Cerium (IV) oksydstruktur, egenskaper, bruksområder

De cerium (IV) oksid u cerikkoksid er et hvitt eller lysegult uorganisk fast stoff som produseres ved oksidasjon av cerium (Ce) av oksygen til dets 4+ valens. Den kjemiske formelen for ceriumoksid er CeO_to og er det mest stabile oksidet av cerium.

Cerium (Ce) er et element i serien av lanthanider, som inngår i gruppen sjeldne jordarter. Naturlig kilde til dette oksidet er mineralet bastnasite. I det kommersielle konsentratet av dette mineralet CeO_to kan finnes i en omtrentlig andel på opptil 30 vekt%.

Konsernsjefen_to kan lett oppnås ved oppvarming av cerium (III) hydroksid, Ce (OH) i luft eller oksygen₃, eller noe salt av cerium (III), så som oksalat, karbonat eller nitrat.

Konsernsjefen_to Støkiometrisk kan oppnås ved høytemperaturreaksjon av cerium (III) oksid med elementært oksygen. Oksygenet må være i overskudd og tilstrekkelig tid må få lov til å fullføre omdannelsen av de forskjellige ikke-støkiometriske fasene som dannes..

Disse fasene består av flerfargede produkter med CeO-formelen_x (der x varierer mellom 1,5 og 2,0). De kalles også CeO_2-x, hvor x kan ha en verdi på opptil 0,3. Konsernsjefen_to Det er den mest brukte formen for Ce i bransjen. Den har en lav toksisitetsklassifisering, spesielt på grunn av dårlig løselighet i vann..

Artikkelindeks

• 1 Struktur
• 2 Nomenklatur
• 3 eiendommer
  • 3.1 Fysisk tilstand
  • 3.2 Mohs hardhet
  • 3.3 Molekylvekt
  • 3.4 Smeltepunkt
  • 3,5 Tetthet
  • 3.6 Løselighet
  • 3.7 Brytningsindeks
  • 3.8 Andre egenskaper
• 4 bruksområder
  • 4.1 - I metallindustrien
  • 4.2 - I glassindustrien
  • 4.3 - I emaljer
  • 4.4 - I zirkoniumkeramikk
  • 4.5 - I katalysatorer for utslippskontroll for kjøretøy
  • 4.6 - Ved katalyse av kjemiske reaksjoner
  • 4.7 - I biologiske og biomedisinske applikasjoner
  • 4.8 - Andre bruksområder
• 5 Referanser

Struktur

Støkiometrisk cerium (IV) oksid krystalliserer seg i det fluorittlignende kubiske gitteret (CaF_to), med 8 O-ioner^to- i en kubisk struktur koordinert med 4 Ce-ioner⁴⁺.

Nomenklatur

- Cerium (IV) oksid.

- Ceric oksid.

- Ceriumdioksid.

- Ceria.

- Støkiometrisk ceriumoksid: materiale laget utelukkende av CeO_to.

- Ikke-støkiometrisk ceriumoksid: materiale dannet av blandede oksider fra CeO_to opp til konsernsjefen_1.5

Eiendommer

Fysisk tilstand

Blekgult fast stoff. Farge er følsom for støkiometri og tilstedeværelsen av andre lanthanider. Ikke-støkiometriske oksider er ofte blå.

Mohs hardhet

6-6.1 omtrent.

Molekylær vekt

172,12 g / mol.

Smeltepunkt

2600 ºC omtrent.

Tetthet

7.132 g / cm³

Løselighet

Uoppløselig i varmt og kaldt vann. Løselig i konsentrert svovelsyre og konsentrert salpetersyre. Uoppløselig i fortynnede syrer.

Brytningsindeks

2.2.

Andre egenskaper

Konsernsjefen_to Det er et inert stoff, det blir ikke angrepet av sterke syrer eller baser. Imidlertid kan den oppløses av syrer i nærvær av reduksjonsmidler, slik som hydrogenperoksid (H_toELLER_to) eller tinn (II), blant annet, genererende løsninger av cerium (III).

Den har høy termisk stabilitet. Gjennomgår ikke krystallografiske endringer under vanlige oppvarmingsintervaller.

Dens hydratiserte derivat (CeO_to.nH_toO) er et gult og gelatinøst bunnfall som oppnås ved å behandle oppløsninger av cerium (IV) med baser.

Konsernsjefen_to den absorberes dårlig fra mage-tarmkanalen, så den har ingen toksiske effekter.

applikasjoner

- I metallindustrien

Konsernsjefen_to brukes på elektrodene til visse sveiseteknologier, for eksempel lysbuesveising av inert gass.

Oksidet er fint spredt gjennom wolframmatrisen. Ved lave spenninger disse CeO-partiklene_to gir større pålitelighet enn wolfram alene.

- I glassindustrien

Glasspussing

Ceriumoxide er det mest effektive poleringsmidlet for de fleste kommersielle glassblandinger. Konsernsjefen_to har nesten helt erstattet andre poleringsoksider, som Fe_toELLER₃, silisiumdioksyd og ZrO_to, på grunn av høyere poleringshastighet og rengjøring, som øker når oksydets renhetsgrad øker.

Kommersielle glasspolerere basert på ceriumoksydpulver har definerte partikkelstørrelser og kontrollert dispergerbarhet i vandige systemer..

Glasspoleringsprosessen krever vann, og det som fjernes eller reformeres er et mykere, hydrert overflatelag. Poleringsmidlet skal ha en Mohs-hardhet på ca. 6,5, nær hardheten til det meste glasset.

Ceriumoksid i vann inneholder Ce (IV) / Ce (III) paret som med oksidasjonsreduksjonsreaksjoner kan gi kjemisk hjelp under nedbryting av glassilikatnettverket.

Konsernsjefen_to med høy renhet brukes den til å behandle speil, TV-apparater, oftalmiske linser og presisjonsoptisk materiale.

Misfarging av glass

Konsernsjefen_to kan misfarge sodakalkglass til flasker, kanner og lignende. Ce (IV) oksyderer Fe (II) urenheter, som gir en blågrønn farge, til Fe (III) som gir en 10 ganger svakere gul farge.

Strålebestandig glass

Tilsetningen av 1% CeO_to al glass undertrykker misfarging eller mørkning av glasset forårsaket av bombardement av høyenergielektroner i TV-briller. Det samme gjelder glass som brukes i vinduer i varme celler i kjernefysisk industri, da det undertrykker gammastråleindusert misfarging..

Det antas at undertrykkelsesmekanismen er avhengig av tilstedeværelsen av Ce-ioner⁴⁺ og Ce³⁺ i glassnettet.

Lysfølsomme briller

Noen glassformuleringer kan utvikle latente bilder som deretter kan konverteres til en permanent struktur eller farge..

Denne typen glass inneholder CeO_to som absorberer UV-stråling og frigjør elektroner i glassmatrisen.

Etter behandling genereres veksten av krystaller av andre forbindelser i glasset, og skaper detaljerte mønstre for elektronisk eller dekorativ bruk..

- I emaljer

På grunn av sin høye brytningsindeks, CeO_to er et opakiserende middel i emaljesammensetninger brukt som beskyttende belegg på metaller.

Den høye termiske stabiliteten og den unike krystallografiske formen gjennom hele temperaturområdet som oppnås under glassprosessen, gjør den egnet til bruk i porselenemaljer..

I denne applikasjonen CeO_to Gir ønsket hvitt belegg under emaljeforbrenning. Det er ingrediensen som gir opasitet.

- I zirkoniumkeramikk

Zirkoniumkeramikk er en termisk isolator og brukes i applikasjoner med høy temperatur. Det krever et tilsetningsstoff for å ha høy styrke og seighet. Legger til CeO_to Zirkoniumoksid produserer et materiale med eksepsjonell seighet og god motstand.

CeO-dopet zirkoniumoksid_to brukes i belegg for å fungere som en termisk barriere på metalloverflater.

For eksempel i flymotordeler beskytter disse beleggene mot de høye temperaturene som metaller vil bli utsatt for..

- I katalysatorer for utslippskontroll for kjøretøy

Konsernsjefen_to Det er en aktiv komponent i fjerning av forurensende stoffer fra kjøretøyutslipp. Dette skyldes i stor grad evnen til å lagre eller frigjøre oksygen, avhengig av forholdene rundt det..

Katalysatoren i motorvogner er plassert mellom motoren og avgassutløpet. Den har en katalysator som må oksidere uforbrente hydrokarboner, omdanne CO til CO_to, og redusere nitrogenoksider, NO_x, til N_to meg_to.

I tillegg til platina og andre katalytiske metaller er den viktigste aktive komponenten i disse multifunksjonelle systemene CeO_to.

Hver katalysator inneholder 50-100 g CeO_to finfordelt, som tjener flere funksjoner. De viktigste er:

Fungerer som en stabilisator for aluminiumoksyd med høyt overflateareal

Alumina med høyt overflateareal har en tendens til å sintre og mister sitt høye overflateareal under drift med høy temperatur. Dette er forsinket av tilstedeværelsen av CeO_to.

Det oppfører seg som en oksygenbuffer-frigjøring

På grunn av dets evne til å danne ikke-støkiometriske oksider CeO_2-x, cerium (IV) oksid gir elementært oksygen av sin egen struktur i løpet av den oksygenmager / drivstoffrike syklusperioden.

Dermed kan oksidasjonen av uforbrente hydrokarboner som kommer fra motoren og omdannelsen av CO til CO fortsette._to, selv når gassformet oksygen er utilstrekkelig.

I den oksygenrike syklusperioden tar den opp oksygenet og oksiderer igjen og gjenvinner sin støkiometriske form CeO_to.

Andre

Det fungerer som en forsterker av den katalytiske kapasiteten til rodium i reduksjonen av nitrogenoksider NO_x til nitrogen og oksygen.

- I katalyse av kjemiske reaksjoner

I de katalytiske sprekkprosessene til raffinerier, CeO_to fungerer som en katalytisk oksidant som hjelper til med omdannelsen av SO_to til SÅ₃ og fremmer dannelsen av sulfater i spesifikke feller av prosessen.

Konsernsjefen_to forbedrer aktiviteten til den jernoksydbaserte katalysatoren som brukes til å oppnå styren med utgangspunkt i etylbenzen. Dette skyldes muligens den positive interaksjonen mellom oksydreduksjonsparene Fe (II) - Fe (III) og Ce (III) - Ce (IV).

- I biologiske og biomedisinske applikasjoner

CeO nanopartikler er funnet_to arbeid ved å fjerne frie radikaler, som superoksyd, hydrogenperoksid, hydroksyl og nitrogenoksydradikal.

De kan beskytte biologisk vev mot strålingsindusert skade, laserindusert retinal skade, øke levetiden til fotoreseptorceller, redusere ryggskader, redusere kronisk betennelse og fremme angiogenese eller dannelse av blodkar.

I tillegg visse nanofibre som inneholder CeO nanopartikler_to har vist seg å være giftige mot bakteriestammer, og være lovende kandidater for bakteriedrepende applikasjoner.

- Andre bruksområder

Konsernsjefen_to Det er et elektrisk isolasjonsmateriale på grunn av sin utmerkede kjemiske stabilitet, høye relative permittivitet (det har en høy tendens til å polarisere når et elektrisk felt påføres) og et krystallinsk gitter som ligner på silisium..

Den har funnet anvendelse i kondensatorer og dempende lag av superledende materialer.

Den brukes også i gassensorer, faste oksid-brenselcelleelektrodematerialer, oksygenpumper og oksygenmonitorer..

Referanser

1. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avansert uorganisk kjemi. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
2. Bailar, J.C.; Emeléus, H.J.; Sir Ronald Nyholm og Trotman-Dickenson, A.F. (1973). Omfattende uorganisk kjemi. Volum 4. Pergamon Press.
3. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology. Volum 5. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
4. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. (1990). Femte utgave. Volum A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald et al. (2012). Analyse og risiko for nanomaterialer i miljø- og matprøver. I omfattende analytisk kjemi. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Alumina, Titania, Ceria, Silicate, Tungstate og andre materialer. I dielektriske materialer for trådløs kommunikasjon. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan, et al. (2015). Stillas med antibakterielle egenskaper. I Nanotechnology Applications for Tissue Engineering. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
8. Gottardi V., et al. (1979). Polering av overflaten på et glass undersøkt med en kjernefysisk teknikk. Bulletin of the Spanish Society of Ceramic and Glass, Vol. 18, No. 3. Gjenopprettet fra boletines.secv.es.