Struktura tlenku ceru (IV), właściwości, zastosowanie

Plik tlenek ceru (IV) tlenek ceru to białe lub bladożółte nieorganiczne ciało stałe, które jest wytwarzane przez utlenianie ceru (Ce) przez tlen do jego wartościowości 4+. Wzór chemiczny tlenku ceru to CeO_dwa i jest najbardziej stabilnym tlenkiem ceru.

Cer (Ce) to pierwiastek z serii lantanowców zaliczanych do metali ziem rzadkich. Naturalnym źródłem tego tlenku jest bastnasyt mineralny. W handlowym koncentracie tego minerału CEO_dwa można znaleźć w przybliżonej ilości do 30% wagowych.

Dyrektor Generalny_dwa można łatwo otrzymać ogrzewając wodorotlenek ceru (III), Ce (OH) w powietrzu lub w tlenie₃, lub dowolna sól ceru (III), taka jak szczawian, węglan lub azotan.

Dyrektor Generalny_dwa Stechiometryczny można otrzymać przez wysokotemperaturową reakcję tlenku ceru (III) z tlenem pierwiastkowym. Tlen musi być w nadmiarze i należy pozostawić wystarczający czas na zakończenie konwersji różnych powstających faz niestechiometrycznych..

Fazy ​​te obejmują wielokolorowe produkty z formułą CeO_x (gdzie x waha się od 1,5 do 2,0). Nazywa się je również CeO_2-x, gdzie x może mieć wartość do 0,3. Dyrektor Generalny_dwa Jest to najpowszechniej stosowana forma Ce w branży. Ma niską klasyfikację toksyczności, zwłaszcza ze względu na słabą rozpuszczalność w wodzie..

Indeks artykułów

• 1 Struktura
• 2 Nazewnictwo
• 3 Właściwości
  • 3.1 Stan fizyczny
  • 3.2 Twardość Mohsa
  • 3.3 Masa cząsteczkowa
  • 3.4 Temperatura topnienia
  • 3.5 Gęstość
  • 3.6 Rozpuszczalność
  • 3.7 Współczynnik załamania światła
  • 3.8 Inne właściwości
• 4 Zastosowania
  • 4.1 - W przemyśle metalurgicznym
  • 4.2 - W przemyśle szklarskim
  • 4.3 - W emaliach
  • 4.4 - Z ceramiki cyrkonowej
  • 4.5 - W katalizatorach do kontroli emisji spalin
  • 4.6 - W katalizie reakcji chemicznych
  • 4.7 - W zastosowaniach biologicznych i biomedycznych
  • 4.8 - Inne zastosowania
• 5 Referencje

Struktura

Stechiometryczny tlenek ceru (IV) krystalizuje w sześciennej sieci podobnej do fluorytu (CaF_dwa), z jonami 8 O.^dwa- w strukturze sześciennej skoordynowanej z 4 jonami Ce⁴⁺.

Nomenklatura

- Tlenek ceru (IV).

- Tlenek ceru.

- Dwutlenek ceru.

- Ceria.

- Stechiometryczny tlenek ceru: materiał wykonany w całości z CeO_dwa.

- Niestechiometryczny tlenek ceru: materiał utworzony przez mieszane tlenki z CeO_dwa aż do CEO_1.5

Nieruchomości

Stan fizyczny

Bladożółte ciało stałe. Kolor jest wrażliwy na stechiometrię i obecność innych lantanowców. Tlenki niestechiometryczne są często niebieskie.

Twardość Mohsa

6-6,1 około.

Waga molekularna

172,12 g / mol.

Temperatura topnienia

Około 2600 ºC.

Gęstość

7,132 g / cm³

Rozpuszczalność

Nierozpuszczalny w gorącej i zimnej wodzie. Rozpuszczalny w stężonym kwasie siarkowym i stężonym kwasie azotowym. Nierozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach.

Współczynnik załamania światła

2.2.

Inne właściwości

Dyrektor Generalny_dwa Jest to substancja obojętna, nie atakują jej mocne kwasy ani zasady. Jednak może być rozpuszczony przez kwasy w obecności czynników redukujących, takich jak nadtlenek wodoru (H_dwaLUB_dwa) czy cyna (II) generująca m.in. roztwory ceru (III).

Posiada wysoką stabilność termiczną. Nie ulega zmianom krystalograficznym podczas zwykłych okresów ogrzewania.

Jego uwodniona pochodna (CeO_dwa.nH_dwaO) to żółty i galaretowaty osad otrzymywany przez traktowanie roztworów ceru (IV) zasadami.

Dyrektor Generalny_dwa jest słabo wchłaniany z przewodu pokarmowego, więc nie ma skutków toksycznych.

Aplikacje

- W przemyśle metalurgicznym

Dyrektor Generalny_dwa stosowany na elektrodach w niektórych technologiach spawania, takich jak spawanie łukiem wolframowym w osłonie gazów obojętnych.

Tlenek jest drobno rozproszony w całej matrycy wolframu. Przy niskim napięciu te cząsteczki CeO_dwa dają większą niezawodność niż sam wolfram.

- W przemyśle szklarskim

Polerowanie szkła

Tlenek ceru jest najbardziej skutecznym środkiem polerującym dla większości dostępnych w handlu kompozycji szkła. Dyrektor Generalny_dwa prawie całkowicie zastąpił inne tlenki polerskie, takie jak Fe_dwaLUB₃, krzemionka i ZrO_dwa, ze względu na większą prędkość polerowania i czyszczenia, które rosną wraz ze wzrostem stopnia czystości tlenku.

Dostępne w handlu pasty do szkła na bazie proszków tlenku ceru mają określone rozmiary cząstek i kontrolowaną zdolność do dyspergowania w układach wodnych..

Proces polerowania szkła wymaga wody, a to, co jest usuwane lub reformowane, to bardziej miękka uwodniona warstwa powierzchniowa. Środek polerujący powinien mieć twardość Mohsa około 6,5, bliską twardości większości szkła.

Tlenek ceru w wodzie zawiera parę Ce (IV) / Ce (III), która dzięki reakcjom utleniania-redukcji może zapewnić pomoc chemiczną podczas rozpadu sieci krzemianu szklanego.

Dyrektor Generalny_dwa o wysokim stopniu czystości służy do obróbki luster, telewizorów, soczewek okulistycznych i precyzyjnego materiału optycznego.

Przebarwienia szkła

Dyrektor Generalny_dwa może odbarwić szkło sodowo-wapniowe do butelek, dzbanków i tym podobnych. Ce (IV) utlenia zanieczyszczenia Fe (II), które zapewniają niebieskawo-zielony kolor, do Fe (III), co daje 10-krotnie słabszy żółty kolor.

Szkło odporne na promieniowanie

Dodatek 1% CeO_dwa Wszystkie szkła zapobiegają odbarwieniom lub ciemnieniu szkła spowodowanemu bombardowaniem wysokoenergetycznymi elektronami w okularach telewizyjnych. To samo dotyczy szkła używanego w oknach w gorących ogniwach w przemyśle nuklearnym, ponieważ tłumi odbarwienia wywołane promieniowaniem gamma..

Uważa się, że mechanizm supresji zależy od obecności jonów Ce⁴⁺ i Ce³⁺ w szklanej siatce.

Okulary światłoczułe

Niektóre preparaty szklane mogą wywoływać utajone obrazy, które można następnie przekształcić w trwałą strukturę lub kolor..

Ten rodzaj szkła zawiera CeO_dwa który pochłania promieniowanie UV i uwalnia elektrony w szklanej matrycy.

Po obróbce następuje wzrost kryształów innych związków w szkle, tworząc szczegółowe wzory do zastosowań elektronicznych lub dekoracyjnych..

- W emalii

Ze względu na wysoki współczynnik załamania światła CeO_dwa jest środkiem zmętniającym w kompozycjach emalii stosowanych jako powłoki ochronne na metalach.

Wysoka stabilność termiczna oraz wyjątkowy kształt krystalograficzny w całym zakresie temperatur osiąganych podczas procesu glazurowania sprawiają, że nadaje się do stosowania w emalii porcelanowej..

W tej aplikacji CEO_dwa Zapewnia pożądaną białą powłokę podczas wypalania szkliwa. To składnik, który zapewnia krycie.

- Z ceramiki cyrkonowej

Ceramika cyrkonowa jest izolatorem termicznym i jest stosowana w zastosowaniach wysokotemperaturowych. Wymaga dodatku, aby miał wysoką wytrzymałość i twardość. Dodawanie prezesa_dwa Tlenek cyrkonu daje materiał o wyjątkowej twardości i dobrej odporności.

Tlenek cyrkonu domieszkowany CeO_dwa stosowany w powłokach jako bariera termiczna na powierzchniach metalowych.

Na przykład w częściach silników lotniczych powłoki te chronią przed wysokimi temperaturami, na które narażone byłyby metale..

- W katalizatorach do kontroli emisji spalin

Dyrektor Generalny_dwa Jest aktywnym składnikiem usuwania zanieczyszczeń ze spalin samochodowych. Wynika to w dużej mierze z jego zdolności do magazynowania lub uwalniania tlenu w zależności od otaczających go warunków..

Katalizator w pojazdach silnikowych znajduje się pomiędzy silnikiem a wylotem spalin. Zawiera katalizator, który musi utleniać niespalone węglowodory, przekształcić CO w CO_dwa, i zredukuj tlenki azotu, NO_x, do N_dwa mnie_dwa.

Oprócz platyny i innych metali katalitycznych, głównym aktywnym składnikiem tych wielofunkcyjnych systemów jest CeO_dwa.

Każdy katalizator zawiera 50-100 g CeO_dwa drobno podzielony, który spełnia kilka funkcji. Najważniejsze z nich to:

Działa jako stabilizator tlenku glinu o dużej powierzchni

Tlenek glinu o dużej powierzchni ma tendencję do spiekania się, tracąc swoją dużą powierzchnię podczas pracy w wysokiej temperaturze. Jest to opóźnione przez obecność CeO_dwa.

Zachowuje się jak środek uwalniający bufor tlenowy

Ze względu na zdolność do tworzenia niestechiometrycznych tlenków CeO_2-x, tlenek ceru (IV) dostarcza pierwiastkowy tlen o własnej strukturze w okresie cyklu ubogiego w tlen / bogatego w paliwo.

W ten sposób utlenianie niespalonych węglowodorów pochodzących z silnika i konwersja CO w CO może być kontynuowana._dwa, nawet wtedy, gdy gazowy tlen jest niewystarczający.

Następnie, w okresie cyklu bogatego w tlen, pobiera tlen i ponownie utlenia się, odzyskując stechiometryczną postać CeO_dwa.

Inni

Działa jako wzmacniacz zdolności katalitycznej rodu w redukcji tlenków azotu NO_x do azotu i tlenu.

- W katalizie reakcji chemicznych

W procesach krakingu katalitycznego w rafineriach CeO_dwa działa jako utleniacz katalityczny, który pomaga w konwersji SO_dwa na tak₃ i sprzyja tworzeniu się siarczanów w określonych pułapkach procesu.

Dyrektor Generalny_dwa poprawia aktywność katalizatora na bazie tlenku żelaza stosowanego do otrzymywania styrenu wychodząc z etylobenzenu. Jest to prawdopodobnie spowodowane pozytywnym oddziaływaniem między parami redukcyjno-tlenkowymi Fe (II) - Fe (III) i Ce (III) - Ce (IV).

- W zastosowaniach biologicznych i biomedycznych

Znaleziono nanocząsteczki CeO_dwa działają poprzez zmiatanie wolnych rodników, takich jak ponadtlenek, nadtlenek wodoru, rodniki hydroksylowe i tlenku azotu.

Mogą chronić tkanki biologiczne przed uszkodzeniami wywołanymi promieniowaniem, uszkodzeniami siatkówki wywołanymi laserem, wydłużać żywotność komórek fotoreceptorów, zmniejszać urazy kręgosłupa, zmniejszać przewlekłe stany zapalne i promować angiogenezę lub tworzenie naczyń krwionośnych.

Ponadto niektóre nanowłókna zawierające nanocząsteczki CeO_dwa okazały się toksyczne wobec szczepów bakteryjnych, będąc obiecującymi kandydatami do zastosowań bakteriobójczych.

- Inne zastosowania

Dyrektor Generalny_dwa Jest to materiał elektroizolacyjny ze względu na doskonałą stabilność chemiczną, wysoką względną przenikalność elektryczną (ma dużą tendencję do polaryzacji pod wpływem pola elektrycznego) oraz siatkę krystaliczną podobną do krzemu..

Znalazła zastosowanie w kondensatorach i warstwach tłumiących z materiałów nadprzewodzących.

Jest również stosowany w czujnikach gazu, materiałach elektrod do ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem, pompach tlenu i monitorach tlenu..

Bibliografia

1. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
2. Bailar, J.C .; Emeléus, H.J.; Sir Ronald Nyholm i Trotman-Dickenson, A.F. (1973). Kompleksowa chemia nieorganiczna. Tom 4. Pergamon Press.
3. Kirk-Othmer (1994). Encyklopedia technologii chemicznej. Tom 5. Wydanie czwarte. John Wiley & Sons.
4. Encyklopedia chemii przemysłowej Ullmanna. (1990). Piąta edycja. Tom A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald i in. (2012). Analiza i ryzyko nanomateriałów w próbkach środowiskowych i żywności. W kompleksowej chemii analitycznej. Odzyskany z sciencedirect.com.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Tlenek glinu, tytan, ceria, krzemian, wolframian i inne materiały. W materiałach dielektrycznych do komunikacji bezprzewodowej. Odzyskany z sciencedirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan, i in. (2015). Rusztowania o właściwościach antybakteryjnych. W zastosowaniach nanotechnologii w inżynierii tkankowej. Odzyskany z sciencedirect.com.
8. Gottardi V. i in. (1979). Polerowanie powierzchni szkła badanego techniką nuklearną. Biuletyn Hiszpańskiego Towarzystwa Ceramiki i Szkła, tom 18, nr 3. Odzyskany z boletines.secv.es.