1803年M.H.克拉普罗特、J.J.贝采利乌斯和瑞典的W.希辛格[注]分别独立发现了铈的氧化物,称为ceria(铈土),以纪念1801年发现的小行星谷神星(Ceres)。
铈
- 英文名称
- cerium
- 元素符号
- Ce
- 原子序数
- 58
- 原子量
- 140.116(1)
- 所属学科
- 化学
铈在地壳中的含量约为6.65×10-3%,是稀土元素中丰度最大的,与铜的丰度相近,主要存在于独居石和氟碳铈矿中,也存在于铀、钍和钚的核裂变产物中。自然界存在的铈有4种稳定同位素:铈-136、铈-138、铈-140和铈-142,其中铈-140含量最高(88.48%)。
铁灰色金属,有延展性,硬度与锡类似;熔点799℃,沸点3443℃,密度6.770克/厘米3。室温下铈为面心立方结构。铈原子的电子组态为(Xe)4f15d16s2,常见氧化态+3、+4。除铕以外,铈是稀土元素中最活泼的。室温下,铈在湿空气中很容易氧化;冷水中缓慢分解;热水中很快反应并产生氢气。故须保存在矿物油中。Ce3+离子半径为101.0皮米(6配位)。三氧化二铈不溶于水和碱,溶于酸生成相应的盐如卤化铈、硝酸铈、硫酸铈等。三价铈盐通常为白色,有一个单4f电子,故有顺磁性。铈是稀土金属中最容易形成+4氧化态的金属,常见的+4价化合物有二氧化铈、四氟化铈。Ce4+离子半径为87.0皮米(6配位)。大多数四价铈盐及其溶液为橙红色到橙黄色,具有反磁性和强氧化性,在分析化学中用作氧化剂,如硝酸铈氨〔Ce(NH4)2(NO3)6〕等。铈也能以+2价存在于配合物中,其电子组(Xe)4f15d1,具有强还原性。
在分离稀土元素时,首先把含量最多的铈分离出来,方法是将三价铈氧化成四价铈,利用四价铈在化学性质上与其他三价稀土元素的不同,如它的碱性弱,当混合稀土共存于溶液中时,把Ce3+离子氧化为Ce4+,调溶液的pH为0.8时,Ce4+就以Ce(OH)4沉淀析出,从而将铈从混合稀土中分离出来。金属铈可用钙还原三氟化铈或电解熔融的卤化铈来制备。
二氧化铈作为贵金属(铂、铑、钯等)三元催化剂的载体,可以提高催化剂性能并减少贵金属用量。三元净化催化技术可以使未充分燃烧的碳氢化合物和一氧化碳充分氧化生成二氧化碳和水,使氮氧化物分解成氮气和氧气,从而大大降低汽车尾气对环境的危害。由于其中Ce4+可以进攻表面的碱性位点,二氧化铈比普通的抛光剂的抛光效率更高,可用于抛光精密玻璃制品,如眼镜片、透镜等;也可作玻璃去色剂和用于生产有色玻璃。钾玻璃中加入少量的铜、铈和钛的混合氧化物,可使玻璃变成蓝宝石色。含1.5%二氧化铈的铈玻璃可作耐γ辐射玻璃。含富铈混合稀土的镁合金为一种耐高温优质合金,用于制造飞机、发动机和导弹中的各种铸件。硝酸铈用于制造白炽灯罩。铈和其他稀土元素是许多铁合金和非铁合金的组分,含铈50%的铈铁合金可制打火石。
铈具有低毒性。接触时应注意安全防护。