CERIO (IV) OKSIDAS: STRUKTŪRA, SAVYBĖS, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Cerio oksidas (IV) oksidas arba ceriamonio yra balta arba šviesiai geltoną kietą medžiagą neorganinė, pagamintas būdu pagal cerio (CE) oksidacijos deguonį jo valentingumas, 4+. Cerio oksido cheminė formulė yra CeO ₂ ir yra stabiliausias cerio oksidas.

Cerijus (Ce) yra lantanidų, kurie priklauso retųjų žemių grupei, elementas. Natūralus šio oksido šaltinis yra mineralinis bastnasitas. Komerciniame šio mineralo koncentrate CeO ₂ gali būti apytiksliai iki 30% masės.

Cerio (IV) oksido pavyzdys. Nuotrauka padaryta 2005 m. Rugpjūčio mėn.: Walkerma. {{PD-self}} Šaltinis: „Wikipedia Commons“

CeO ₂ galima lengvai gauti šildant cerio (III) hidroksidą, Ce (OH) ₃ arba bet kurią cerio (III) druską, pavyzdžiui, oksalatą, karbonatą ar nitratą, ore arba deguonyje .

Stechiometrinis CeO ₂ gali būti gaunamas padidėjusioje temperatūroje cerio (III) oksido reakcijai su elementiniu deguonimi. Deguonies turi būti per daug, ir reikia skirti pakankamai laiko įvairių formuojamų ne stechiometrinių fazių virsmui.

Šie etapai sudaro spalvotus produktus, kurių bendra formulė ceo _x (kur x kinta nuo 1,5 iki 2,0). Jie taip pat vadinami CeO _2-x , kur x reikšmė gali būti iki 0,3. CeO ₂ yra pramonėje plačiausiai naudojama ce forma. Jis turi žemą toksiškumo klasifikaciją, ypač dėl prasto tirpumo vandenyje.

Bastnasito mineralinis mėginys. Robas Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Šaltinis: „Wikipedia Commons“

Struktūra

Stechiometrinis cerio (IV) oksidas kristalizuojasi į fluorito pavidalo kubinę gardelę (CaF ₂ ), turėdamas 8 O ² jonus , kurių kubinė struktūra suderinta su 4 Ce ⁴⁺ jonais .

Cerio (IV) oksido kristalinė struktūra. „Benjah-bmm27“ Šaltinis: „Wikipedia Commons“

Nomenklatūra

- Cerio (IV) oksidas.

- Ceriko oksidas.

- Cerio dioksidas.

- Ceria.

- Stechiometrinis cerio oksidas: medžiaga, kurią visiškai sudaro CeO ₂ .

- Ne stechiometrinis cerio oksidas: medžiaga, susidaranti iš sumaišytų oksidų nuo CeO ₂ iki CeO _1.5

Savybės

Fizinė būklė

Blyškiai geltona kieta medžiaga. Spalva yra jautri stechiometrijai ir kitų lantanidų buvimui. Ne stechiometriniai oksidai dažnai būna mėlyni.

Mocso kietumas

Maždaug 6–6,1.

Molekulinė masė

172,12 g / mol.

Lydymosi temperatūra

Maždaug 2600 ºC.

Tankis

7,142 g / cm ³

Tirpumas

Netirpus karštame ir šaltame vandenyje. Tirpsta koncentruotoje sieros rūgštyje ir koncentruotoje azoto rūgštyje. Netirpus praskiestose rūgštyse.

Lūžio rodiklis

2.2.

Kitos savybės

CeO ₂ yra inertiška medžiaga, jo nepaveikia stiprios rūgštys ar šarmai. Tačiau jis gali būti ištirpinamas rūgštimis, esant redukuojančioms medžiagoms, tokioms kaip vandenilio peroksidas (H ₂ O ₂ ) arba alavas (II), be kitų, sukuriant cerio (III) tirpalus.

Jis pasižymi dideliu šiluminiu stabilumu. Įprastais kaitinimo intervalais jis neatlieka kristalografinių pokyčių.

Jo hidratuotas darinys ( CeO _2. NH ₂ O) yra geltonos ir želatinos nuosėdos, gaunamos apdorojus cerio (IV) tirpalus bazėmis.

CeO ₂ blogai absorbuojamas iš virškinimo trakto, todėl neturi toksiško poveikio.

Programos

- Metalurgijos pramonėje

CeO ₂ naudojamas kai kurių suvirinimo technologijų, tokių kaip inertinių dujų volframo lankinis suvirinimas, elektroduose.

Oksidas yra gerai išsisklaidęs visoje volframo matricoje. Esant žemai įtampai, šios CeO ₂ dalelės suteikia didesnį patikimumą nei vien tik volframas.

- Stiklo pramonėje

Stiklo poliravimas

CeO ₂ gali išblukti butelių, ąsočių ir panašių stiklinių soda su kalkėmis. Ce (IV) oksiduoja Fe (II) priemaišas, kurios suteikia melsvai žalią spalvą, į Fe (III), kuri suteikia 10 kartų silpnesnę geltoną spalvą.

Spinduliuotei atsparus stiklas

1% CeO ₂ pridėjimas prie stiklo slopina stiklo spalvos pasikeitimą ar patamsėjimą, kurį sukelia bombarduojantys didelės energijos elektronai televizoriaus stikluose. Tas pats pasakytina apie stiklą, naudojamą branduolinės pramonės karštųjų kamerų languose, nes jis slopina gama spinduliuotės sukeltą spalvos pasikeitimą.

Manoma, kad slopinimo mechanizmas priklauso nuo Ce ⁴⁺ ir Ce ³⁺ jonų buvimo stiklinėje gardelėje.

Fotoaparatai

Kai kurie stiklo kompozicijos gali sukurti latentinius vaizdus, ​​kuriuos vėliau galima paversti nuolatinėmis struktūromis ar spalvomis.

Šio tipo stikle yra CeO _2, kuris sugeria UV spinduliuotę ir išskiria elektronus į stiklo matricą.

Po apdorojimo stikle susidaro kitų junginių kristalai, susidarantys išsamūs modeliai elektroniniam ar dekoratyviniam naudojimui.

- Emaliuose

Dėl didelio lūžio rodiklio CeO ₂ yra nepermatomas agentas emalio kompozicijose, naudojamose kaip metalų apsauginė danga.

Dėl aukšto šiluminio stabilumo ir dėl unikalios kristalografinės formos visame stiklinimo proceso metu pasiekiamoje temperatūrų diapazone, jis tinkamas naudoti porcelianinėse glazūrose.

Šiuo atveju CeO ₂ suteikia norimą baltą dangą emalio perdegimo metu. Tai yra nepermatomas ingredientas.

- Iš cirkonio keramikos

Cirkonio keramika yra šilumos izoliatorius ir naudojama aukštoje temperatūroje. Jis turi priedą, kad būtų didelis stiprumas ir kietumas. Pridėjus CeO ₂ prie cirkonio, gaunama medžiaga, pasižyminti išskirtiniu tvirtumu ir geru stiprumu.

CeO- _2- legiruotas cirkonio oksidas yra naudojamas dangose, kad veiktų kaip šiluminis barjeras metaliniams paviršiams.

Pavyzdžiui, orlaivių variklių dalyse šios dangos apsaugo nuo aukštos temperatūros, kuriai gali tekti metalai.

Reaktyvinis variklis. Jeffas Dahlas, „Xavigivax“ vertimas ispanų kalba Šaltinis: „Wikipedia Commons“

- Transporto priemonių išmetamųjų teršalų kontrolės katalizatoriuose

CeO ₂ yra aktyvus teršalų šalinimo iš transporto priemonių išmetamų teršalų komponentas. Tai daugiausia lemia jo gebėjimas kaupti ar išleisti deguonį priklausomai nuo aplinkinių sąlygų.

Variklinių transporto priemonių katalizinis konverteris yra tarp variklio ir išmetamųjų dujų išleidimo angos. Jis turi katalizatorių, kuris turi oksiduoti nesudegusius angliavandenilius, paversti CO į CO ₂ ir redukuoti azoto oksidus, NO _x , į N ₂ ir O ₂ .

Katalizinis keitiklis išmetamosioms dujoms iš motorinės transporto priemonės vidaus degimo variklio. Ahanix1989 angliškoje Vikipedijoje Šaltinis: Wikipedia Commons

Be platinos ir kitų katalizinių metalų, pagrindinis aktyvusis šių daugiafunkcinių sistemų komponentas yra CeO ₂ .

Kiekviename kataliziniame keitiklyje yra 50–100 g susmulkinto CeO ₂ , atliekančio kelias funkcijas. Svarbiausi iš jų yra:

Veikia kaip didelio paviršiaus aliuminio oksido stabilizatorius

Didelio paviršiaus ploto aliuminio oksidas yra linkęs sukepinti ir praranda aukštą paviršiaus plotą, kai veikia aukšta temperatūra. Tai atidėlioja CeO ₂ buvimas .

Tai elgiasi kaip deguonies buferį išleidžianti priemonė

Dėl savo gebėjimo formuoti ne stechiometrinius oksidus CeO _2-x , cerio (IV) oksidas iš savo struktūros teikia elementinį deguonį per deguonies lieso ir degalų turtingo ciklo ciklą.

Taigi iš variklio gaunamų nesudegusių angliavandenilių oksidacija ir CO pavertimas CO _{2 gali tęstis} net tada, kai nepakanka dujinio deguonies.

Tuomet ciklo, kuriame gausu deguonies, metu jis sunaudoja deguonį ir vėl oksiduojasi, atgaudamas savo stechiometrinę formą CeO ₂ .

Kiti

Ji veikia kaip katalitinio talpa rodžio kartu su azoto oksidus mažinimo gerinančios medžiagos _{x Pagalba} su azotu ir deguonies.

- katalizuojant chemines reakcijas

Be katalizinio krekingo procesų naftos perdirbimo, CEO ₂ veikia kaip katalizinio oksidatoriaus, kad padeda SO konvertavimo ₂ SO ₃ ir skatina sulfatų susidarymo konkrečius spąstus proceso.

CeO ₂ pagerina geležies oksido katalizatoriaus, naudojamo stirenui gauti, pradedant nuo etilbenzeno, aktyvumą. Tai gali būti dėl teigiamos Fe (II) - Fe (III) ir Ce (III) - Ce (IV) oksido redukcijos porų sąveikos.

- Naudojant biologiškai ir biomediciniškai

Nustatyta, kad CeO ₂ nanodalelės veikia šalindamos laisvuosius radikalus, tokius kaip superoksidas, vandenilio peroksidas, hidroksilo ir azoto oksido radikalai.

Jie gali apsaugoti biologinius audinius nuo radiacijos sukelto pažeidimo, lazerio sukelto tinklainės pažeidimo, padidinti fotoreceptorių ląstelių gyvenimo trukmę, sumažinti stuburo traumas, sumažinti lėtinį uždegimą ir skatinti angiogenezę ar kraujagyslių formavimąsi.

Be to, įrodyta, kad kai kurie nanopluoštai, kurių sudėtyje yra CeO ₂ nanodalelių, yra toksiški bakterijų padermėms, nes yra perspektyvūs kandidatai naudoti baktericidiškai.

- kitoms reikmėms

CeO ₂ yra elektrinė izoliacinė medžiaga dėl savo puikaus cheminio stabilumo, aukšto santykinio pralaidumo (ji turi didelę polinkio poliarizaciją, kai taikomas elektrinis laukas) ir kristalinės gardelės, panašios į silicį.

Jis rastas pritaikymas kondensatoriuose ir slopinančiuose superlaidžių medžiagų sluoksniuose.

Jis taip pat naudojamas dujų jutikliuose, kietojo oksido kuro elementų elektrodų medžiagose, deguonies siurbliuose ir deguonies monitoriuose.

Nuorodos

1. Cotton, F. Albert ir Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pažangi neorganinė chemija. Ketvirtasis leidimas. Johnas Wiley ir sūnūs.
2. Šokis, JC; Emelis, HJ; Seras Ronaldas Nyholmas ir Trotmanas-Dickensonas, AF (1973 m.). Visapusiška neorganinė chemija. 4 tomas. „Pergamon Press“.
3. Kirkas-Othmeras (1994). Cheminės technologijos enciklopedija. 5 tomas. Ketvirtasis leidimas. Johnas Wiley ir sūnūs.
4. Ullmanno pramoninės chemijos enciklopedija. (1990). Penktasis leidimas. A6 tomas. „VCH Verlagsgesellschaft mbH“.
5. Casals, Eudald ir kt. (2012). Nanomedžiagų analizė ir rizika aplinkos ir maisto mėginiuose. Kompleksinėje analitinėje chemijoje. Atgauta iš „sciencedirect.com“.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Aliuminio oksidas, Titanija, Ceria, silikatas, Tungstate ir kitos medžiagos. Dielektrinėse belaidžio ryšio medžiagose. Atgauta iš „sciencedirect.com“.
7. Afeesh Rajan Unnithan ir kt. (2015). Pastoliai, turintys antibakterinių savybių. Audinių inžinerijos nanotechnologijų taikymo srityje. Atgauta iš „sciencedirect.com“.
8. Gottardi V. ir kt. (1979). Tiriamo stiklo paviršiaus poliravimas branduoline technika. Ispanijos keramikos ir stiklo draugijos biuletenis, 18 tomas, Nr. 3. Atkurta iš boletines.secv.es.