CĒRIJA (IV) OKSĪDS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, LIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Cērija oksīds (IV) oksīds vai Ceric ir balts vai gaiši dzeltens ciets inorganic, ko iegūst, oksidējot cērija (CE) skābekļa tās valence 4+. Cerija oksīda ķīmiskā formula ir CeO _2, un tas ir visstabilākais cerija oksīds.

Cērijs (Ce) ir lantanīdu sērijas elements, kas iekļauts retzemju grupā. Dabīgais šī oksīda avots ir minerāls bastnasīts. Šī minerāla komerciālajā koncentrātā CeO ₂ var atrast aptuveni līdz 30% no svara.

Cērija (IV) oksīda paraugs. Lietotāja: Walkerma 2005. gada augusta attēls. {{PD-self}} Avots: Wikipedia Commons

CeO ₂ var viegli iegūt, karsējot cerija (III) hidroksīdu, Ce (OH) ₃ vai jebkuru cerija (III) sāli, piemēram, oksalātu, karbonātu vai nitrātu, gaisā vai skābeklī .

Stehiometrisko CeO ₂ var iegūt, cerija (III) oksīda paaugstinātā temperatūrā reaģējot ar elementāru skābekli. Skābekļa daudzumam jābūt pārmērīgam, un ir jāparedz pietiekami daudz laika, lai pabeigtu dažādu veidojošos nestehiometrisko fāžu pārvēršanu.

Šie posmi ietver krāsains produktu ar formulu CEO _x (kur x svārstās starp 1,5 un 2,0). Tos sauc arī par CeO _2-x , kur x vērtība var būt līdz 0,3. CeO ₂ ir nozarē visizplatītākā Ce forma. Tam ir zema toksicitātes klasifikācija, īpaši sliktas šķīdības dēļ ūdenī.

Bastnasīta minerālu paraugs. Robs Lavinskis, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Avots: Wikipedia Commons

Uzbūve

Stehiometriskais cerija (IV) oksīds izkristalizējas fluorītiem līdzīgā kubiskā režģī (CaF ₂ ) ar 8 O ^2- joniem kubiskā struktūrā, kas koordinēta ar 4 Ce ⁴⁺ joniem .

Cērija (IV) oksīda kristāliskā struktūra. Benjah-bmm27 Avots: Wikipedia Commons

Nomenklatūra

- Cērija (IV) oksīds.

- Ceric oxide.

- Cērija dioksīds.

- Kerija.

- Stehiometriskais cerija oksīds: materiāls, ko pilnībā veido CeO ₂ .

- nestehiometrisks cerija oksīds: materiāls, ko veido jaukti oksīdi no CeO ₂ līdz CeO _1.5

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

Bāli dzeltena cieta viela. Krāsa ir jutīga pret stehiometriju un citu lantanīdu klātbūtni. Ne stehiometriski oksīdi bieži ir zilā krāsā.

Mosa cietība

Aptuveni 6–6,1.

Molekulārais svars

172,12 g / mol.

Kušanas punkts

Aptuveni 2600 ºC.

Blīvums

7,142 g / cm ³

Šķīdība

Nešķīst karstā un aukstā ūdenī. Šķīst koncentrētā sērskābē un koncentrētā slāpekļskābē. Nešķīst atšķaidītās skābēs.

Refrakcijas indekss

2.2.

Citas īpašības

CeO ₂ ir inerta viela, tai nav uzbrukušas spēcīgas skābes vai sārmi. Tomēr to var izšķīdināt ar skābēm reducējošu līdzekļu, piemēram, ūdeņraža peroksīda (H ₂ O ₂ ) vai alvas (II), klātbūtnē , veidojot cerija (III) šķīdumus.

Tam ir augsta termiskā stabilitāte. Parastajos sildīšanas intervālos tas neveic kristalogrāfiskas izmaiņas.

Tā hidratētais atvasinājums ( CeO _2. NH ₂ O) ir dzeltenas un želejveida nogulsnes, kas iegūtas, apstrādājot cerija (IV) šķīdumus ar bāzēm.

CeO ₂ slikti uzsūcas no kuņģa-zarnu trakta, tāpēc tam nav toksiskas ietekmes.

Lietojumprogrammas

- metalurģijas nozarē

CeO ₂ izmanto noteiktu metināšanas tehnoloģiju elektrodos, piemēram, inertas gāzes volframa loka metināšanā.

Oksīds ir smalki izkliedēts visā volframa matricā. Pie zemiem spriegumiem šīs CeO ₂ daļiņas nodrošina lielāku uzticamību nekā tikai volframs.

- Stikla rūpniecībā

Stikla pulēšana

CeO ₂ var nokrāsot sodas kaļķa glāzes pudelēm, krūzes un tamlīdzīgi. Ce (IV) oksidē Fe (II) piemaisījumus, kas nodrošina zilgani zaļu krāsu, līdz Fe (III), kas dod 10 reizes vājāku dzelteno krāsu.

Starojums izturīgs stikls

1% CeO ₂ pievienošana stiklam nomāc stikla krāsas maiņu vai tumšošanu, ko izraisa augstas enerģijas elektronu bombardēšana TV brillēs. Tas pats attiecas uz stiklu, ko izmanto karsto kameru logos kodolenerģijas nozarē, jo tas nomāc gamma staru izraisītu krāsas maiņu.

Tiek uzskatīts, ka slāpēšanas mehānisms ir atkarīgs no Ce ⁴⁺ un Ce ³⁺ jonu klātbūtnes stikla režģī.

Gaismjutīgas brilles

Daži stikla izstrādājumi var radīt latentus attēlus, kurus pēc tam var pārveidot par pastāvīgu struktūru vai krāsu.

Šāda veida stikls satur CeO _2, kas absorbē UV starojumu un izdala elektronus stikla matricā.

Pēc apstrādes stiklā veidojas citu savienojumu kristālu augšana, izveidojot detalizētus paraugus elektroniskām vai dekoratīvām vajadzībām.

- emaljās

Pateicoties augstajam refrakcijas indeksam, CeO ₂ ir necaurspīdīgs līdzeklis emaljas kompozīcijās, ko izmanto kā metālu aizsargpārklājumus.

Tā augstā termiskā stabilitāte un unikālā kristalogrāfiskā forma visā temperatūras diapazonā, kas sasniegts stiklojuma procesā, padara to piemērotu izmantošanai porcelāna glazūrās.

Šajā pieteikumā CeO ₂ nodrošina vēlamo balto pārklājumu emaljas izdegšanas laikā. Tā ir sastāvdaļa, kas nodrošina necaurredzamību.

- cirkonija keramikā

Cirkonija keramika ir siltumizolators un tiek izmantots augstas temperatūras pielietojumos. Tam ir nepieciešama piedeva, lai tai būtu augsta izturība un izturība. Pievienojot CeO ₂ cirkonija oksīdam, iegūst materiālu ar īpašu izturību un labu izturību.

Pārklājumos izmanto CeO- _2- leģētu cirkonija oksīdu , kas darbojas kā termiskā barjera metāla virsmām.

Piemēram, gaisa kuģa dzinēju daļās šie pārklājumi aizsargā no augstās temperatūras, kurai varētu pakļaut metālus.

Reaktīvais dzinējs. Džefs Dahls, Xavigivax tulkojumu spāņu valodā Avots: Wikipedia Commons

- katalizatoros transportlīdzekļu emisijas kontrolei

CeO ₂ ir aktīvs komponents piesārņotāju attīrīšanai no transportlīdzekļu izmešiem. Tas lielā mērā ir saistīts ar tā spēju uzglabāt vai atbrīvot skābekli atkarībā no apstākļiem ap to.

Mehānisko transportlīdzekļu katalītiskais neitralizators atrodas starp motoru un izplūdes gāzu izvadu. Tam ir katalizators, kam jāoksidē nesadegušie ogļūdeņraži, jāpārvērš CO par CO ₂ un jāsadala slāpekļa oksīdi, NO _x , N ₂ un O ₂ .

Katalītiskais neitralizators izplūdes gāzēm no mehāniskā transportlīdzekļa iekšdedzes dzinēja. Ahanix1989 angļu Vikipēdijā Avots: Wikipedia Commons

Bez platīna un citiem katalītiskajiem metāliem šo daudzfunkcionālo sistēmu galvenā aktīvā sastāvdaļa ir CeO ₂ .

Katrs katalītiskais neitralizators satur 50–100 g smalki sadalīta CeO ₂ , kas pilda vairākas funkcijas. Vissvarīgākie no tiem ir:

Darbojas kā alumīnija oksīda ar augstu virsmu virsmas stabilizators

Augstas virsmas alumīnija oksīdam ir tendence saķepināt, augstas temperatūras laikā zaudējot savu lielo virsmas laukumu. To kavē CeO ₂ klātbūtne .

Tas uzvedas kā skābekļa buferšķīdējs

Sakarā ar spēju veidot ne stehiometriskus oksīdus CeO _2-x , cērija (IV) oksīds nodrošina pašas struktūras elementāru skābekli skābekļa liesas / degvielām bagātā cikla laikā.

Tādējādi no motora izdegušo nesadegušo ogļūdeņražu oksidēšana un CO pārvēršana CO _{2 var turpināties} , pat ja skābekļa gāze ir nepietiekama.

Pēc tam ciklā, kas bagāts ar skābekli, tas uzņem skābekli un atkārtoti oksidējas, atgūstot tā stehiometrisko formu CeO ₂ .

Citi

Tas darbojas kā uzlabotājs katalītiskā jaudu rodija ar samazināt slāpekļa oksīdu NO _x uz slāpekļa un skābekļa.

- ķīmisko reakciju katalīzē

In katalītiskā krekinga procesos pārstrādes rūpnīcas, CEO ₂ darbojas kā katalītiskā oksidētāju, kas palīdz pārveidošanu SO ₂ līdz SO ₃ un veicina veidošanos sulfātiem konkrētās slazdu procesā.

CeO ₂ uzlabo to dzelzs oksīda bāzes katalizatora darbību, kuru izmanto, lai iegūtu stirola, sākot no etilbenzola. Iespējams, tas ir saistīts ar pozitīvo mijiedarbību starp Fe (II) - Fe (III) un Ce (III) - Ce (IV) oksīdu reducēšanas pāriem.

- izmantošanai bioloģiski un biomedicīnā

Tika atklāts, ka CeO ₂ nanodaļiņas darbojas, iznīcinot brīvos radikāļus, piemēram, superoksīdu, ūdeņraža peroksīdu, hidroksilu un slāpekļa oksīda radikāļus.

Tie var aizsargāt bioloģiskos audus no starojuma radītiem bojājumiem, lāzera izraisītiem tīklenes bojājumiem, palielināt fotoreceptoru šūnu dzīves ilgumu, samazināt mugurkaula ievainojumus, mazināt hronisku iekaisumu un veicināt angioģenēzi vai asinsvadu veidošanos.

Turklāt ir pierādīts , ka daži nanšķiedras, kas satur CeO ₂ nanodaļiņas, ir toksiski pret baktēriju celmiem, jo ​​tie ir daudzsološi kandidāti baktericīdiem lietojumiem.

- citi lietojumi

CeO ₂ ir elektriski izolējošs materiāls, pateicoties tā lieliskajai ķīmiskajai stabilitātei, augstajai relatīvajai caurlaidībai (tai ir liela tendence polarizēties, ja tiek uzlikts elektriskais lauks) un kristāliskai režģim, kas līdzīgs silīcijam.

Tas ir atradis pielietojumu kondensatoros un supravadošu materiālu slāpējošos slāņos.

To izmanto arī gāzes sensoros, cietā oksīda kurināmā elementu elektrodu materiālos, skābekļa sūkņos un skābekļa monitoros.

Atsauces

1. Kokvilna, F. Alberts un Vilkinsons, Džefrijs. (1980). Uzlabotā neorganiskā ķīmija. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.
2. Deja, JC; Emeléus, HJ; Sers Ronalds Nīholms un Trotmans-Dikensons, AF (1973). Visaptveroša neorganiskā ķīmija. 4. sējums. Pergamon Press.
3. Kirk-Othmer (1994). Ķīmiskās tehnoloģijas enciklopēdija. 5. sējums. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.
4. Ulmana rūpnieciskās ķīmijas enciklopēdija. (1990). Piektais izdevums. A6 sējums. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald et al. (2012). Nanomateriālu analīze un risks vides un pārtikas paraugos. Vispārējā analītiskajā ķīmijā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Alumīnija, Titānijas, Ceria, silikāta, Tungstate un citi materiāli. Dielektriskos materiālos bezvadu sakariem. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan, et al. (2015). Sastatnes ar antibakteriālām īpašībām. Nanotehnoloģiju lietojumos audu inženierijā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
8. Gottardi V., et al. (1979). Ar kodoltehniku ​​izpētītās stikla virsmas pulēšana. Spānijas Keramikas un stikla biedrības biļetens, 18. sēj., Nr. 3. Atgūts no boletines.secv.es.