cerium – Store norske leksikon (original) (raw)
Cerium er det 58. grunnstoffet i periodesystemet. Det har atomnummer 58, atommasse 140,1 og atomsymbol Ce.
Metallisk cerium.
Cerium er et grunnstoff som i ren form er et mykt metall med farge og glans som jern. Cerium tilhører lantanoidene i periodesystemet. Cerium og ceriumforbindelser har en rekke anvendelser, blant annet i bilkatalysatorer, i sparepærer og lysbuelamper, og i legeringer med andre lantanoider.
Faktaboks
Engelsk navn
cerium
Ce
58
140,1
Cerium er et av de sjeldne jordmetallene. Metallisk cerium er svært uedelt og oksideres ved romtemperatur. Cerium vil også reagere med vann og løses lett i fortynnede syrer.
Navnet cerium kommer fra dvergplaneten Ceres, som ble oppdaget i 1801, to år før grunnstoffet.
Bruk
I legeringer
I lightere brukes gjerne auermetall, en legering mellom blant annet cerium og jern, for å skape gnist.
Brukt flintstein fra en lighter, laget av en legering mellom cerium og jern.
Ceriummetall brukes i legering med andre lantanoider til en rekke formål. Den mest brukte legeringen er mischmetall, som inneholder cirka 50 prosent cerium, 25 prosent lantan, 18 prosent neodym, 5 prosent praseodym og 2 prosent andre lantanoidemetaller. Mischmetall blir brukt som legeringsmetall for jern og stål, samt i aluminium- og magnesiumlegeringer.
Høytemperaturlegeringer tilsettes små mengder cerium (cirka 0,1 prosent) for å øke bestandigheten mot korrosjon ved høye temperaturer. Med jern gir cerium pyrofore legeringer (auermetall) som lenge ble brukt som «flintstein» i fyrtøy og gasstennere. Den samme legeringen brukes til sporing av prosjektiler. Prosjektilets overflate dekkes med denne legeringen. Luftmotstanden får legeringen til å oksidere og dermed gløder overflaten til prosjektilet.
Cerium(IV)oksid, CeO2, i blanding med thorium(IV)oksid, ThO2, får en svakt lysende gassflamme til å sende ut et kraftig, dagslyslignende lys. Dette utnyttes i auerbrennere.
I katalysatorer
Cerium(IV)oksid kan brukes som katalysator, blant annet for å gi fullstendig forbrenning i selvrensende stekeovner, eller for å øke lysintensiteten i karbonlysbuelamper som tidligere ble brukt i kinoprojektorer.
En svært viktig anvendelse av cerium(IV)oksid i dag er i avgasskatalysatorer for biler. En liten mengde CeO2 øker levetiden til katalysatoren og reduserer CO-utslippene betydelig ved at CO (karbonmonoksid) delvis oksideres til karbondioksid. I tillegg oksideres hydrokarboner som ikke har blitt fullstendig forbrent.
Cerium katalyserer dessuten reduksjonen av NOx til nitrogengass. Tabletter basert på cerium(IV)oksid kan brukes for å redusere utslippene av dinitrogenoksid i forbindelse med produksjon av gjødsel.
I poleringsmiddel for optiske glass
Cerium(IV)oksid brukes også som poleringsmiddel for optiske glass, videre som tilsetning til glass som er utsatt for røntgenstråling og annen stråling for å hindre avfarging, for eksempel i fargefjernsynsrør hvor elektronstrålingen ellers ville ødelegge bildets fargekvalitet.
I sparepærer
Cerium brukes også i sparepærer. Disse pærene gir fra seg lys i blått, grønt og rødt, slik at det resulterende lyset ser hvitt ut for øyet. Det er en blanding av cerium, lantan og terbium som gir den grønne fargen.
I leker
Cerium(III)sulfid, Ce2S3, brukes som rødt pigment i leker. Tidligere ble kadmiumsulfid brukt til dette, men kadmium er svært giftig og må om mulig unngås.
I medisin
Cerium(III)oksalat, Ce2(C2O4)3\(\cdot\)10H2O,er et fargeløst, vannløselig, krystallinsk pulver som kan brukes mot brekninger ved reisesyke.
Forekomst
Mineralet monazitt inneholder betydelige mengder cerium.
I naturen finnes cerium i en rekke mineraler. De viktigste er monazitt og bastnäsitt. Større forekomster av bastnäsitt og monazitt, hovedsakelig som monazittsand, finnes i USA, Russland og Sverige. Mineralene ceritt og allanitt inneholder også cerium.
Cerium utgjør 68 ppm av jordskorpen, og er det mest utbredte av lantanoidene. Cerium er vanligere enn kjente bruksmetaller som sink, kobber, bly, tinn, sølv og gull.
Historikk
Grunnstoffet cerium har fått navn etter asteroiden Ceres.
Cerium ble oppdaget i 1803 av den tyske kjemikeren Martin Heinrich Klaproth og av svenskene Wilhelm Hisinger (1766–1852) og Jöns Jacob Berzelius uavhengig av hverandre. Det har navn etter dvergplaneten Ceres, som ble oppdaget to år tidligere. Ceres ble fram til 2006 ansett som en asteroide, og var den første som ble oppdaget.
Cerium ble først oppdaget i form av sitt fireverdige oksid, CeO2. I metallisk form ble cerium første gang fremstilt i 1875. Rent cerium (99,99 prosent) ble første gang fremstilt i 1936.
Fremstilling
Fremstilling av rent cerium eller CeO2 fritt for de andre lantanoidene krever omhyggelig separasjon. Ved fremstillingen utnytter man at oksidasjonstallet til cerium vanligvis er IV, mens III er desidert vanligst for de andre lantanoidene. Tidligere ble løselighet av salter benyttet. Moderne metoder bruker ionebytterkolonner eller væske-væske-ekstraksjon. Etter separasjon kan ionene felles som oksalater som ved oppvarming spaltes til oksider.
Ceriummetall fremstilles ved elektrolyse av cerium(III)klorid eller ved termokjemisk reduksjon av fluoridet eller kloridet med alkali- eller jordalkalimetaller ved temperatur på cirka 1400 °C.
Kjemiske egenskaper
Metallisk cerium er svært uedelt og oksideres ved romtemperatur, særlig i fuktig luft. Ved oppvarming øker oksidasjonen og til slutt begynner metallet å brenne med et blendende hvitt lys. Cerium reagerer med vann og løses lett av fortynnede syrer.
Forbindelser
I sine kjemiske forbindelser opptrer cerium med oksidasjonstall III eller IV. Sure løsninger av cerium(IV) er sterkt oksiderende og blir brukt som oksidasjonsmiddel i preparativ organisk kjemi og i analytisk kjemi. Det viktigste oksidet av cerium er cerium(IV)oksid, CeO2. Andre viktige ceriumforbindelser er cerium(III)nitrat, Ce(NO)3, og cerium(IV)sulfat, Ce(SO4)2.
Allotropi og isotoper
Cerium har fire allotrope former. α-Cerium har en massetetthet på 8,24 g/cm³, mens β- og γ-cerium har en massetetthet på 6,70 g/cm³ ved 25 °C.
Naturlig forekommende cerium består av fire isotoper med nukleontallene 136, 138, 140 (88,5 prosent) og 142. I tillegg kjenner man 19 kunstig fremstilte, radioaktive isotoper.