- Struktur
- nomenklatur
- Egenskaper
- Fysisk tilstand
- Mohs hardhet
- Molekylær vekt
- Smeltepunkt
- tetthet
- løselighet
- Brytningsindeks
- Andre egenskaper
- applikasjoner
- - I metallurgisk industri
- - I glassbransjen
- Polering av glass
- Strålingsresistent glass
- Fotosensitive briller
- - I emaljer
- - I zirkoniumkeramikk
- - I katalysatorer for kontroll av kjøretøyutslipp
- Fungerer som stabilisator for aluminiumoksyd med høyt overflateareal
- Det oppfører seg som en oksygenbuffer-frigiver
- andre
- - Ved katalyse av kjemiske reaksjoner
- - I biologiske og biomedisinske anvendelser
- - Andre bruksområder
- referanser
Den ceriumoksid (IV) oksyd eller cerium er en hvit eller lysegul fast uorganisk produsert ved oksydasjon av cerium (Ce) for oksygen til sin valens 4+. Den kjemiske formelen for ceriumoksyd er CeO 2 og det er det mest stabile ceriumoksydet.
Cerium (Ce) er et element i serien med lanthanider, som er inkludert i gruppen sjeldne jordarter. Naturlig kilde til dette oksydet er mineralbastnasitt. I det kommersielle konsentratet av dette mineralet kan CeO 2 finnes i en tilnærmet andel på opptil 30 vekt%.
En prøve av cerium (IV) oksid. Bilde tatt august 2005 av Bruker: Walkerma. {{PD-self}} Kilde: Wikipedia Commons
CeO 2 kan lett oppnås ved å varme opp cerium (III) hydroksyd, Ce (OH) 3 eller et hvilket som helst salt av cerium (III), så som oksalat, karbonat eller nitrat, i luft eller oksygen .
Støkiometrisk CeO 2 kan oppnås ved reaksjon med forhøyet temperatur av cerium (III) oksyd med elementært oksygen. Oksygenet må være i overkant, og tilstrekkelig tid må tillates for å fullføre konverteringen av de forskjellige ikke-støkiometriske faser som dannes.
Disse fasene omfatter flerfargede produkter med formelen CeO x (hvor x varierer mellom 1,5 og 2,0). De kalles også CeO 2-x , der x kan ha en verdi på opptil 0,3. CeO 2 er den mest brukte formen for Ce i bransjen. Det har en lav toksisitetsklassifisering, spesielt på grunn av dens dårlige oppløselighet i vann.
Bastnasitt-mineralprøve. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Kilde: Wikipedia Commons
Struktur
Det støkiometriske cerium (IV) oksyd krystalliseres i den kubiske gitteren av fluortype (CaF 2 ), med 8-0 2- ioner i en kubisk struktur koordinert med 4 Ce 4+ -ioner .
Cerium (IV) oksyd krystallinsk struktur. Benjah-bmm27 Kilde: Wikipedia Commons
nomenklatur
- Cerium (IV) oksid.
- Keramisk oksid.
- Cerium dioxide.
- Ceria.
- Støkiometrisk ceriumoksyd: materiale dannet helt av CeO 2 .
- Ikke-støkiometrisk ceriumoksyd: materiale dannet av blandede oksider fra CeO 2 til CeO 1.5
Egenskaper
Fysisk tilstand
Blekegult fast stoff. Farge er følsom for støkiometri og tilstedeværelse av andre lantanider. 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 / cm 3
løselighet
Uoppløselig i varmt og kaldt vann. Løselig i konsentrert svovelsyre og konsentrert salpetersyre. Uoppløselig i fortynnede syrer.
Brytningsindeks
2.2.
Andre egenskaper
CeO 2 er et inert stoff, det angripes ikke av sterke syrer eller alkalier. Imidlertid kan den bli oppløst av syre i nærvær av reduksjonsmidler, så som hydrogenperoksid (H 2 O 2 ) eller tinn (II), blant andre, generering av cerium (III) løsninger.
Den har høy termisk stabilitet. Det gjennomgår ikke krystallografiske forandringer under vanlige oppvarmingsintervaller.
Dens hydrert derivat ( administrerende direktør 2 .nH 2 O) er en gul, og gelatinøst bunnfall som oppnås ved å behandle oppløsninger av cerium (IV) med baser.
CeO 2 absorberes dårlig fra mage-tarmkanalen, så det har ingen giftige effekter.
applikasjoner
- I metallurgisk industri
CeO 2 brukes i elektrodene til visse sveiseteknologier, for eksempel sveisearbeid med inert gass.
Oksidet er fint dispergert over wolframmatrisen. Ved lave spenninger gir disse CeO 2- partiklene større pålitelighet enn wolfram alene.
- I glassbransjen
Polering av glass
CeO 2 kan misfarge brus med kalk til flasker, kanner og lignende. Ce (IV) oksiderer Fe (II) urenheter, som gir en blågrønn farge, til Fe (III) som gir en 10 ganger svakere gul farge.
Strålingsresistent glass
Tilsetningen av 1% CeO 2 til glasset undertrykker misfarging eller mørklegging av glasset forårsaket av bombardement av høyenergi-elektroner 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 avhenger av tilstedeværelsen av Ce 4+ og Ce 3+ -ioner i glassgitteret.
Fotosensitive briller
Noen glassformuleringer kan utvikle latente bilder som deretter kan konverteres til en permanent struktur eller farge.
Denne typen glass inneholder CeO 2 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 er CeO 2 et opacifiseringsmiddel i emaljesammensetninger som brukes som beskyttende belegg på metaller.
Den høye termiske stabiliteten og den unike krystallografiske formen gjennom hele temperaturområdet som nås under glassprosessen, gjør det egnet for bruk i porselen-emaljer.
I denne applikasjonen tilveiebringer CeO 2 det ønskede hvite belegget under emaljeutbrenthet. Det er ingrediensen som gir uklarhet.
- I zirkoniumkeramikk
Zirconia keramikk er en varmeisolator og brukes i høye temperaturer. Det krever et tilsetningsstoff for å ha høy styrke og seighet. Ved å legge CeO 2 til zirconia produseres et materiale med eksepsjonell seighet og god styrke.
CeO 2- dotert zirkoniumoksyd brukes i belegg for å fungere som en termisk barriere på metalloverflater.
For eksempel beskytter belegget i flymotordeler disse beleggene mot høye temperaturer som metaller vil bli utsatt for.
Jetmotor. Jeff Dahl, spansk oversettelse av Xavigivax Kilde: Wikipedia Commons
- I katalysatorer for kontroll av kjøretøyutslipp
CeO 2 er en aktiv komponent i fjerning av miljøgifter fra kjøretøyutslipp. Dette skyldes i stor grad evnen til å lagre eller slippe oksygen avhengig av forholdene rundt det.
Katalysatoren i motorvogner befinner seg mellom motoren og avgassuttaket. Den har en katalysator som må oksidere uforbrente hydrokarboner, omdanne CO til CO 2 og redusere nitrogenoksider, NO x , til N 2 og O 2 .
Katalysator for avgasser fra forbrenningsmotoren til et motorvogn. Ahanix1989 på engelsk Wikipedia Kilde: Wikipedia Commons
Foruten platina og andre katalytiske metaller, er den viktigste aktive komponenten i disse multifunksjonelle systemene CeO 2 .
Hver katalysator inneholder 50-100 g finfordelt CeO 2 , som tjener flere funksjoner. De viktigste er:
Fungerer som stabilisator for aluminiumoksyd med høyt overflateareal
Aluminiumoksyd med høyt overflateareal har en tendens til å sintere, og mister det høye overflatearealet under høy temperatur. Dette er forsinket av tilstedeværelsen av CeO 2 .
Det oppfører seg som en oksygenbuffer-frigiver
På grunn av sin evne til å danne ikke-støkiometriske oksider CeO 2-x , gir cerium (IV) oksid elementært oksygen av sin egen struktur i løpet av den oksygenmasse / brenselrike syklusperioden.
Dermed kan oksidasjonen av uforbrente hydrokarboner som kommer fra motoren og omdannelsen av CO til CO 2 fortsette , selv når gassformig oksygen ikke er tilstrekkelig.
I den oksygenrike syklusperioden tar den opp oksygen og oksiderer den igjen, og gjenvinner den støkiometriske formen CeO 2 .
andre
Det fungerer som en forbedring av den katalytiske kapasiteten til rodium i reduksjon av nitrogenoksider NO x til nitrogen og oksygen.
- Ved katalyse av kjemiske reaksjoner
I de katalytiske krakkingsprosessene til raffinerier fungerer CeO 2 som et katalytisk oksydasjonsmiddel som hjelper i omdannelsen av SO 2 til SO 3 og fremmer dannelsen av sulfater i spesifikke feller av prosessen.
CeO 2 forbedrer aktiviteten til den jernoksydbaserte katalysatoren som brukes til å oppnå styren med utgangspunkt i etylbenzen. Dette skyldes muligens den positive interaksjonen mellom parene Fe (II) - Fe (III) og Ce (III) - Ce (IV) oksyd.
- I biologiske og biomedisinske anvendelser
Det er funnet at CeO 2- nanopartikler virker ved å fange opp frie radikaler, så som superoksyd, hydrogenperoksyd, hydroksyl og nitrogenoksydradikal.
De kan beskytte biologisk vev mot strålingsindusert skade, laserindusert retinal skade, øke levetiden til fotoreseptorceller, redusere ryggmargsskader, redusere kronisk betennelse og fremme angiogenese eller dannelse av blodkar.
I tillegg er visse nanofibers inneholder administrerende direktør 2 nanopartikler har vist seg å være toksiske mot bakteriestammene, å være lovende kandidater for baktericide anvendelser.
- Andre bruksområder
CeO 2 er et elektrisk isolerende materiale på grunn av sin utmerkede kjemiske stabilitet, høye relative permittivitet (det har en høy tendens til å polarisere når et elektrisk felt blir påført) og et krystallinsk gitter som ligner silisium.
Den har funnet anvendelse i kondensatorer og dempende lag av superledende materialer.
Det brukes også i gasssensorer, faststoffoksyd brenselcelleelektrodematerialer, oksygenpumper og oksygenmonitorer.
referanser
- Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avansert uorganisk kjemi. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
- Dance, JC; Emeléus, HJ; Sir Ronald Nyholm og Trotman-Dickenson, AF (1973). Omfattende uorganisk kjemi. Volum 4. Pergamon Press.
- Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology. Bind 5. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
- Ullmanns leksikon for industriell kjemi. (1990). Femte utgave. Volum A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
- Casals, Eudald et al. (2012). Analyse og risiko for nanomaterialer i miljø- og matprøver. I omfattende analytisk kjemi. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
- Mailadil T. Sebastian. (2008). Alumina, Titania, Ceria, Silicate, Tungstate og andre materialer. I dielektriske materialer for trådløs kommunikasjon. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
- Afeesh Rajan Unnithan, et al. (2015). Stillaser med antibakterielle egenskaper. I Nanotechnology Applications for Tissue Engineering. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
- Gottardi V., et al. (1979). Polering av overflaten av et glass undersøkt med en kjernefysisk teknikk. Bulletin of the Spanish Society of Ceramics and Glass, bind 18, nr. 3. Gjenopprettet fra boletines.secv.es.