Cerium (IV) oxidstruktur, egenskaber, anvendelser

Det cerium (IV) oxid u ceriumoxid er et hvidt eller lysegult uorganisk fast stof, der produceres ved oxidation af cerium (Ce) med ilt til dets 4+ valens. Den kemiske formel for ceriumoxid er CeO_to og er den mest stabile oxid af cerium.

Cerium (Ce) er et element i serien af ​​lanthanider, der er inkluderet i gruppen af ​​sjældne jordarter. Naturlig kilde til dette oxid er mineralbastnasitten. I det kommercielle koncentrat af dette mineral CeO_to kan findes i en omtrentlig andel på op til 30 vægtprocent.

Administrerende direktør_to kan let opnås ved opvarmning af cerium (III) hydroxid, Ce (OH) i luft eller ilt₃, eller ethvert salt af cerium (III), såsom oxalat, carbonat eller nitrat.

Administrerende direktør_to Støkiometrisk kan opnås ved høj temperatur reaktion af cerium (III) oxid med elementært ilt. Oxygenet skal være i overskud, og tilstrækkelig tid skal have til at afslutte omdannelsen af ​​de forskellige ikke-støkiometriske faser, der dannes..

Disse faser omfatter flerfarvede produkter med CeO-formlen_x (hvor x varierer mellem 1,5 og 2,0). De kaldes også CeO_2-x, hvor x kan have en værdi på op til 0,3. Administrerende direktør_to Det er den mest anvendte form for Ce i branchen. Det har en lav toksicitetsklassifikation, især på grund af dets dårlige opløselighed i vand..

Artikelindeks

• 1 Struktur
• 2 Nomenklatur
• 3 egenskaber
  • 3.1 Fysisk tilstand
  • 3.2 Mohs hårdhed
  • 3.3 Molekylvægt
  • 3.4 Smeltepunkt
  • 3.5 Densitet
  • 3.6 Opløselighed
  • 3.7 Brydningsindeks
  • 3.8 Andre egenskaber
• 4 anvendelser
  • 4.1 - I den metallurgiske industri
  • 4.2 - I glasindustrien
  • 4.3 - I emaljer
  • 4.4 - I zirkoniumoxidkeramik
  • 4.5 - I katalysatorer til emissionskontrol af køretøjer
  • 4.6 - Ved katalyse af kemiske reaktioner
  • 4.7 - I biologiske og biomedicinske applikationer
  • 4.8 - Andre anvendelser
• 5 Referencer

Struktur

Støkiometrisk cerium (IV) oxid krystalliserer i det fluorlignende kubiske gitter (CaF_to) med 8 O-ioner^to- i en kubisk struktur koordineret med 4 Ce-ioner⁴⁺.

Nomenklatur

- Cerium (IV) oxid.

- Ceroxid.

- Ceriumdioxid.

- Ceria.

- Støkiometrisk ceriumoxid: materiale fremstillet udelukkende af CeO_to.

- Ikke-støkiometrisk ceriumoxid: materiale dannet af blandede oxider fra CeO_to op til administrerende direktør_1.5

Ejendomme

Fysisk tilstand

Lysegult fast stof. Farve er følsom over for støkiometri og tilstedeværelsen af ​​andre lanthanider. Ikke-støkiometriske oxider er ofte blå.

Mohs hårdhed

6-6.1 ca..

Molekylær vægt

172,12 g / mol.

Smeltepunkt

2600 ºC ca..

Massefylde

7.132 g / cm³

Opløselighed

Uopløselig i varmt og koldt vand. Opløselig i koncentreret svovlsyre og koncentreret salpetersyre. Uopløselig i fortyndede syrer.

Brydningsindeks

2.2.

Andre egenskaber

Administrerende direktør_to Det er et inaktivt stof, det angribes ikke af stærke syrer eller baser. Det kan imidlertid opløses af syrer i nærvær af reduktionsmidler, såsom hydrogenperoxid (H_toELLER_to) eller tin (II), blandt andet, der genererer opløsninger af cerium (III).

Det har høj termisk stabilitet. Undergår ikke krystallografiske ændringer under sædvanlige opvarmningsintervaller.

Dens hydratiserede derivat (CeO_to.nH_toO) er et gult og gelatinøst bundfald, der opnås ved behandling af opløsninger af cerium (IV) med baser.

Administrerende direktør_to det absorberes dårligt fra mave-tarmkanalen, så det har ingen toksiske virkninger.

Ansøgninger

- I den metallurgiske industri

Administrerende direktør_to anvendes på elektroderne til visse svejseteknologier, såsom wolframbuesvejsning med inert gas.

Oxidet dispergeres fint gennem wolframmatrixen. Ved lave spændinger disse CeO-partikler_to giver større pålidelighed end wolfram alene.

- I glasindustrien

Glaspolering

Ceriumoxid er det mest effektive poleringsmiddel til de fleste kommercielle glassammensætninger. Administrerende direktør_to har næsten fuldstændigt erstattet andre poleringsoxider, såsom Fe_toELLER₃, silica og ZrO_to, på grund af dens højere poleringshastighed og rengøring, som øges, når graden af ​​oxidens renhed stiger.

Kommercielle glaspoler baseret på ceriumoxidpulvere har definerede partikelstørrelser og kontrolleret dispergerbarhed i vandige systemer..

Glaspoleringsprocessen kræver vand, og hvad der fjernes eller reformeres er et blødere hydratiseret overfladelag. Poleringsmidlet skal have en Mohs-hårdhed på ca. 6,5 tæt på hårdheden af ​​det fleste glas.

Ceriumoxid i vand indeholder paret Ce (IV) / Ce (III), der med dets oxidationsreduktionsreaktioner kan give kemisk hjælp under nedbrydningen af ​​glassilicatnetværket.

Administrerende direktør_to med en høj grad af renhed bruges det til behandling af spejle, tv-apparater, oftalmiske linser og optisk præcisionsmateriale.

Misfarvning af glas

Administrerende direktør_to kan misfarve sodakalkglas til flasker, kander og lignende. Ce (IV) oxiderer Fe (II) urenheder, som giver en blågrøn farve, til Fe (III), hvilket giver en 10 gange svagere gul farve.

Strålingsbestandigt glas

Tilsætningen af ​​1% CeO_to al glas undertrykker misfarvning eller mørkfarvning af glasset forårsaget af bombningen af ​​elektroner med høj energi i tv-briller. Det samme gælder for glas, der bruges i vinduer i varme celler i den nukleare industri, da det undertrykker gammastråleinduceret misfarvning..

Det antages, at undertrykkelsesmekanismen afhænger af tilstedeværelsen af ​​Ce-ioner⁴⁺ og Ce³⁺ i glasnettet.

Lysfølsomme briller

Nogle glasformuleringer kan udvikle latente billeder, som derefter kan konverteres til en permanent struktur eller farve..

Denne type glas indeholder CeO_to som absorberer UV-stråling og frigiver elektroner i glasmatricen.

Efter behandling genereres væksten af ​​krystaller af andre forbindelser i glasset, hvilket skaber detaljerede mønstre til elektroniske eller dekorative anvendelser..

- I emaljer

På grund af dets høje brydningsindeks, CeO_to er et opacificerende middel i emaljesammensætninger anvendt som beskyttende belægning på metaller.

Dens høje termiske stabilitet og dens unikke krystallografiske form i hele temperaturområdet, der nås under glasprocessen, gør den velegnet til brug i porcelænsemaljer..

I denne ansøgning CeO_to Giver den ønskede hvide belægning under emaljeforbrænding. Det er ingrediensen, der giver opacitet.

- I zirkoniumkeramik

Zirconium keramik er en termisk isolator og bruges i applikationer med høj temperatur. Det kræver et additiv for at have høj styrke og sejhed. Tilføjelse af CeO_to Zirconiumoxid producerer et materiale med enestående sejhed og god modstandsdygtighed.

CeO-dopet zirconiumoxid_to anvendes i belægninger til at fungere som en termisk barriere på metaloverflader.

For eksempel i flymotordele beskytter disse belægninger mod de høje temperaturer, som metaller vil blive udsat for..

- I katalysatorer til kontrol af emissioner fra køretøjer

Administrerende direktør_to Det er en aktiv komponent i fjernelsen af ​​forurenende stoffer fra køretøjets emissioner. Dette skyldes i høj grad dets evne til at opbevare eller frigive ilt afhængigt af forholdene omkring det..

Katalysatoren i motorkøretøjer er placeret mellem motoren og udstødningsgasudgangen. Den har en katalysator, der skal oxidere uforbrændte kulbrinter, omdanne CO til CO_to, og reducere nitrogenoxider, NO_x, til N_to mig_to.

Ud over platin og andre katalytiske metaller er den vigtigste aktive komponent i disse multifunktionelle systemer CeO_to.

Hver katalysator indeholder 50-100 g CeO_to fint opdelt, som tjener flere funktioner. De vigtigste er:

Fungerer som en stabilisator for aluminiumoxid med højt overfladeareal

Alumina med høj overfladeareal har tendens til at sintre og mister sit høje overfladeareal under drift ved høj temperatur. Dette er forsinket af tilstedeværelsen af ​​CeO_to.

Det opfører sig som en iltbuffer-frigørelse

På grund af dets evne til at danne ikke-støkiometriske oxider CeO_2-x, cerium (IV) oxid tilvejebringer elementært ilt med sin egen struktur i løbet af den ilt magre / brændstofrige cyklus periode.

Således kan oxidationen af ​​uforbrændte kulbrinter, der kommer fra motoren, og omdannelsen af ​​CO til CO fortsætte._to, selv når gasformigt ilt er utilstrækkeligt.

I den iltrige cyklusperiode optager den iltet og oxiderer igen og genvinder sin støkiometriske form CeO_to.

Andre

Det fungerer som en forstærker af den katalytiske kapacitet af rhodium i reduktionen af ​​nitrogenoxider NO_x til nitrogen og ilt.

- I katalyse af kemiske reaktioner

I de katalytiske krakningsprocesser i raffinaderier, CeO_to fungerer som en katalytisk oxidant, der hjælper med omdannelsen af ​​SO_to til SO₃ og fremmer dannelsen af ​​sulfater i specifikke fælder i processen.

Administrerende direktør_to forbedrer aktiviteten af ​​den jernoxidbaserede katalysator, der anvendes til opnåelse af styren startende fra ethylbenzen. Dette skyldes muligvis den positive interaktion mellem oxidreduktionsparrene Fe (II) - Fe (III) og Ce (III) - Ce (IV).

- I biologiske og biomedicinske applikationer

CeO nanopartikler er fundet_to arbejde ved at fjerne frie radikaler, såsom superoxid, hydrogenperoxid, hydroxyl og nitrogenoxidradikal.

De kan beskytte biologisk væv mod strålingsinduceret skade, laserinduceret retinal skade, øge fotoreceptorcellens levetid, reducere spinalskader, reducere kronisk inflammation og fremme angiogenese eller dannelse af blodkar.

Derudover visse nanofibre indeholdende CeO nanopartikler_to har vist sig at være giftige over for bakteriestammer og være lovende kandidater til bakteriedræbende applikationer.

- Andre anvendelser

Administrerende direktør_to Det er et elektrisk isoleringsmateriale på grund af dets fremragende kemiske stabilitet, høje relative permittivitet (det har en høj tendens til at polarisere, når et elektrisk felt påføres) og et krystallinsk gitter svarende til silicium..

Det har fundet anvendelse i kondensatorer og dæmpende lag af superledende materialer.

Det bruges også i gassensorer, brændselscelleelektrodematerialer i fast oxid, iltpumper og iltmonitorer..

Referencer

1. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avanceret uorganisk kemi. Fjerde udgave. John Wiley & Sons.
2. Bailar, J.C.; Emeléus, H.J.; Sir Ronald Nyholm og Trotman-Dickenson, A.F. (1973). Omfattende uorganisk kemi. Bind 4. Pergamon Press.
3. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology. Bind 5. fjerde udgave. John Wiley & Sons.
4. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. (1990). Femte udgave. Bind A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald et al. (2012). Analyse og risiko for nanomaterialer i miljø- og fødevareprøver. I omfattende analytisk kemi. Gendannet fra sciencedirect.com.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Alumina, Titania, Ceria, Silicate, Tungstate og andre materialer. I dielektriske materialer til trådløs kommunikation. Gendannet fra sciencedirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan, et al. (2015). Stilladser med antibakterielle egenskaber. I nanoteknologiske applikationer til vævsteknik. Gendannet fra sciencedirect.com.
8. Gottardi V., et al. (1979). Polering af overfladen på et glas undersøgt med en nuklear teknik. Bulletin for det spanske selskab for keramik og glas, bind 18, nr. 3. Gendannet fra boletines.secv.es.