58 Ce Cerium
Atommasse:
140,116
Fase (ved 25 °C):
Fast
Smeltepunkt:
798 °C / 1071 K
Kokepunkt:
3360 °C / 3633 K
Vis flere fakta
Gruppe:
3
Periode:
6
Blokk:
f
Elektronkonfigurasjon:
[Xe]6s<sup>2</sup>4f<sup>1</sup>5d<sup>1</sup>
Elektronegativitet:
1,12
Tetthet (ved 25 °C):
6,657 g/cm³
Vis færre fakta
Foto: Øystein Foss, UiO

Cerium

Cerium er et metallisk grunnstoff som hører til den gruppen grunnstoff vi kaller lantanoidene. Cerium har farge og glans som jern, og er mykt omtrent som tinn. Grunnstoffet oksideres selv ved romtemperatur, særlig i fuktig luft. Ved oppvarming øker oksidasjonen og til slutt begynner metallet å brenne med et blendende hvitt lys. I rent oksygen skjer dette allerede ved 150 ºC. Cerium angripes av vann og løses lett i fortynnede syrer.

Lantanoidene viser sterkt slektskap og har mye av de samme egenskapene. Historisk var det derfor vanskelig å skille disse grunnstoffene fra hverandre. Og det samme gjelder historien vi ønsker å fortelle på disse nettsidene. Her finner du en fellesartikkel om lantanoidene.

Anvendelser

Cerium og ceriumforbindelser har en rekke anvendelser.

Cerium som metall

Cerium inngår i en legering med andre lantanoider som benyttes for en rekke ulike formål. Dette såkalte mischmetallet inneholder ca. 50 % cerium, 25 % lantan, 18 % neodym, 5 % praseodym og flere andre lantanoidemetaller. Legeringen benyttes i jern og stål og også i aluminium og magnesiumlegeringer.

Med jern gir cerium legeringer som lenge ble anvendt som `flintstein` i lightere og gasstennere. En typisk sammensetning for en slik legering inneholder ca. 70 % mischmetall og 30 % jern. `Flintsteinen` skrapes mot et stålhjul. Dette er nok til at det slås løs bitte små brennende biter som antenner gassen.

Den samme legeringen benyttes til sporing av prosjektiler. Prosjektilets overflate dekkes med denne legeringen. Luftmotstanden får legeringen til å oksidere og overflaten til prosjektilet gløder dermed.

Små mengder cerium (ca. 0.l %) settes ofte til høytemperaturlegeringer. Dette gir økt bestandighet mot korrosjon ved høye temperaturer.

Cerium benyttes dessuten som `getter` i vakuumteknologien - metallet oksideres lett og fjerner med det rester av oksygen i vakuumkammeret som skal evakueres.

Tabletter basert på ceriumoksid.
Copyright: Yara.

Ceriumoksid

Det viktigste oksidet til cerium er ceriumdioksid, CeO2. En vandig `slurry` av dette oksidet er det mest effektive midlet for polering av speil, linser og presisjonsoptikk. I 1985 ble en tredjedel av verdensproduksjonen av cerium benyttet til dette.

En svært viktig anvendelse i dag er i avgasskatalysatorer for biler. En liten mengde CeO2 øker levetiden til katalysatoren og reduserer CO-utslippene betydelig ved at CO delvis oksideres til CO2. I tillegg oksideres hydrokarboner som ikke har blitt fullsteding forbrent. Cerium katalyserer dessuten reduksjonen av NOx til nitrogengass. De 25 millioner bilene som blir produsert hvert år benytter hver typisk 25 mg av metallet. Det gir et totalt årsforbruk i størrelsesorden 1000 tonn. Nylig annonserte Yara at tabletter basert på ceriumoksid også kan brukes for å redusere utslippene av lystgass (N2O) i forbindelse med produksjon av gjødsel. Dette er viktig siden lystgass er den tredje viktigste klimagassen, etter karbondioksid og metan.

Oksidet benyttes også for å gi fullstendig forbrenning i selvrensende ovner.

Kinoprosjektørers karbonlysbuelamper er innsatt med oksider av lantanoidene siden dette gir en betydelig økning av lysintensiteten. Ceriumet fungerer her som en katalysator som øker forbrenningstemperaturen.

Andre cerium forbindelser

Cerium er typisk tre- og fireverdig i forbindelser. Sure løsninger av cerium(IV)-saltene er sterkt oksiderende og blir brukt som oksidasjonsmiddel i organisk syntese og i analytisk kjemi.

Ce2S3 benyttes som rødt pigment i leker. Tidligere ble cadmiumsulfid benyttet, men cadmium er svært giftig og unngås om mulig.

Ce benyttes dessuten i energisparepærer. Disse er trekromatiske og gir ut lys i blått, grønt og rødt område av det synlige spektrum (450, 550 og 610 nm). Det resulterende lyset ser hvitt ut for øyet. Den blå fargen kommer fra strontiumfosfat dopa med toverdig europiumioner; den røde fargen fra en ytrrium-europium blanding (her er europium treverdig), mens den grønne fargen kommer fra en lantan-terbium-cerium blanding. En 18 W pære gir like mye lys som en konvensjonell 75 W pære og har dessuten lang levetid (5 år).

I kroppen

Cerium(III)-oksalat, Ce2(C2O4)3*1OH2O, er et fargeløst, vannløselig, krystallinsk pulver som benyttes mot brekninger, mot sjø-, luft-, bil- og togsyke.

Navn

Grunnstoffet cerium ble oppdaget i 1803 og fikk navn etter asteroiden Ceres (mellom Mars og Jupiter) som var blitt oppdaget to år tidligere.

Historie

Ceritt fra Sverige
Foto: R Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO

Cerium ble oppdaget i form av det fireverdige oksidet, CeO2, i 1803. To grupper gjorde oppdagelsen uavhengig av hverandre; den tyske kjemikeren M. H. Klaproth og svenskene W. Hisinger og J. J. Berzelius.

Metallisk cerium ble først isolert i 1825.

Fremstilling

Metallisk cerium ble første gang isolert i 1875 av amerikanske William Hillebrand og Thomas Norton. Forsøk på å redusere kloridet med kalium - en metode som ofte ble benyttet for å fremstille andre lantanoider - resulterte bare i et urent brunt pulver. Hillebrand og Norton fremstilte istedet metallet ved elektolyse av en kloridsmelte.

Metallet fremstilles fortsatt i hovedsak ved elektrolyse av smeltet cerium-(III)-klorid. En alternativ fremstillingsmetode er termokjemisk reduksjon av fluoridet eller kloridet med alkali- eller jordalkalimetaller ved ca. 1400 ºC.

99,99 % rent cerium ble første gang fremstilt i 1936.

Forekomst

Allanitt er et komplekst ceriumholdig silikat. Dette er fra Grefsenåsen, Oslo.
Foto: Per Aas, Naturhistorisk museum, UiO.

I naturen finnes cerium i en rekke mineraler. Viktigst er monazitt, et ceriumfosfat, og bastnäsitt, et ceriumfluorokarbonat. Det finnes større forekomster av begge disse mineralene i USA, Russland og Sverige. To andre mineraler, ceritt og ortitt - begge sammensatte silikater, har også vært kilde til cerium. Som for de fleste andre lantanoidene er de viktigste mineralene monazitt og bastnäsitt. Disse er derfor beskrevet generelt i fellesteksten om lantanoidene. Totalt utgjør cerium 0,0075 masse-% av jordskorpen, og med det er cerium det mest utbredte av lantanoidene. I rekken der grunnstoffene er ordnet etter deres andel i jordskorpen, kommer cerium på plass nr. 22, foran metaller som sink, kobber, bly, tinn, sølv og gull.

Kjemien

Lantanoidene viser sterkt slektskap og har mye av de samme egenskapene. Historisk var det derfor vanskelig å skille disse grunnstoffene fra hverandre. Og det samme gjelder historien vi ønsker å fortelle på disse nettsidene. Derfor finner du en fellestekst om lantanoidene her.