OXID CERIČITÝ (IV): STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Oxid ceru (IV) oxid nebo ceričitý je bílý nebo světle žluté pevné látky, anorganické vyrábí oxidací ceru (Ce), pro kyslík k jeho valence 4+. Chemický vzorec oxidu ceričitého je CeO ₂ a je nejstabilnějším oxidem ceru.

Cerium (Ce) je prvkem řady lanthanidů, které jsou zahrnuty do skupiny vzácných zemin. Přirozeným zdrojem tohoto oxidu je minerální bastnasit. V komerčním koncentrátu tohoto minerálu lze CeO ₂ nalézt v přibližném poměru až 30% hmotnostních.

Vzorek oxidu ceričitého. Snímek pořízený srpnem 2005 uživatelem: Walkerma. {{PD-self}} Zdroj: Wikipedia Commons

CeO ₂ může být snadno získána zahříváním ceru (III) hydroxidu, Ce (OH) ₃, nebo jakékoliv soli ceru (III), jako je oxalát, uhličitan nebo dusičnan, ve vzduchu nebo kyslíku.

Stechiometrický CeO ₂ je možno získat za zvýšené teploty reakce ceru (III) oxidu elementárním kyslíkem. Kyslík musí být v nadbytku a musí být ponechán dostatečný čas k dokončení přeměny různých nestechiometrických fází, které se vytvářejí.

Tyto fáze zahrnují vícebarevné produkty vzorce CeO _x (kde x se mění mezi 1,5 a 2,0). Nazývají se také CeO _2-x, kde x může mít hodnotu až 0,3. CeO ₂ je nejpoužívanější formou Ce v průmyslu. Má nízkou klasifikaci toxicity, zejména kvůli nízké rozpustnosti ve vodě.

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

Struktura

Stechiometrický cer (IV) oxid krystalizuje v fluorit-jako krychlové mřížky (CAF ₂), s 8 O ^2- iontů v kubickou strukturu koordinována s 4 Ce ⁴⁺ ionty.

Krystalická struktura oxidu ceričitého. Benjah-bmm27 Zdroj: Wikipedia Commons

Nomenklatura

- Oxid ceričitý.

- Oxid ceričitý.

- Oxid ceričitý.

- Ceria.

- Stechiometrický oxid ceričitý: materiál tvořený výhradně CeO ₂.

- Nestechiometrický oxid ceričitý: materiál tvořený směsnými oxidy z CeO ₂ na CeO _1.5

Vlastnosti

Fyzický stav

Bledě žlutá pevná látka. Barva je citlivá na stechiometrii a přítomnost dalších lanthanidů. Nestechiometrické oxidy jsou často modré.

Mohsova tvrdost

6-6,1 přibližně.

Molekulární váha

172,12 g / mol.

Bod tání

Přibližně 2600 ° C.

Hustota

7,132 g / cm ³

Rozpustnost

Nerozpustný v horké a studené vodě. Rozpustný v koncentrované kyselině sírové a koncentrované kyselině dusičné. Nerozpustný ve zředěných kyselinách.

Index lomu

2.2.

Další vlastnosti

CeO ₂ je inertní látka, není napadena silnými kyselinami ani zásadami. Nicméně, to může být rozpuštěn kyselinami v přítomnosti redukčních činidel, jako je peroxid vodíku (H ₂ O ₂) nebo cínu (II), mezi jinými, generování cér řešení (III).

Má vysokou tepelnou stabilitu. Během obvyklých intervalů zahřívání nepodléhá krystalografickým změnám.

Jeho hydratovaný derivát (CeO ₂.nH ₂ O) je žlutá a želatinová sraženina, která se získá zpracováním roztoků ceru (IV) s bází.

CeO ₂ se špatně vstřebává z gastrointestinálního traktu, takže nemá toxické účinky.

Aplikace

- V hutním průmyslu

CeO ₂ se používá v elektrodách určitých svařovacích technologií, jako je svařování inertním plynem wolframovým obloukem.

Oxid je jemně rozptýlen v wolframové matrici. Při nízkém napětí poskytují tyto CeO ₂ částice větší spolehlivost než samotný wolfram.

- Ve sklářském průmyslu

Leštění skla

CeO ₂ může odbarvovat sodnovápenaté skleničky na lahve, džbány a podobně. Ce (IV) oxiduje nečistoty Fe (II), které poskytují modrozelenou barvu, na Fe (III), které poskytuje 10krát slabší žlutou barvu.

Sklo odolné proti záření

Přídavek 1% ceo ₂ na sklo potlačuje změnu barvy nebo ztmavnutí skla způsobené ozářením s vysokou energií elektronů v televizní brýle. Totéž platí pro sklo používané v oknech v horkých buňkách v jaderném průmyslu, protože potlačuje zabarvení vyvolané gama paprsky.

Předpokládá se, že supresní mechanismus závisí na přítomnosti iontů Ce ⁴⁺ a Ce ³⁺ ve skleněné mříži.

Fotocitlivé brýle

Některé skleněné formulace mohou vytvářet skryté obrazy, které pak mohou být převedeny na trvalou strukturu nebo barvu.

Tento typ skla obsahuje CeO _2, který absorbuje UV záření a uvolňuje elektrony do skleněné matrice.

Po ošetření se generuje růst krystalů jiných sloučenin ve skle, čímž se vytvoří podrobné vzory pro elektronické nebo dekorativní použití.

- V emailech

CeO ₂ je díky vysokému indexu lomu zakalující činidlo v smaltovaných kompozicích používaných jako ochranné povlaky na kovech.

Jeho vysoká tepelná stabilita a jedinečný krystalografický tvar v celém rozsahu teplot dosažených během procesu zasklení jej činí vhodným pro použití v porcelánových emailech.

V této aplikaci CeO ₂ poskytuje požadovaný bílý povlak během vyhoření smaltu. Je to složka, která poskytuje krytí.

- V keramice zirkonia

Keramika zirkoničitá je tepelný izolátor a používá se při vysokoteplotních aplikacích. Vyžaduje přísadu, aby měla vysokou pevnost a houževnatost. Přidáním CeO ₂ k zirkonu se získá materiál s mimořádnou houževnatostí a dobrou pevností.

CeO _2- dotovaný oxid zirkoničitý se používá v povlacích jako tepelná bariéra na kovových površích.

Například v částech leteckých motorů tyto povlaky chrání před vysokými teplotami, kterým by byly kovy vystaveny.

Tryskový motor. Jeff Dahl, španělský překlad od Xavigivaxu Zdroj: Wikipedia Commons

- V katalyzátorech pro regulaci emisí z vozidel

CeO ₂ je aktivní složkou při odstraňování znečišťujících látek z emisí z vozidel. To je do značné míry způsobeno jeho schopností ukládat nebo uvolňovat kyslík v závislosti na okolních podmínkách.

Katalyzátor v motorových vozidlech je umístěn mezi motorem a výfukem výfukových plynů. To má katalyzátor, který je třeba oxidovat nespálených uhlovodíků, převést CO na CO ₂, a snížení oxidů dusíku, NO _x, N ₂ a O ₂.

Katalyzátor pro výfukové plyny ze spalovacího motoru motorového vozidla. Ahanix1989 na anglické Wikipedii Zdroj: Wikipedia Commons

Hlavní platnou složkou těchto multifunkčních systémů je kromě platiny a dalších katalytických kovů CeO ₂.

Každý katalyzátor obsahuje 50-100 g jemně rozmělněného CeO ₂, která slouží několik funkcí. Nejdůležitější jsou:

Působí jako stabilizátor pro oxid hlinitý s velkým povrchem

Oxid hlinitý s vysokou povrchovou plochou má tendenci slinovat a během provozu při vysoké teplotě ztrácí svou velkou plochu. To je zpožděno přítomností CeO ₂.

Chová se jako uvolňovač kyslíkového pufru

Díky své schopnosti vytvářet nestechiometrické oxidy CeO _2-x poskytuje oxid ceričitý elementární kyslík své vlastní struktury v průběhu cyklu bohatého na kyslík / palivo bohatého na palivo.

Oxidace nespálených uhlovodíků přicházejících z motoru a přeměna CO na CO _{2 tedy může pokračovat}, i když je plynný kyslík nedostatečný.

Poté v cyklu bohatém na kyslík spotřebovává kyslík a reoxiduje, čímž získává stechiometrickou formu CeO ₂.

Ostatní

Funguje jako zlepšovač katalytické kapacity rhodia při redukci oxidů dusíku NO _x na dusík a kyslík.

- Při katalýze chemických reakcí

V katalytických krakovacích procesech rafinérií, generální ₂ působí jako katalytické oxidační činidlo, které pomáhá při konverzi SO ₂ SO ₃ a podporuje tvorbu síranů ve specifických pastí procesu.

CeO ₂ zlepšuje aktivitu oxid železa, vztaženo na katalyzátor, který se používá k získání styrenu od ethylbenzen. Je to pravděpodobně způsobeno pozitivní interakcí mezi redukčními páry oxidů Fe (II) - Fe (III) a Ce (III) - Ce (IV).

- V biologických a biomedicínských aplikacích

CeO ₂ bylo zjištěno, že nanočástice se působí volným radikálům, jako superoxidu, peroxidu vodíku, hydroxyl, a oxidu dusnatého zbytku.

Mohou chránit biologické tkáně před poškozením způsobeným zářením, laserovým poškozením sítnice, prodlužují životnost buněk fotoreceptoru, snižují poškození páteře, snižují chronický zánět a podporují angiogenezi nebo tvorbu krevních cév.

Kromě toho se ukázalo, že některá nanovlákna obsahující CeO ₂ nanočástice jsou toxická vůči bakteriálním kmenům, což jsou slibné kandidáty pro baktericidní aplikace.

- Jiná použití

CeO ₂ je elektrický izolační materiál díky své vynikající chemické stabilitě, vysoké relativní permitivitě (má vysokou tendenci k polarizaci při aplikaci elektrického pole) a krystalické mřížce podobné křemíku.

Našla uplatnění v kondenzátorech a tlumicích vrstvách supravodivých materiálů.

Používá se také v plynových senzorech, materiálech elektrod z palivových článků s pevnými oxidy, kyslíkových čerpadlech a monitorech kyslíku.

Reference

1. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chemie. Čtvrté vydání. John Wiley a synové.
2. Dance, JC; Emeléus, HJ; Sir Ronald Nyholm a Trotman-Dickenson, AF (1973). Komplexní anorganická chemie. Svazek 4. Pergamon Press.
3. Kirk-Othmer (1994). Encyklopedie chemické technologie. Svazek 5. Čtvrté vydání. John Wiley a synové.
4. Ullmannova encyklopedie průmyslové chemie. (1990). Páté vydání. Svazek A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald a kol. (2012). Analýza a riziko nanomateriálů ve vzorcích životního prostředí a potravin. V úplné analytické chemii. Obnoveno z sciposedirect.com.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Alumina, Titania, Ceria, Silikát, Tungstate a další materiály. V dielektrických materiálech pro bezdrátovou komunikaci. Obnoveno z sciposedirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan, et al. (2015). Lešení s antibakteriálními vlastnostmi. V nanotechnologických aplikacích pro tkáňové inženýrství. Obnoveno z sciposedirect.com.
8. Gottardi V., et al. (1979). Leštění povrchu skla zkoumané jadernou technikou. Bulletin Španělské společnosti pro keramiku a sklo, svazek 18, č. 3. Obnoveno z boletines.secv.es.