CERIUM (IV) OXIDE: ISTRAKTURA, MGA KATANGIAN, GINAGAMIT - CHEMISTRY - 2025

Ang cerium oxide (IV) oxide o ceric ay isang puti o maputlang dilaw na solidong anorganikong ginawa ng oksihenasyon ng cerium (Ce) para sa oxygen sa valence nito na 4+. Ang formula ng kemikal ng ceric oxide ay ang CeO ₂ at ito ang pinaka-matatag na oxide ng cerium.

Ang Cerium (Ce) ay isang elemento ng serye ng mga lanthanides, na kasama sa pangkat ng mga bihirang-lupa. Ang likas na mapagkukunan ng oxide na ito ay ang mineral bastnasite. Sa komersyal na concentrate ng mineral na ito, ang CeO ₂ ay matatagpuan sa isang tinatayang proporsyon ng hanggang sa 30% sa timbang.

Isang halimbawa ng cerium (IV) oxide. Kuha ng larawan noong Agosto 2005 ng Gumagamit: Walkerma. {{PD-self}} Pinagmulan: Wikipedia Commons

Ang CeO ₂ ay madaling makuha sa pamamagitan ng pag-init ng cerium (III) hydroxide, Ce (OH) ₃ , o anumang asin ng cerium (III), tulad ng oxalate, carbonate o nitrate, sa hangin o oxygen .

Ang Stoichiometric CeO ₂ ay maaaring makuha ng nakataas na reaksyon ng temperatura ng cerium (III) oxide na may elemental na oxygen. Ang oxygen ay dapat na labis at sapat na oras ay dapat pahintulutan upang makumpleto ang pag-convert ng iba't ibang mga di-stoichiometric na mga phase na nabuo.

Ang mga phase na ito ay binubuo ng maraming kulay na mga produkto ng formula CeO _x (kung saan ang x ay nag-iiba sa pagitan ng 1.5 at 2.0). Tinatawag din silang CeO _2-x , kung saan ang x ay maaaring magkaroon ng isang halaga hanggang sa 0.3. Ang CeO ₂ ay ang pinaka-malawak na ginagamit na form ng Ce sa industriya. Ito ay may isang pag-uuri ng mababang toxicity, lalo na dahil sa hindi magandang pag-iingat sa tubig.

Sample ng mineral na Bastnasite. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Pinagmulan: Wikipedia Commons

Istraktura

Ang stoichiometric cerium (IV) oxide ay nag-crystallize sa fluorite-type cubic lattice (CaF ₂ ), na may 8 O ^2- ion sa isang kubiko na istraktura na nakaayos sa 4 Ce ⁴⁺ ion .

Cerium (IV) na istruktura ng kristal ng oxide. Benjah-bmm27 Pinagmulan: Wikipedia Commons

Pangngalan

- Cerium (IV) oxide.

- Ceric oxide.

- Cerium dioxide.

- Ceria.

- Stoichiometric cerium oxide: ang materyal na nabuo nang buo ng CeO ₂ .

- Non-stoichiometric cerium oxide: materyal na nabuo ng halo-halong mga oxides mula sa CeO ₂ hanggang CeO _1.5

Ari-arian

Pisikal na estado

Maputlang dilaw na solid. Ang kulay ay sensitibo sa stoichiometry at ang pagkakaroon ng iba pang mga lanthanides. Ang mga non-stoichiometric oxides ay madalas na asul.

Katigasan ng Mohs

Tinatayang 6-6.1.

Ang bigat ng molekular

172.12 g / mol.

Temperatura ng pagkatunaw

Tinatayang 2600 ºC

Density

7.132 g / cm ³

Solubility

Hindi matutunaw sa mainit at malamig na tubig. Natutunaw sa puro sulpuriko acid at puro nitrik acid. Hindi matutunaw sa dilute acid.

Refractive index

2.2.

Iba pang mga pag-aari

Ang CeO ₂ ay isang hindi mabibigat na sangkap, hindi ito inaatake ng mga malakas na acid o alkalis. Gayunpaman, maaari itong matunaw ng mga acid sa pagkakaroon ng pagbabawas ng mga ahente, tulad ng hydrogen peroxide (H ₂ O ₂ ) o lata (II), bukod sa iba pa, bumubuo ng mga solusyon sa cerium (III).

Ito ay may mataas na thermal katatagan. Hindi ito sumasailalim sa mga pagbabago sa crystallographic sa karaniwang mga pagitan ng pag-init.

Ang hydrated derivative nito ( CeO ₂ .nH ₂ O) ay isang dilaw at gelatinous na pag- umit na nakuha sa pamamagitan ng pagpapagamot ng mga solusyon ng cerium (IV) na may mga base.

Ang CeO ₂ ay hindi maganda ang hinihigop mula sa gastrointestinal tract kaya wala itong nakakalason na epekto.

Aplikasyon

- Sa industriya ng metalurhiko

Ang CeO ₂ ay ginagamit sa mga electrodes ng ilang mga teknolohiya ng hinang, tulad ng hinang gas tungsten arc welding.

Ang oksiheno ay pinong nakakalat sa buong tungsten matrix. Sa mga mababang boltahe ang mga parteng CeO _{2 na ito ay} nagbibigay ng higit na pagiging maaasahan kaysa sa nag-iisa ng tungsten.

- Sa industriya ng salamin

Mga buli sa salamin

Ang CeO _{2 ay} maaaring mag- alis ng baso ng soda-dayap para sa mga bote, jugs at iba pa. Ang Ce (IV) ay nag-oxidize ng Fe (II) na mga impurities, na nagbibigay ng isang mala-bughaw na kulay, sa Fe (III) na nagbibigay ng 10 beses na mas mahina na dilaw na kulay.

Radyasyon na lumalaban sa baso

Ang pagdaragdag ng 1% CeO ₂ sa salamin ay pinipigilan ang pagkawalan ng kulay o pagdidilim ng baso na dulot ng pambobomba ng mataas na enerhiya ng mga elektron sa baso ng TV. Katulad din ito ng baso na ginagamit sa mga bintana sa mga mainit na selula sa industriya ng nuklear, dahil pinipigilan nito ang gamma-ray-sapilitan na pagkawalan ng kulay.

Ang mekanismo ng pagsupil ay pinaniniwalaan na nakasalalay sa pagkakaroon ng Ce ⁴⁺ at Ce ^{3+ na mga} Ion sa baso ng lattice.

Mga baso ng photosensitive

Ang ilang mga form ng baso ay maaaring makabuo ng mga likid na imahe na maaaring ma-convert sa isang permanenteng istraktura o kulay.

Ang ganitong uri ng baso ay naglalaman ng CeO ₂ na sumisipsip ng radiation ng UV at naglabas ng mga electron sa glass matrix.

Sa pamamagitan ng paggamot sa post, ang paglaki ng mga kristal ng iba pang mga compound sa baso ay nabuo, na lumilikha ng detalyadong mga pattern para sa mga elektronikong pandekorasyon o pandekorasyon.

- Sa mga enamel

Dahil sa mataas na refractive index, ang CeO ₂ ay isang opacifying agent sa enamel compositions na ginagamit bilang proteksiyon na coatings sa mga metal.

Ang mataas na thermal katatagan at ang natatanging hugis ng crystallographic sa buong saklaw ng temperatura na naabot sa panahon ng proseso ng glazing, gawin itong angkop para magamit sa porselana enamels.

Sa application na ito ang CeO _{2 ay} nagbibigay ng ninanais na puting patong sa panahon ng enamel burnout. Ito ang sangkap na nagbibigay ng opacity.

- Sa zirconium ceramic

Ang Zirconia ceramic ay isang thermal insulator at ginagamit sa mga aplikasyon ng mataas na temperatura. Ito ay nangangailangan ng isang madagdagan na magkaroon ng mataas na lakas at katigasan. Ang pagdaragdag ng CeO ₂ sa zirconia ay gumagawa ng isang materyal na may pambihirang katigasan at magandang lakas.

Ang CeO _2- doped zirconium oxide ay ginagamit sa coatings upang kumilos bilang isang thermal barrier sa mga ibabaw ng metal.

Halimbawa, sa mga bahagi ng sasakyang panghimpapawid na mga piyesa ay pinoprotektahan mula sa mataas na temperatura kung saan mailalantad ang mga metal.

Jet engine. Jeff Dahl, pagsasalin ng Espanya ni Xavigivax Pinagmulan: Wikipedia Commons

- Sa mga katalista para sa kontrol ng mga paglabas ng sasakyan

Ang CeO ₂ ay isang aktibong sangkap sa pag-alis ng mga pollutant mula sa paglabas ng sasakyan. Ito ay higit sa lahat dahil sa kakayahang mag-imbak o maglabas ng oxygen depende sa mga kondisyon sa paligid nito.

Ang catalytic converter sa mga sasakyan ng motor ay matatagpuan sa pagitan ng makina at labasan ng gasolina. Mayroon itong katalista na dapat mag-oxidize ng hindi nababago na mga hydrocarbons, mag-convert ng CO sa CO ₂ , at mabawasan ang mga nitrogen oxides, WALANG _x , hanggang N ₂ at O ₂ .

Catalytic converter para sa mga gas na maubos mula sa panloob na engine ng pagkasunog ng isang sasakyan sa motor. Ahanix1989 sa Ingles Wikipedia Pinagmulan: Wikipedia Commons

Bukod sa platinum at iba pang mga catalytic metal, ang pangunahing aktibong sangkap ng mga sistemang multifunctional na ito ay ang CeO ₂ .

Ang bawat catalytic converter ay naglalaman ng 50-100 g ng pino na nahahati sa CeO ₂ , na nagsisilbi ng ilang mga pag-andar. Ang pinakamahalaga ay:

Gumaganap bilang isang pampatatag para sa alumina ng mataas na lugar

Ang mataas na ibabaw na lugar ng alumina ay may kaugaliang nagkakasala, nawawala ang mataas na lugar ng ibabaw nito sa pagpapatakbo ng mataas na temperatura. Ito ay naantala sa pagkakaroon ng CeO ₂ .

Ito ay kumikilos bilang isang oxygen buffer-releaser

Dahil sa kakayahang makabuo ng mga non-stoichiometric oxides CeO _2-x , cerium (IV) oxide ay nagbibigay ng elemento ng oxygen ng sarili nitong istraktura sa panahon ng oxygen na may sandata / gasolina na mayaman.

Sa gayon, ang oksihenasyon ng hindi nababago na mga hydrocarbon na nagmula sa makina at ang pag-convert ng CO sa CO _{2 ay maaaring magpatuloy} , kahit na ang gasolina ng oxygen ay hindi sapat.

Pagkatapos, sa panahon ng yaman na mayaman sa oxygen, tumatagal ng oxygen at muling nag-oxidize, mabawi ang stoichiometric form na CeO ₂ .

Ang iba pa

Ito ay gumagana bilang isang improver ng catalytic na kapasidad ng rhodium sa pagbawas ng mga nitrogen oxides HINDI _x sa nitrogen at oxygen.

- Sa catalysis ng mga reaksyon ng kemikal

Sa mga proseso ng pag-crack ng catalytic ng mga refineries, ang CeO _{2 ay} kumikilos bilang isang catalytic oxidant na tumutulong sa pag-convert ng SO ₂ hanggang SO ₃ at nagtataguyod ng pagbuo ng mga sulpate sa mga tiyak na traps ng proseso.

Ang CeO _{2 ay} nagpapabuti sa aktibidad ng iron oxide na batay sa katalista na ginagamit upang makakuha ng styrene na nagsisimula mula sa etylbenzene. Posible ito dahil sa positibong pakikipag-ugnayan sa pagitan ng Fe (II) - Fe (III) at Ce (III) - Ang mga pares ng pagbawas sa oxide ng Ce (IV).

- Sa biological at biomedical application

Ang CeO ₂ nanoparticle ay natagpuan na kumilos sa pamamagitan ng pag-scavenging free radical, tulad ng superoxide, hydrogen peroxide, hydroxyl, at nitric oxide radical.

Maaari nilang maprotektahan ang biological na tisyu mula sa pinsala na napinsala ng radiation, pinsala sa retina na pinupukaw ng laser, dagdagan ang haba ng buhay ng mga selula ng photoreceptor, bawasan ang mga pinsala sa gulugod, bawasan ang talamak na pamamaga, at itaguyod ang angogogisis o pagbuo ng daluyan ng dugo.

Bilang karagdagan, ang ilang mga nanofiberso na naglalaman ng CeO ₂ nanoparticles ay ipinakita na nakakalason laban sa mga bakterya na mga galaw, na nangangako ng mga kandidato para sa mga aplikasyon ng bactericidal.

- Iba pang mga gamit

Ang CeO ₂ ay isang de-koryenteng insulasyon na materyal dahil sa mahusay na katatagan ng kemikal, mataas na kamag-anak na permittivity (mayroon itong mataas na pagkahilig sa polarize kapag ang isang electric field ay inilalapat) at isang mala-kristal na lattice na katulad ng silikon.

Natagpuan nito ang application sa mga capacitor at damping layer ng superconducting material.

Ginagamit din ito sa mga sensor ng gas, solidong oxide fuel cell electrode material, oxygen pump, at oxygen monitor.

Mga Sanggunian

1. Cotton, F. Albert at Wilkinson, Geoffrey. (1980). Advanced na Diorganikong Chemistry. Pang-apat na Edisyon. John Wiley at Mga Anak.
2. Sayaw, JC; Emeléus, HJ; Sina Sir Ronald Nyholm at Trotman-Dickenson, AF (1973). Comprehensive Inorganic Chemistry. Dami 4. Pergamon Press.
3. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia ng Chemical Technology. Dami 5. Ikaapat na Edisyon. John Wiley at Mga Anak.
4. Ang Encyclopedia ng Ullmann ng Pang-industriya na Chemistry. (1990). Ikalimang Edisyon. Dami ng A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Mga kaswalti, Eudald et al. (2012). Pagtatasa at Panganib ng mga Nanomaterial sa Mga Sampol ng Pangkapaligiran at Pagkain. Sa Comprehensive Analytical Chemistry. Nabawi mula sa sciencedirect.com.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Alumina, Titania, Ceria, Silicate, Tungstate at iba pang mga materyales. Sa Mga Dielectric na Materyales para sa Wireless Komunikasyon. Nabawi mula sa sciencedirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan, et al. (2015). Mga Scaffold na may Mga Katangian ng Antibacterial. Sa Nanotechnology Application para sa Tissue Engineering. Nabawi mula sa sciencedirect.com.
8. Gottardi V., et al. (1979). Ang buli sa ibabaw ng isang baso na sinisiyasat gamit ang isang nuclear na pamamaraan. Bulletin ng Spanish Society of Ceramics and Glass, Tomo 18, No. 3. Nabawi mula sa boletines.secv.es.