- Struttura
- Nomenclatura
- Proprietà
- Stato fisico
- Durezza di Mohs
- Peso molecolare
- Punto di fusione
- Densità
- solubilità
- Indice di rifrazione
- Altre proprietà
- applicazioni
- - Nell'industria metallurgica
- - Nell'industria del vetro
- Lucidatura del vetro
- Vetro resistente alle radiazioni
- Occhiali fotosensibili
- - In smalti
- - In zirconio ceramica
- - Nei catalizzatori per il controllo delle emissioni dei veicoli
- Agisce come stabilizzante per allumina ad alta area superficiale
- Si comporta come un tampone di rilascio dell'ossigeno
- Altri
- - Nella catalisi di reazioni chimiche
- - In applicazioni biologiche e biomediche
- - Altri usi
- Riferimenti
L' ossido di cerio (IV) o cerico è un solido inorganico bianco o giallo pallido prodotto dall'ossidazione del cerio (Ce) per l'ossigeno alla sua valenza 4+. La formula chimica dell'ossido di cerio è CeO 2 ed è l'ossido di cerio più stabile.
Il cerio (Ce) è un elemento della serie dei lantanidi, che fanno parte del gruppo delle terre rare. La fonte naturale di questo ossido è il minerale bastnasite. Nel concentrato commerciale di questo minerale, CeO 2 può essere trovato in una proporzione approssimativa fino al 30% in peso.
Un campione di ossido di cerio (IV). Foto scattata nell'agosto 2005 dall'utente: Walkerma. {{PD-self}} Fonte: Wikipedia Commons
CeO 2 può essere facilmente ottenuto riscaldando idrossido di cerio (III), Ce (OH) 3 o qualsiasi sale di cerio (III), come ossalato, carbonato o nitrato, in aria o ossigeno .
Il CeO 2 stechiometrico può essere ottenuto dalla reazione a temperatura elevata dell'ossido di cerio (III) con l'ossigeno elementare. L'ossigeno deve essere in eccesso e si deve lasciare tempo sufficiente per completare la conversione delle varie fasi non stechiometriche che si stanno formando.
Queste fasi comprendono prodotti multicolori della formula CeO x (dove x varia tra 1,5 e 2,0). Sono anche chiamati CeO 2-x , dove x può avere un valore fino a 0,3. CeO 2 è la forma di Ce più utilizzata nell'industria. Ha una classificazione di bassa tossicità, soprattutto a causa della sua scarsa solubilità in acqua.
Campione di minerale bastnasite. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Fonte: Wikipedia Commons
Struttura
L'ossido stechiometrico di cerio (IV) cristallizza nel reticolo cubico simile alla fluorite (CaF 2 ), con 8 ioni O 2- in una struttura cubica coordinata con 4 ioni Ce 4+ .
Struttura cristallina di ossido di cerio (IV). Benjah-bmm27 Fonte: Wikipedia Commons
Nomenclatura
- Ossido di cerio (IV).
- Ossido cerico.
- Biossido di cerio.
- Ceria.
- Ossido di cerio stechiometrico: materiale formato interamente da CeO 2 .
- Ossido di cerio non stechiometrico: materiale formato da ossidi misti da CeO 2 a CeO 1.5
Proprietà
Stato fisico
Solido giallo pallido. Il colore è sensibile alla stechiometria e alla presenza di altri lantanidi. Gli ossidi non stechiometrici sono spesso blu.
Durezza di Mohs
6-6.1 circa.
Peso molecolare
172,12 g / mol.
Punto di fusione
2600 ºC circa.
Densità
7,132 g / cm 3
solubilità
Insolubile in acqua calda e fredda. Solubile in acido solforico concentrato e acido nitrico concentrato. Insolubile in acidi diluiti.
Indice di rifrazione
2.2.
Altre proprietà
CeO 2 è una sostanza inerte, non viene attaccata da acidi o alcali forti. Tuttavia, può essere sciolto dagli acidi in presenza di agenti riducenti, come il perossido di idrogeno (H 2 O 2 ) o lo stagno (II), tra gli altri, generando soluzioni di cerio (III).
Ha un'elevata stabilità termica. Non subisce modifiche cristallografiche durante i normali intervalli di riscaldamento.
Il suo derivato idrato ( CeO 2 .nH 2 O) è un precipitato giallo e gelatinoso che si ottiene trattando soluzioni di cerio (IV) con basi.
CeO 2 è scarsamente assorbito dal tratto gastrointestinale, quindi non ha effetti tossici.
applicazioni
- Nell'industria metallurgica
CeO 2 viene utilizzato negli elettrodi di alcune tecnologie di saldatura, come la saldatura ad arco di tungsteno con gas inerte.
L'ossido è finemente disperso in tutta la matrice di tungsteno. A basse tensioni queste particelle di CeO 2 offrono una maggiore affidabilità rispetto al solo tungsteno.
- Nell'industria del vetro
Lucidatura del vetro
CeO 2 può scolorire bicchieri di soda-lime per bottiglie, brocche e simili. Ce (IV) ossida le impurità Fe (II), che forniscono un colore verde-bluastro, a Fe (III) che dà un colore giallo 10 volte più debole.
Vetro resistente alle radiazioni
L'aggiunta dell'1% di CeO 2 al vetro sopprime lo scolorimento o l'oscuramento del vetro causato dal bombardamento di elettroni ad alta energia negli occhiali TV. Lo stesso vale per il vetro utilizzato nelle finestre delle celle calde nell'industria nucleare, poiché sopprime lo scolorimento indotto dai raggi gamma.
Si ritiene che il meccanismo di soppressione dipenda dalla presenza di ioni Ce 4+ e Ce 3+ nel reticolo di vetro.
Occhiali fotosensibili
Alcune formulazioni di vetro possono sviluppare immagini latenti che possono poi essere convertite in una struttura o colore permanente.
Questo tipo di vetro contiene CeO 2 che assorbe la radiazione UV e rilascia elettroni nella matrice di vetro.
Dopo il trattamento, viene generata la crescita di cristalli di altri composti nel vetro, creando modelli dettagliati per usi elettronici o decorativi.
- In smalti
A causa del suo alto indice di rifrazione, CeO 2 è un agente opacizzante nelle composizioni di smalto utilizzate come rivestimenti protettivi sui metalli.
La sua elevata stabilità termica e la sua forma cristallografica unica in tutto il range di temperature raggiunte durante il processo di smaltatura, lo rendono adatto per l'uso negli smalti porcellanati.
In questa applicazione CeO 2 fornisce il rivestimento bianco desiderato durante il burnout dello smalto. È l'ingrediente che fornisce l'opacità.
- In zirconio ceramica
La zirconia ceramica è un isolante termico e viene utilizzata in applicazioni ad alta temperatura. Richiede un additivo per avere un'elevata resistenza e tenacità. L'aggiunta di CeO 2 alla zirconia produce un materiale con eccezionale tenacità e buona resistenza.
L'ossido di zirconio drogato con CeO 2 viene utilizzato nei rivestimenti per agire come barriera termica sulle superfici metalliche.
Ad esempio, nelle parti dei motori degli aerei questi rivestimenti proteggono dalle alte temperature a cui sarebbero esposti i metalli.
Motore a reazione. Jeff Dahl, traduzione in spagnolo di Xavigivax Fonte: Wikipedia Commons
- Nei catalizzatori per il controllo delle emissioni dei veicoli
Il CeO 2 è un componente attivo nella rimozione degli inquinanti dalle emissioni dei veicoli. Ciò è in gran parte dovuto alla sua capacità di immagazzinare o rilasciare ossigeno a seconda delle condizioni circostanti.
Il convertitore catalitico nei veicoli a motore si trova tra il motore e l'uscita dei gas di scarico. Ha un catalizzatore che deve ossidare gli idrocarburi incombusti, convertire CO in CO 2 e ridurre gli ossidi di azoto, NO x , in N 2 e O 2 .
Convertitore catalitico per i gas di scarico del motore a combustione interna di un autoveicolo. Ahanix1989 su Wikipedia in inglese Fonte: Wikipedia Commons
Oltre al platino e ad altri metalli catalitici, il principale componente attivo di questi sistemi multifunzionali è CeO 2 .
Ogni convertitore catalitico contiene 50-100 g di CeO 2 finemente suddiviso, che svolge diverse funzioni. I più importanti sono:
Agisce come stabilizzante per allumina ad alta area superficiale
L'allumina ad alta area superficiale tende a sinterizzare, perdendo la sua elevata area superficiale durante il funzionamento ad alta temperatura. Ciò è ritardato dalla presenza di CeO 2 .
Si comporta come un tampone di rilascio dell'ossigeno
Grazie alla sua capacità di formare ossidi non stechiometrici CeO 2-x , l'ossido di cerio (IV) fornisce ossigeno elementare dalla propria struttura durante il periodo del ciclo di ossigeno magro / ricco di carburante.
Pertanto, l'ossidazione degli idrocarburi incombusti provenienti dal motore e la conversione della CO in CO 2 possono continuare , anche quando l'ossigeno gassoso è insufficiente.
Quindi, nel periodo del ciclo ricco di ossigeno, prende ossigeno e si riossida, recuperando la sua forma stechiometrica CeO 2 .
Altri
Il miglioratore funziona come la capacità catalitica del rodio nel ridurre gli ossidi di azoto NO x in azoto e ossigeno.
- Nella catalisi di reazioni chimiche
Nei processi di cracking catalitico delle raffinerie, CeO 2 agisce come ossidante catalitico che aiuta nella conversione di SO 2 in SO 3 e promuove la formazione di solfati in trappole specifiche del processo.
Il CeO 2 migliora l'attività del catalizzatore a base di ossido di ferro che viene utilizzato per ottenere lo stirene a partire dall'etilbenzene. Ciò è probabilmente dovuto all'interazione positiva tra le coppie di riduzione dell'ossido Fe (II) - Fe (III) e Ce (III) - Ce (IV).
- In applicazioni biologiche e biomediche
È stato scoperto che le nanoparticelle di CeO 2 agiscono eliminando i radicali liberi, come il superossido, il perossido di idrogeno, l'idrossile e il radicale di ossido nitrico.
Possono proteggere i tessuti biologici dai danni indotti dalle radiazioni, dai danni alla retina indotti dal laser, aumentare la durata della vita delle cellule dei fotorecettori, ridurre le lesioni spinali, ridurre l'infiammazione cronica e promuovere l'angiogenesi o la formazione dei vasi sanguigni.
Inoltre, alcune nanofibre contenenti nanoparticelle di CeO 2 hanno dimostrato di essere tossiche contro i ceppi batterici, essendo candidati promettenti per applicazioni battericide.
- Altri usi
CeO 2 è un materiale isolante elettrico grazie alla sua eccellente stabilità chimica, alta permettività relativa (ha un'alta tendenza a polarizzarsi quando viene applicato un campo elettrico) e un reticolo cristallino simile al silicio.
Ha trovato applicazione in condensatori e strati di smorzamento di materiali superconduttori.
Viene anche utilizzato in sensori di gas, materiali per elettrodi di celle a combustibile a ossido solido, pompe di ossigeno e monitor di ossigeno.
Riferimenti
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- Dance, JC; Emeléus, HJ; Sir Ronald Nyholm e Trotman-Dickenson, AF (1973). Chimica inorganica completa. Volume 4. Pergamon Press.
- Kirk-Othmer (1994). Enciclopedia della tecnologia chimica. Volume 5. Quarta edizione. John Wiley & Sons.
- Enciclopedia della chimica industriale di Ullmann. (1990). Quinta edizione. Volume A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
- Casals, Eudald et al. (2012). Analisi e rischio di nanomateriali in campioni ambientali e alimentari. In chimica analitica completa. Recupero da sciencedirect.com.
- Mailadil T. Sebastian. (2008). Allumina, titania, cerio, silicato, tungstato e altri materiali. Nei materiali dielettrici per la comunicazione wireless. Recupero da sciencedirect.com.
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