula CeO_X (unde x variază între 1,5 și 2,0). Se mai numesc și CeO_2-x, unde x poate avea o valoare de până la 0,3. CEO-ul_Două Este cea mai utilizată formă de Ce în industrie. Are o clasificare de toxicitate scăzută, în special datorită solubilității sale scăzute în apă..

Indice articol

• 1 Structură
• 2 Nomenclatură
• 3 Proprietăți
  • 3.1 Starea fizică
  • 3.2 Duritatea Mohs
  • 3.3 Greutatea moleculară
  • 3.4 Punctul de topire
  • 3.5 Densitate
  • 3.6 Solubilitate
  • 3.7 Indicele de refracție
  • 3.8 Alte proprietăți
• 4 utilizări
  • 4.1 - În industria metalurgică
  • 4.2 - În industria sticlei
  • 4.3 - În emailuri
  • 4.4 - În ceramică de zirconiu
  • 4.5 - În catalizatori pentru controlul emisiilor vehiculului
  • 4.6 - În cataliza reacțiilor chimice
  • 4.7 - În aplicații biologice și biomedicale
  • 4.8 - Alte utilizări
• 5 Referințe

Structura

Oxidul stoichiometric de ceriu (IV) cristalizează în rețeaua cubică asemănătoare fluoritei (CaF_Două), cu 8 ioni O^Două- într-o structură cubică coordonată cu 4 ioni Ce⁴⁺.

Nomenclatură

- Oxid de ceriu (IV).

- Oxid ceric.

- Dioxid de ceriu.

- Ceria.

- Oxid de ceriu stoichiometric: material realizat în întregime din CeO_Două.

- Oxid de ceriu nestoiometric: material format din oxizi amestecați din CeO_Două până la CeO_1.5

Proprietăți

Starea fizică

Solid galben pal. Culoarea este sensibilă la stoichiometrie și la prezența altor lantanide. Oxizii non-stoichiometrici sunt adesea de culoare albastră.

Duritatea lui Mohs

6-6,1 aproximativ.

Greutate moleculară

172,12 g / mol.

Punct de topire

2600 ºC aproximativ.

Densitate

7,122 g / cm³

Solubilitate

Insolubil în apă caldă și rece. Solubil în acid sulfuric concentrat și acid azotic concentrat. Insolubil în acizi diluați.

Indicele de refracție

2.2.

Alte proprietăți

CEO-ul_Două Este o substanță inertă, nu este atacată de acizi puternici sau alcali. Cu toate acestea, poate fi dizolvat de acizi în prezența agenților reducători, cum ar fi peroxidul de hidrogen (H_DouăSAU_Două) sau staniu (II), printre altele, generând soluții de ceriu (III).

Are o stabilitate termică ridicată. Nu suferă modificări cristalografice în timpul intervalelor obișnuite de încălzire.

Derivatul său hidratat (CeO_Două.nH_DouăO) este un precipitat galben și gelatinos care se obține prin tratarea soluțiilor de ceriu (IV) cu baze.

CEO-ul_Două este slab absorbit din tractul gastro-intestinal, deci nu are efecte toxice.

Aplicații

- În industria metalurgică

CEO-ul_Două utilizat pe electrozii anumitor tehnologii de sudare, cum ar fi sudarea cu arc in tungsten cu gaz inert.

Oxidul este dispersat fin în matricea de tungsten. La tensiuni mici aceste particule CeO_Două oferă o fiabilitate mai mare decât tungstenul singur.

- În industria sticlei

Lustruirea sticlei

Oxidul de ceriu este cel mai eficient agent de lustruire pentru majoritatea compozițiilor de sticlă din comerț. CEO-ul_Două a înlocuit aproape complet alți oxizi de lustruire, cum ar fi Fe_DouăSAU₃, silice și ZrO_Două, datorită vitezei mai mari de lustruire și curățare, care cresc pe măsură ce crește gradul de puritate al oxidului.

Lustrurile comerciale de sticlă pe bază de pulberi de oxid de ceriu au dimensiuni definite ale particulelor și dispersabilitate controlată în sisteme apoase..

Procesul de lustruire a sticlei necesită apă și ceea ce este îndepărtat sau reformat este un strat superficial mai moale hidratat. Agentul de lustruire ar trebui să aibă o duritate Mohs de aproximativ 6,5, aproape de duritatea majorității sticlei.

Oxidul de ceriu din apă conține perechea Ce (IV) / Ce (III) care, cu reacțiile sale de reducere a oxidării, poate oferi asistență chimică în timpul defalcării rețelei de silicat de sticlă.

CEO-ul_Două cu un grad ridicat de puritate este folosit pentru tratarea oglinzilor, televizoarelor, lentilelor oftalmice și a materialului optic de precizie.

Decolorarea sticlei

CEO-ul_Două poate decolora sticla sodică-var pentru sticle, ulcioare și altele asemenea. Ce (IV) oxidează impuritățile Fe (II), care oferă o culoare verde-albăstrui, la Fe (III) care dă o culoare galbenă de 10 ori mai slabă.

Sticlă rezistentă la radiații

Adăugarea de 1% CeO_Două toate sticlele suprimă decolorarea sau întunecarea sticlei cauzată de bombardarea electronilor cu energie ridicată din ochelarii TV. Același lucru este valabil și pentru sticla utilizată în ferestrele din celulele fierbinți din industria nucleară, deoarece suprimă decolorarea indusă de raze gamma..

Se crede că mecanismul de suprimare depinde de prezența ionilor Ce⁴⁺ și Ce³⁺ în plasa de sticlă.

Ochelari fotosensibili

Unele formulări de sticlă pot dezvolta imagini latente care pot fi apoi convertite într-o structură sau culoare permanentă..

Acest tip de sticlă conține CeO_Două care absoarbe radiațiile UV și eliberează electroni în matricea de sticlă.

După tratament, se generează creșterea cristalelor altor compuși din sticlă, creând modele detaliate pentru utilizări electronice sau decorative..

- În emailuri

Datorită indicelui său de refracție ridicat, CeO_Două este un agent opacifiant în compozițiile de smalț utilizate ca acoperiri de protecție pe metale.

Stabilitatea sa termică ridicată și forma sa cristalografică unică pe toată gama de temperaturi atinse în timpul procesului de geam, îl fac potrivit pentru utilizarea în emailurile de porțelan..

În această aplicație, CEO-ul_Două Oferă acoperirea albă dorită în timpul epuizării smalțului. Este ingredientul care oferă opacitate.

- În ceramică de zirconiu

Ceramica cu zirconiu este un izolator termic și este utilizată în aplicații la temperaturi ridicate. Este nevoie de un aditiv pentru a avea o rezistență și o rezistență ridicate. Adăugarea CeO_Două Oxidul de zirconiu produce un material cu o rezistență excepțională și o bună rezistență.

Oxid de zirconiu dopat CeO_Două utilizat în acoperiri pentru a acționa ca barieră termică pe suprafețele metalice.

De exemplu, în piesele motorului aeronavei, aceste acoperiri protejează de temperaturile ridicate la care ar fi expuse metalele..

- În catalizatori pentru controlul emisiilor vehiculului

CEO-ul_Două Este o componentă activă în eliminarea poluanților din emisiile vehiculelor. Acest lucru se datorează în mare măsură capacității sale de a stoca sau elibera oxigen în funcție de condițiile din jurul său..

Convertorul catalitic din autovehicule este situat între motor și ieșirea gazelor de eșapament. Are un catalizator care trebuie să oxideze hidrocarburile nearse, să transforme CO în CO_Două, și reduce oxizii de azot, NO_X, spre N_Două pe mine_Două.

Pe lângă platină și alte metale catalitice, principala componentă activă a acestor sisteme multifuncționale este CeO_Două.

Fiecare convertor catalitic conține 50-100 g de CeO_Două fin divizat, care îndeplinește mai multe funcții. Cele mai importante sunt:

Acționează ca stabilizator pentru alumina cu suprafață ridicată

Alumina cu suprafață ridicată tinde să se sinterizeze, pierzându-și suprafața ridicată în timpul funcționării la temperatură ridicată. Acest lucru este întârziat de prezența CeO_Două.

Se comportă ca un tampon de eliberare a oxigenului

Datorită capacității sale de a forma oxizi non-stoichiometrici CeO_2-x, oxidul de ceriu (IV) furnizează oxigen elementar cu structură proprie în timpul ciclului bogat în oxigen / combustibil.

Astfel, oxidarea hidrocarburilor ne-arse provenite de la motor și conversia CO în CO pot continua._Două, chiar și atunci când oxigenul gazos este insuficient.

Apoi, în perioada ciclului bogat în oxigen, preia oxigenul și se reoxidează, recuperându-și forma stoechiometrică CeO_Două.

Alții

Funcționează ca un potențiator al capacității catalitice a rodiului în reducerea oxizilor de azot NO_X la azot și oxigen.

- În cataliza reacțiilor chimice

În procesele de cracare catalitică a rafinăriilor, CeO_Două acționează ca un oxidant catalitic care ajută la conversia SO_Două la SO₃ și promovează formarea de sulfați în capcane specifice procesului.

CEO-ul_Două îmbunătățește activitatea catalizatorului pe bază de oxid de fier utilizat pentru obținerea stirenului pornind de la etilbenzen. Acest lucru se datorează, probabil, interacțiunii pozitive dintre perechile de reducere a oxidului Fe (II) - Fe (III) și Ce (III) - Ce (IV).

- În aplicații biologice și biomedicale

Au fost găsite nanoparticule CeO_Două acționează prin eliminarea radicalilor liberi, cum ar fi superoxid, peroxid de hidrogen, hidroxil și radical de oxid nitric.

Pot proteja țesuturile biologice de daunele provocate de radiații, de leziunile retiniene induse de laser, pot crește durata de viață a celulelor fotoreceptoare, pot reduce leziunile coloanei vertebrale, reduc inflamația cronică și pot promova angiogeneza sau formarea vaselor de sânge.

În plus, anumite nanofibre care conțin nanoparticule CeO_Două s-au dovedit a fi toxice împotriva tulpinilor bacteriene, fiind candidați promițători pentru aplicații bactericide.

- Alte utilizări

CEO-ul_Două Este un material izolator electric datorită stabilității sale chimice excelente, permitivității relative ridicate (are o mare tendință de polarizare atunci când se aplică un câmp electric) și o rețea cristalină similară cu siliciu..

S-a găsit aplicabil în condensatori și straturi de amortizare a materialelor supraconductoare.

Este, de asemenea, utilizat în senzori de gaz, materiale electrod cu celule de combustibil cu oxid solid, pompe de oxigen și monitoare de oxigen..

Referințe

1. Cotton, F. Albert și Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie anorganică avansată. A patra editie. John Wiley & Sons.
2. Bailar, J.C.; Emeléus, H.J; Sir Ronald Nyholm și Trotman-Dickenson, A.F. (1973). Chimie anorganică cuprinzătoare. Volumul 4. Presă Pergamon.
3. Kirk-Othmer (1994). Enciclopedia Tehnologiei Chimice. Volumul 5. Ediția a patra. John Wiley & Sons.
4. Enciclopedia lui Ullmann de chimie industrială. (1990). Ediția a cincea. Volumul A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald și colab. (2012). Analiza și riscul nanomaterialelor în probe de mediu și alimente. În chimia analitică cuprinzătoare. Recuperat de la sciencedirect.com.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Alumina, Titania, Ceria, silicatul, tungstatul și alte materiale. În Materiale dielectrice pentru comunicații fără fir. Recuperat de la sciencedirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan și colab. (2015). Schele cu proprietăți antibacteriene. În aplicații nanotehnologice pentru ingineria țesuturilor. Recuperat de la sciencedirect.com.
8. Gottardi V. și colab. (1979). Lustruirea suprafeței unei sticle investigată cu o tehnică nucleară. Buletinul Societății Spaniole de Ceramică și Sticlă, Vol. 18, Nr. 3. Recuperat de la boletines.secv.es.