Cer (IV) oxidstruktur, Eigenschaften, Verwendungen

Das Cer (IV) oxid u Ceroxid ist ein weißer oder hellgelber anorganischer Feststoff, der durch Oxidation von Cer (Ce) durch Sauerstoff zu seiner 4+ -Valenz erzeugt wird. Die chemische Formel von Ceroxid lautet CeO_zwei und ist das stabilste Oxid von Cer.

Cer (Ce) ist ein Element aus der Reihe der Lanthaniden, die zur Gruppe der Seltenen Erden gehören. Natürliche Quelle dieses Oxids ist das Mineral Bastnasit. Im kommerziellen Konzentrat dieses Minerals ist das CeO_zwei kann in einem ungefähren Gewichtsanteil von bis zu 30 Gew .-% gefunden werden.

Der Geschäftsführer_zwei kann leicht durch Erhitzen von Cer (III) -hydroxid, Ce (OH) in Luft oder Sauerstoff erhalten werden₃, oder irgendein Salz von Cer (III), wie Oxalat, Carbonat oder Nitrat.

Der Geschäftsführer_zwei Stöchiometrisch kann durch Hochtemperaturreaktion von Cer (III) -oxid mit elementarem Sauerstoff erhalten werden. Der Sauerstoff muss im Überschuss vorhanden sein und es muss ausreichend Zeit eingeräumt werden, um die Umwandlung der verschiedenen nicht stöchiometrischen Phasen, die gebildet werden, abzuschließen..

Diese Phasen umfassen mehrfarbige Produkte mit der CeO-Formel_x (wobei x zwischen 1,5 und 2,0 variiert). Sie werden auch CeO genannt_2-x, Dabei kann x einen Wert von bis zu 0,3 haben. Der Geschäftsführer_zwei Es ist die in der Branche am häufigsten verwendete Form von Ce. Es hat eine geringe Toxizitätsklassifizierung, insbesondere aufgrund seiner schlechten Löslichkeit in Wasser..

Artikelverzeichnis

• 1 Struktur
• 2 Nomenklatur
• 3 Eigenschaften
  • 3.1 Physikalischer Zustand
  • 3.2 Mohs Härte
  • 3.3 Molekulargewicht
  • 3.4 Schmelzpunkt
  • 3.5 Dichte
  • 3.6 Löslichkeit
  • 3.7 Brechungsindex
  • 3.8 Andere Eigenschaften
• 4 Verwendungen
  • 4.1 - In der metallurgischen Industrie
  • 4.2 - In der Glasindustrie
  • 4.3 - In Emails
  • 4.4 - In Zirkonoxidkeramik
  • 4.5 - In Katalysatoren zur Kontrolle der Fahrzeugemissionen
  • 4.6 - Bei der Katalyse chemischer Reaktionen
  • 4.7 - In biologischen und biomedizinischen Anwendungen
  • 4.8 - Andere Verwendungen
• 5 Referenzen

Struktur

Stöchiometrisches Cer (IV) -oxid kristallisiert im fluoritartigen kubischen Gitter (CaF)_zwei) mit 8 O-Ionen^zwei- in einer kubischen Struktur, die mit 4 Ce-Ionen koordiniert ist⁴⁺.

Nomenklatur

- Cer (IV) oxid.

- Ceroxid.

- Cer-Dioxid.

- Ceria.

- Stöchiometrisches Ceroxid: Material, das vollständig aus CeO besteht_zwei.

- Nichtstöchiometrisches Ceroxid: Material, das durch Mischoxide aus CeO gebildet wird_zwei bis zum CeO_1.5

Eigenschaften

Körperlicher Status

Hellgelber Feststoff. Die Farbe reagiert empfindlich auf Stöchiometrie und das Vorhandensein anderer Lanthaniden. Nichtstöchiometrische Oxide sind oft blau.

Mohs Härte

6-6.1 ungefähr.

Molekulargewicht

172,12 g / mol.

Schmelzpunkt

Ca. 2600 ºC.

Dichte

7,132 g / cm³

Löslichkeit

Unlöslich in heißem und kaltem Wasser. Löslich in konzentrierter Schwefelsäure und konzentrierter Salpetersäure. Unlöslich in verdünnten Säuren.

Brechungsindex

2.2.

Andere Eigenschaften

Der Geschäftsführer_zwei Es ist eine inerte Substanz, es wird nicht von starken Säuren oder Laugen angegriffen. Es kann jedoch durch Säuren in Gegenwart von Reduktionsmitteln wie Wasserstoffperoxid (H) gelöst werden_zweiODER_zwei) oder Zinn (II) unter anderem zur Erzeugung von Cer (III) -Lösungen.

Es hat eine hohe thermische Stabilität. Unterliegt während der üblichen Heizintervalle keinen kristallographischen Veränderungen.

Sein hydratisiertes Derivat (CeO_zwei.nH_zweiO) ist ein gelber und gelatineartiger Niederschlag, der durch Behandeln von Cer (IV) -Lösungen mit Basen erhalten wird.

Der Geschäftsführer_zwei Es wird schlecht aus dem Magen-Darm-Trakt resorbiert und hat daher keine toxischen Wirkungen.

Anwendungen

- In der metallurgischen Industrie

Der Geschäftsführer_zwei Wird an den Elektroden bestimmter Schweißtechnologien verwendet, z. B. beim Inertgas-Wolfram-Lichtbogenschweißen.

Das Oxid ist in der Wolframmatrix fein verteilt. Bei niedrigen Spannungen sind diese CeO-Partikel_zwei geben eine höhere Zuverlässigkeit als Wolfram allein.

- In der Glasindustrie

Glaspolieren

Ceroxid ist das effizienteste Poliermittel für die meisten handelsüblichen Glaszusammensetzungen. Der Geschäftsführer_zwei hat andere Polieroxide wie Fe fast vollständig ersetzt_zweiODER₃, Silica und ZrO_zwei, aufgrund seiner höheren Poliergeschwindigkeit und Reinigung, die mit zunehmendem Reinheitsgrad des Oxids zunehmen.

Kommerzielle Glaspolituren auf Basis von Ceroxidpulvern haben definierte Partikelgrößen und kontrollierte Dispergierbarkeit in wässrigen Systemen..

Der Glaspolierprozess erfordert Wasser und was entfernt oder reformiert wird, ist eine weichere hydratisierte Oberflächenschicht. Das Poliermittel sollte eine Mohs-Härte von ungefähr 6,5 haben, die nahe an der Härte der meisten Gläser liegt.

Ceroxid in Wasser enthält das Ce (IV) / Ce (III) -Paar, das mit seinen Oxidations-Reduktions-Reaktionen beim Abbau des Glassilikat-Netzwerks chemische Unterstützung bieten kann.

Der Geschäftsführer_zwei Mit einem hohen Reinheitsgrad werden Spiegel, Fernsehgeräte, Augenlinsen und optisches Präzisionsmaterial behandelt.

Glasverfärbung

Der Geschäftsführer_zwei kann Kalknatronglas für Flaschen, Krüge und dergleichen verfärben. Ce (IV) oxidiert Fe (II) -Verunreinigungen, die eine bläulich-grüne Farbe ergeben, zu Fe (III), das eine 10-mal schwächere gelbe Farbe ergibt.

Strahlungsbeständiges Glas

Die Zugabe von 1% CeO_zwei Alle Gläser unterdrücken Verfärbungen oder Verdunkelungen des Glases, die durch den Beschuss mit hochenergetischen Elektronen in Fernsehgläsern verursacht werden. Gleiches gilt für Glas, das in Fenstern heißer Zellen der Nuklearindustrie verwendet wird, da es durch Gammastrahlen verursachte Verfärbungen unterdrückt..

Es wird angenommen, dass der Unterdrückungsmechanismus von der Anwesenheit von Ce-Ionen abhängt⁴⁺ und Ce³⁺ im Glasnetz.

Lichtempfindliche Brille

Einige Glasformulierungen können latente Bilder entwickeln, die dann in eine dauerhafte Struktur oder Farbe umgewandelt werden können..

Diese Glasart enthält CeO_zwei welches UV-Strahlung absorbiert und Elektronen in der Glasmatrix freisetzt.

Nach der Behandlung wird das Wachstum von Kristallen anderer Verbindungen im Glas erzeugt, wodurch detaillierte Muster für elektronische oder dekorative Zwecke erzeugt werden..

- In Emails

Aufgrund seines hohen Brechungsindex ist CeO_zwei ist ein Trübungsmittel in Emailzusammensetzungen, die als Schutzbeschichtungen auf Metallen verwendet werden.

Aufgrund seiner hohen thermischen Stabilität und seiner einzigartigen kristallografischen Form über den gesamten Temperaturbereich, der während des Verglasungsprozesses erreicht wird, eignet es sich für die Verwendung in Porzellanlacken..

In dieser Anwendung ist das CeO_zwei Bietet die gewünschte weiße Beschichtung beim Ausbrennen des Zahnschmelzes. Es ist die Zutat, die für Opazität sorgt.

- In Zirkonkeramik

Zirkonkeramik ist ein Wärmeisolator und wird in Hochtemperaturanwendungen eingesetzt. Es erfordert ein Additiv, um eine hohe Festigkeit und Zähigkeit zu haben. CeO hinzufügen_zwei Zirkonoxid erzeugt ein Material mit außergewöhnlicher Zähigkeit und guter Beständigkeit.

CeO-dotiertes Zirkonoxid_zwei Wird in Beschichtungen verwendet, um als Wärmebarriere auf Metalloberflächen zu wirken.

Beispielsweise schützen diese Beschichtungen in Flugzeugtriebwerksteilen vor den hohen Temperaturen, denen Metalle ausgesetzt wären..

- In Katalysatoren zur Kontrolle der Fahrzeugemissionen

Der Geschäftsführer_zwei Es ist eine aktive Komponente bei der Entfernung von Schadstoffen aus Fahrzeugemissionen. Dies ist hauptsächlich auf seine Fähigkeit zurückzuführen, Sauerstoff abhängig von den Bedingungen um ihn herum zu speichern oder freizusetzen..

Der Katalysator in Kraftfahrzeugen befindet sich zwischen Motor und Abgasauslass. Es hat einen Katalysator, der unverbrannte Kohlenwasserstoffe oxidieren und CO in CO umwandeln muss_zwei, und Stickoxide reduzieren, NO_x, bis N._zwei mich_zwei.

Neben Platin und anderen katalytischen Metallen ist CeO der Hauptwirkstoff dieser multifunktionalen Systeme_zwei.

Jeder Katalysator enthält 50-100 g CeO_zwei fein geteilt, die mehrere Funktionen erfüllt. Die wichtigsten sind:

Wirkt als Stabilisator für Aluminiumoxid mit großer Oberfläche

Aluminiumoxid mit großer Oberfläche neigt zum Sintern und verliert während des Hochtemperaturbetriebs seine große Oberfläche. Dies wird durch die Anwesenheit von CeO verzögert_zwei.

Es verhält sich wie ein Sauerstoffpuffer-Freisetzer

Aufgrund seiner Fähigkeit, nichtstöchiometrische Oxide CeO zu bilden_2-x, Cer (IV) -oxid liefert während der sauerstoffarmen / kraftstoffreichen Zyklusperiode elementaren Sauerstoff seiner eigenen Struktur.

Somit kann die Oxidation unverbrannter Kohlenwasserstoffe aus dem Motor und die Umwandlung von CO in CO fortgesetzt werden._zwei, auch wenn gasförmiger Sauerstoff nicht ausreicht.

Dann nimmt es in der sauerstoffreichen Zyklusperiode den Sauerstoff auf und oxidiert erneut, wobei es seine stöchiometrische Form CeO wiedererlangt_zwei.

Andere

Es wirkt als Verstärker der katalytischen Kapazität von Rhodium bei der Reduktion von Stickoxiden NO_x zu Stickstoff und Sauerstoff.

- Bei der Katalyse chemischer Reaktionen

Bei den katalytischen Crackprozessen von Raffinerien wurde CeO_zwei wirkt als katalytisches Oxidationsmittel, das die Umwandlung von SO unterstützt_zwei zu SO₃ und fördert die Bildung von Sulfaten in bestimmten Fallen des Prozesses.

Der Geschäftsführer_zwei verbessert die Aktivität des Katalysators auf Eisenoxidbasis, der verwendet wird, um Styrol ausgehend von Ethylbenzol zu erhalten. Dies ist möglicherweise auf die positive Wechselwirkung zwischen den Oxidreduktionspaaren Fe (II) - Fe (III) und Ce (III) - Ce (IV) zurückzuführen..

- In biologischen und biomedizinischen Anwendungen

Es wurden CeO-Nanopartikel gefunden_zwei arbeiten durch Abfangen freier Radikale wie Superoxid-, Wasserstoffperoxid-, Hydroxyl- und Stickoxidradikale.

Sie können biologisches Gewebe vor strahleninduzierten Schäden, laserinduzierten Netzhautschäden schützen, die Lebensdauer von Photorezeptorzellen verlängern, Verletzungen der Wirbelsäule reduzieren, chronische Entzündungen reduzieren und die Angiogenese oder Blutgefäßbildung fördern.

Zusätzlich bestimmte Nanofasern, die CeO-Nanopartikel enthalten_zwei Es wurde gezeigt, dass es gegen Bakterienstämme toxisch ist und vielversprechende Kandidaten für bakterizide Anwendungen darstellt.

- Andere Verwendungen

Der Geschäftsführer_zwei Es ist ein elektrisches Isoliermaterial aufgrund seiner ausgezeichneten chemischen Stabilität, seiner hohen relativen Permittivität (es hat eine hohe Polarisationsneigung, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird) und eines kristallinen Gitters ähnlich wie Silizium..

Es hat Anwendung in Kondensatoren und Dämpfungsschichten aus supraleitenden Materialien gefunden.

Es wird auch in Gassensoren, Festoxid-Brennstoffzellenelektrodenmaterialien, Sauerstoffpumpen und Sauerstoffmonitoren verwendet..

Verweise

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