Cerio

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Cerio
Aspetto
Aspetto dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico cerio, Ce, 58
Serie lantanidi
Gruppo, periodo, blocco 3, 6, d
Densità 6689 kg/m3
Durezza 2,5
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico 140,116 amu
Raggio atomico (calc.) 181,8 pm
Raggio covalente 204±9 pm
Configurazione elettronica [Xe]4f15d16s2
e per livello energetico 2, 8, 18, 19, 9, 2
Stati di ossidazione 3, 4 (debolmente basico)
Struttura cristallina cubica a facce centrate
Proprietà fisiche
Stato della materia solido
Punto di fusione 1068 K (795 °C)
Punto di ebollizione 3716 K (3443 °C)
Volume molare 20,69 × 10-6  m3/mol
Entalpia di vaporizzazione 414 kJ/mol
Calore di fusione 5,46 kJ/mol
Velocità del suono 2100 m/s a 20 °C
Altre proprietà
Numero CAS 7440-45-1
Elettronegatività 1,12 (scala di Pauling)
Calore specifico 190 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica 1,15 × 106  /m ohm
Conducibilità termica 11,4 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione 534,4 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1050 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 1949 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione 3547 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP
134Ce sintetico 3,16 giorni ε 0,500 134La
136Ce 0,19% 136Ce è stabile con 78 neutroni
138Ce 0,25% 138Ce è stabile con 80 neutroni
139Ce sintetico 137,640 giorni ε 0,278 139La
140Ce 88,48% 140Ce è stabile con 82 neutroni
141Ce sintetico 32,501 giorni β- 0,581 141Pr
142Ce 11,08% > 5 × 1016  anni β- sconosciuta 142Nd
144Ce sintetico 284,893 giorni β- 0,319 144Pr
iso: isotopo
NA: abbondanza in natura
TD: tempo di dimezzamento
DM: modalità di decadimento
DE: energia di decadimento in MeV
DP: prodotto del decadimento

Il cerio è l'elemento chimico di numero atomico 58. Il suo simbolo è Ce.

Caratteristiche[modifica | modifica sorgente]

Il cerio è un elemento metallico, argenteo, appartenente al gruppo dei lantanoidi.
Utilizzato in alcune leghe a base di terre rare, per colore e lucentezza somiglia al ferro ma è più tenero, duttile e malleabile. All'aria si ossida rapidamente.

Fra gli elementi delle terre rare, solo l'europio è più reattivo del cerio. È attaccato rapidamente da soluzioni alcaline e da acidi, sia diluiti sia concentrati. Il metallo puro può facilmente prender fuoco se graffiato con una lama.

A causa della relativa vicinanza dell'orbitale 4f con gli orbitali più esterni, il cerio presenta interessanti caratteristiche chimiche variabili. Ad esempio, la compressione od il raffreddamento di questo metallo ne cambiano lo stato di ossidazione, che passa approssimativamente da 3 a 4.
Nello stato di ossidazione +3, è denominato ceroso mentre nello stato di ossidazione +4 è detto cerico.

I sali cerici (del cerio(IV)) sono giallastri o rosso-arancioni mentre i sali cerosi (del cerio(III)) sono normalmente bianchi.

Applicazioni[modifica | modifica sorgente]

Utilizzi del cerio:

In metallurgia[modifica | modifica sorgente]

  • il cerio è utilizzato nella produzione delle leghe di alluminio e di alcuni acciai.
  • L'aggiunta di cerio alle fusioni in ghisa evita la grafitizzazione e consente la produzione di ghisa malleabile.
  • Negli acciai, può aiutare a ridurre solfuri ed ossidi inoltre consente la degasazione.
  • Viene utilizzato nella produzione degli acciai inossidabili come agente indurente per precipitazione.
  • Nelle leghe di magnesio, una percentuale di cerio fra il 3 ed il 4%, insieme allo 0,2-0,6% di zirconio, aiuta a ridurre la granularità e consente la realizzazione di fusioni di forme complesse, aumentando inoltre la resistenza al calore.
  • Viene utilizzato in leghe per magneti permanenti.
  • È un componente del Mischmetal, abbondantemente utilizzato nella produzione di leghe piroforiche per accendisigari.

Inoltre:

  • Il cerio è anche utilizzato nelle lampade ad arco voltaico, particolarmente nell'industria del cinema.
  • Il solfato cerico è ampiamente utilizzato come agente ossidante volumetrico nell'analisi quantitativa.
  • Composti di cerio sono utilizzati nella produzione del vetro, sia come componenti sia come decoloranti.
  • Composti di cerio sono anche utilizzati per produrre smalti colorati.
  • Composti del cerio(III) e cerio(IV) hanno un utilizzo come catalizzatori nella sintesi di composti organici.

Ossido di cerio[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Ossido di cerio.

Storia[modifica | modifica sorgente]

Il cerio fu scoperto in Svezia da Jöns Jacob Berzelius e Wilhelm von Hisinger ed in Germania, indipendentemente, da Martin Heinrich Klaproth, da entrambi nel 1803.
Il nome cerio venne dato da Berzelius dal nome dell'asteroide Cerere, scoperto due anni prima (1801).

Disponibilità[modifica | modifica sorgente]

Fra gli elementi delle terre rare, il cerio è l'elemento più abbondante nella crosta terrestre, nella percentuale approssimativa dello 0,0046% (49 ppm).

È contenuto in un certo numero di minerali, i più importanti dei quali sono l'allanite (Ca, Ce, La, Y)2(Al, Fe)3(SiO4)3(OH), la monazite (Ce, La, Th, Nd, Y)PO4, la bastnaesite (Ce, La, Y)CO3F, l'idrossibastnaesite (Ce, La, Nd)CO3(OH, F), il rabdofane (Ce, La, Nd)PO4-H2O, e la synchysite Ca(Ce, La, Nd, Y)(CO3)2F.

Fra tutti questi, i più importanti industrialmente sono la monazite (prevalentemente sotto forma di giacimenti di sabbie monazitiche, ricche di monazite) e la bastnaesite. Nella maggior parte dei casi, la preparazione del cerio avviene per mezzo di processi di separazione a scambio ionico. Si prevede che i depositi di monazite, allanite e bastnaesite saranno in grado di fornire cerio, torio ed altri elementi delle terre rare ancora per molti anni.

Composti[modifica | modifica sorgente]

Il cerio è caratterizzato da due comuni stati di ossidazione +3 e +4.
Il composto più comune è l'ossido di cerio(IV) (CeO2), utilizzato come agente lucidante oltre che come catalizzatore, incorporato nelle pareti dei forni autopulenti. Il solfato di cerio(IV) ed ammonio (NH4)2Ce(SO4)3 ed il nitrato di cerio(IV) ed ammonio (ceric ammonium nitrate o CAN, (NH4)2Ce(NO3)6) sono due comuni reagenti ossidanti utilizzati nelle titolazioni.

Il cloruro di cerio(III), CeCl3, viene impiegato per facilitare le reazioni sui gruppi carbonili in chimica organica. Altri composti importanti sono il carbonato di cerio(III) (Ce2(CO3)3), il fluoruro di cerio(III) (CeF3) e il solfato di cerio(IV) (solfato cerico, Ce(SO4)2).

Isotopi[modifica | modifica sorgente]

In natura il cerio è composto di tre isotopi stabili e uno radioattivo; 136Ce, 138Ce, 140Ce e 142Ce, di cui il 140Ce è il più abbondante (abbondanza naturale 88.48%): l'emivita dell'isotopo radioattivo naturale 142Ce è di 5x1016 anni. Sono stati creati in laboratorio altri 26 radioisotopi: i più stabili fra essi sono 144Ce con emivita di 284,893 giorni, 139Ce con 137,640 giorni e 141Ce con 32,501 giorni. Tutti gli altri radioisotopi hanno emivite di meno di 4 giorni, e la gran parte di essi non arriva a 10 minuti. Questo elemento ha anche due stati meta.

Gli isotopi del cerio hanno peso atomico che va da 123 amu (123Ce) a 152 amu (152Ce).

Precauzioni[modifica | modifica sorgente]

Il cerio, come tutte le terre rare, è moderatamente tossico. È un forte riducente e si incendia spontaneamente all'aria se riscaldato fino a 65-80 °C. Il cerio può reagire con lo zinco in modo esplosivo, e la sua reazione con il bismuto e l'antimonio è molto esotermica. I fumi esalanti da incendi di cerio sono tossici. Non si deve usare acqua per spegnere incendi di cerio, perché dalla reazione chimica fra cerio e acqua si sprigiona idrogeno, che è altamente infiammabile. Lavoratori esposti al cerio hanno accusato prurito, sensibilità al calore e lesioni cutanee; animali cui sono state iniettate forti dosi di cerio sono morti per collasso cardiovascolare.

L'ossido di cerio (IV) è un potente ossidante ad alte temperature e reagisce con materiale organico combustibile. Anche se il cerio in sé non è radioattivo, il cerio commercialmente disponibile può contenere tracce di torio, che invece lo è. Il cerio non svolge alcun ruolo biologico noto negli organismi viventi.

Citazioni letterarie[modifica | modifica sorgente]

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

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