OXID CÉRU (IV): ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, POUŽITIE - CHÉMIA - 2025

Oxid céru (IV) oxid alebo ceričitý je biely alebo svetlo žltej pevnej látky, anorganické vyrába oxidáciou céru (Ce), pre kyslík k jeho valencie 4+. Chemický vzorec oxidu ceričitého je CEO ₂ , a to je najviac stabilný oxid céru.

Cerium (Ce) je prvkom série lantanoidov, ktoré sú zahrnuté do skupiny vzácnych zemín. Prírodným zdrojom tohto oxidu je minerálny bastnasit. V komerčnom koncentrátu tohto minerálu, CEO ₂ možno nájsť v približnom pomere až do 30% hmotnosti.

Vzorka oxidu ceričitého. Obrázok zhotovený august 2005 používateľom: Walkerma. {{PD-self}} Zdroj: Wikipedia Commons

CEO ₂ môže byť ľahko získaná zahrievaním céru (III) hydroxidu, Ce (OH) ₃ , alebo akékoľvek soli céru (III), ako je oxalát, uhličitan alebo dusičnan, vo vzduchu alebo kyslíka .

Stechiometrický CEO ₂ je možné získať za zvýšenej teploty reakcie céru (III) oxidu elementárnym kyslíkom. Kyslík musí byť nadbytočný a musí sa poskytnúť dostatočný čas na dokončenie premeny rôznych nestechiometrických fáz, ktoré sa tvoria.

Tieto fázy obsahujú viacfarebné produkty vzorca CeO _x (kde x sa pohybuje medzi 1,5 a 2,0). Nazývajú sa tiež CeO _2-x , kde x môže mať hodnotu až 0,3. CeO ₂ je najpoužívanejšou formou Ce v priemysle. Má nízku toxicitu, najmä kvôli svojej nízkej rozpustnosti vo vode.

Vzorka minerálu Bastnasite. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Zdroj: Wikipedia Commons

štruktúra

Stechiometrický cer (IV) oxid kryštalizuje v fluorit-ako kubické mriežky (CAF ₂ ), s 8 O ^2- iónov v kubickú štruktúru koordinovaná s 4 Ce ⁴⁺ ióny .

Kryštalická štruktúra oxidu ceričitého. Benjah-bmm27 Zdroj: Wikipedia Commons

názvoslovie

- oxid ceričitý.

- Oxid ceričitý.

- Oxid ceričitý.

- Ceria.

- Stechiometrický oxid ceričitý: materiál tvorený výlučne CeO ₂ .

- Nestechiometrický oxid ceričitý: materiál vytvorený zmiešanými oxidmi z CeO ₂ na CeO _1.5

vlastnosti

Fyzický stav

Bledožltá pevná látka. Farba je citlivá na stechiometriu a prítomnosť ďalších lantanoidov. Nestechiometrické oxidy sú často modré.

Mohsova tvrdosť

6-6,1 približne.

Molekulová hmotnosť

172,12 g / mol.

Bod topenia

Približne 2600 ° C.

Hustota

7,132 g / cm ³

rozpustnosť

Nerozpustný v horúcej a studenej vode. Rozpustný v koncentrovanej kyseline sírovej a koncentrovanej kyseline dusičnej. Nerozpustný v zriedených kyselinách.

Index lomu

2.2.

Ďalšie vlastnosti

CeO ₂ je inertná látka, nie je napadnutá silnými kyselinami alebo zásadami. Avšak, to môže byť rozpustený kyselinami v prítomnosti redukčných činidiel, ako je peroxid vodíka (H ₂ O ₂ ) alebo cínu (II), medzi inými, generovanie CER riešenie (III).

Má vysokú tepelnú stabilitu. Počas obvyklých vykurovacích intervalov nepodlieha kryštalografickým zmenám.

Jeho hydratovaný derivát ( CEO ₂ .nH ₂ O) je žltá a želatínová zrazenina, ktorá sa získa spracovaním roztokov céru (IV) s bázou.

CeO ₂ sa zle vstrebáva z gastrointestinálneho traktu, takže nemá toxické účinky.

aplikácia

- V metalurgickom priemysle

CeO ₂ sa používa v elektródach určitých technológií zvárania, ako je zváranie volfrámovým oblúkom s inertným plynom.

Oxid je jemne dispergovaný v celej volfrámovej matrici. Pri nízkom napätí poskytujú tieto častice CeO ₂ vyššiu spoľahlivosť ako samotné volfrám.

- V sklárskom priemysle

Leštenie skla

CeO ₂ môže odfarbiť sodnovápenaté poháre na fľaše, džbány a podobné výrobky. Ce (IV) oxiduje nečistoty Fe (II), ktoré poskytujú modrozelenú farbu, na Fe (III), ktoré poskytuje 10-krát slabšiu žltú farbu.

Sklo odolné voči žiareniu

Prídavok 1% ceo ₂ na sklo potláča zmenu farby alebo stmavnutie skla spôsobené ožiarením s vysokou energiou elektrónov v televíznej okuliare. To isté platí pre sklo používané v oknách v horúcich bunkách v jadrovom priemysle, pretože potláča zafarbenie indukované gama žiarením.

Predpokladá sa, že supresný mechanizmus závisí od prítomnosti iónov Ce ⁴⁺ a Ce ³⁺ v sklenenej mriežke.

Fotocitlivé okuliare

Niektoré sklenené formulácie môžu vytvárať skryté obrazy, ktoré potom môžu byť prevedené na trvalú štruktúru alebo farbu.

Tento typ skla obsahuje CEO ₂ , ktorá absorbuje UV žiarenie a uvoľňuje elektróny do sklenenej matrice.

Po spracovaní sa vytvorí rast kryštálov iných zlúčenín v skle, čím sa vytvárajú podrobné vzory pre elektronické alebo ozdobné použitie.

- V emailoch

CeO ₂ je vďaka svojmu vysokému indexu lomu zakalujúce činidlo v smaltovaných kompozíciách, ktoré sa používajú ako ochranné povlaky na kovoch.

Vďaka vysokej tepelnej stabilite a jedinečnému kryštalografickému tvaru v celom rozsahu teplôt dosahovaných počas procesu zasklenia je vhodný na použitie v porcelánových glazúrach.

V tejto prihláške poskytuje CeO ₂ požadovaný biely povlak počas vyhorenia smaltu. Je to zložka, ktorá poskytuje nepriehľadnosť.

- V keramike zirkónia

Keramika zirkónia je tepelný izolátor a používa sa pri vysokoteplotných aplikáciách. Vyžaduje prísadu, aby mala vysokú pevnosť a húževnatosť. Pridaním CeO ₂ k oxidu zirkoničitým sa získa materiál s mimoriadnou húževnatosťou a dobrou pevnosťou.

CeO _2- dopovaný oxid zirkónia sa používa v povlakoch ako tepelná bariéra na kovových povrchoch.

Napríklad v častiach leteckých motorov tieto povlaky chránia pred vysokými teplotami, ktorým by boli kovy vystavené.

Prúdový motor. Jeff Dahl, španielsky preklad od Xavigivaxu Zdroj: Wikipedia Commons

- V katalyzátoroch na kontrolu emisií z vozidiel

CeO ₂ je aktívna zložka pri odstraňovaní znečisťujúcich látok z emisií z vozidiel. Je to do značnej miery kvôli jeho schopnosti ukladať alebo uvoľňovať kyslík v závislosti od podmienok v okolí.

Katalyzátor v motorových vozidlách sa nachádza medzi motorom a výstupom výfukových plynov. To má katalyzátor, ktorý je potrebné oxidovať nespálených uhľovodíkov, previesť CO na CO ₂ , a zníženie oxidov dusíka, NO _x , N ₂ a O ₂ .

Katalyzátor pre výfukové plyny zo spaľovacieho motora motorového vozidla. Ahanix1989 na anglickej Wikipédii Zdroj: Wikipedia Commons

Hlavnou aktívnou zložkou týchto multifunkčných systémov je okrem platiny a iných katalytických kovov CeO ₂ .

Každý katalyzátor obsahuje 50-100 g jemne delenej CEO ₂ , ktorá slúži niekoľko funkcií. Najdôležitejšie z nich sú:

Pôsobí ako stabilizátor pre oxid hlinitý s veľkým povrchom

Oxid hlinitý s vysokým povrchom má tendenciu spekať a stráca svoj vysoký povrch počas prevádzky pri vysokých teplotách. To je oneskorené prítomnosťou CeO ₂ .

Chová sa ako uvoľňovač kyslíkového pufra

Oxid céru (IV) vďaka svojej schopnosti tvoriť nestechiometrické oxidy CeO _2-x poskytuje elementárny kyslík vlastnej štruktúry počas obdobia cyklu bohatého na kyslík / palivo / palivo.

Oxidácia nespálených uhľovodíkov pochádzajúcich z motora a premena CO na CO2 _{môže teda pokračovať} , aj keď je plynný kyslík nedostatočný.

Potom, v období cyklu bohatého na kyslík, to znamená kyslík, a znovu oxiduje, získanie jeho stechiometrické formu ceo ₂ .

iní

Funguje ako prostriedok na zlepšenie katalytickej kapacity ródia pri redukcii oxidov dusíka NO _x na dusík a kyslík.

- Pri katalýze chemických reakcií

V katalytických krakovacích procesoch rafinérií, generálny ₂ pôsobí ako katalytické oxidačné činidlo, ktoré pomáha pri konverzii SO ₂ SO ₃ a podporuje tvorbu síranov v špecifických pascí procesu.

CEO ₂ zlepšuje aktivitu oxid železa, vztiahnuté na katalyzátor, ktorý sa používa na získanie styrénu od etylbenzén. Je to pravdepodobne spôsobené pozitívnou interakciou medzi redukčnými pármi oxidov Fe (II) - Fe (III) a Ce (III) - Ce (IV).

- V biologických a biomedicínskych aplikáciách

CEO ₂ bolo zistené, že nanočastice sa pôsobí voľným radikálom, ako superoxidu, peroxidu vodíka, hydroxyl, a oxidu dusnatého zvyšku.

Môžu chrániť biologické tkanivá pred poškodením vyvolaným žiarením, laserovým poškodením sietnice, predlžujú životnosť fotoreceptorových buniek, znižujú poškodenie miechy, znižujú chronický zápal a podporujú angiogenézu alebo tvorbu krvných ciev.

Navyše, niektoré nanovlákna obsahujúce ceo ₂ nanočastice bolo preukázané, že sú toxické voči bakteriálnym kmeňom, sú sľubnými kandidátmi pre baktericídne aplikácie.

- Iné použitia

CeO ₂ je elektrický izolačný materiál vďaka svojej vynikajúcej chemickej stabilite, vysokej relatívnej permitivite (pri použití elektrického poľa má vysokú tendenciu k polarizácii) a kryštalickej mriežke podobnej kremíku.

Našla uplatnenie v kondenzátoroch a tlmiacich vrstvách supravodivých materiálov.

Používa sa tiež v plynových senzoroch, materiáloch elektród z tuhých oxidov palivových článkov, kyslíkových čerpadiel a kyslíkových monitorov.

Referencie

1. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chémia. Štvrté vydanie. John Wiley a synovia.
2. Dance, JC; Emeléus, HJ; Sir Ronald Nyholm a Trotman-Dickenson, AF (1973). Komplexná anorganická chémia. Zväzok 4. Pergamon Press.
3. Kirk-Othmer (1994). Encyklopédia chemickej technológie. Zväzok 5. Štvrté vydanie. John Wiley a synovia.
4. Ullmannova encyklopédia priemyselnej chémie. (1990). Piate vydanie. Zväzok A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald a kol. (2012). Analýza a riziko nanomateriálov vo vzorkách životného prostredia a potravín. V Comprehensive Analytical Chemistry. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Alumina, titánia, Ceria, silikát, wolfrám a ďalšie materiály. V dielektrických materiáloch pre bezdrôtovú komunikáciu. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan, a kol. (2015). Lešenia s antibakteriálnymi vlastnosťami. V nanotechnologických aplikáciách pre tkanivové inžinierstvo. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
8. Gottardi V., a kol. (1979). Leštenie povrchu skla skúmané jadrovou technikou. Bulletin Španielskej spoločnosti pre keramiku a sklo, zväzok 18, č. 3. Získané z boletines.secv.es.