- Struktur
- Nomenklatur
- Eigenschaften
- Körperlicher Status
- Mohs Härte
- Molekulargewicht
- Schmelzpunkt
- Dichte
- Löslichkeit
- Brechungsindex
- Andere Eigenschaften
- Anwendungen
- - In der metallurgischen Industrie
- - In der Glasindustrie
- Glaspolieren
- Strahlungsbeständiges Glas
- Lichtempfindliche Brille
- - In Emails
- - In Zirkonkeramik
- - In Katalysatoren zur Kontrolle der Fahrzeugemissionen
- Wirkt als Stabilisator für Aluminiumoxid mit großer Oberfläche
- Es verhält sich wie ein Sauerstoffpuffer-Freisetzer
- Andere
- - Bei der Katalyse chemischer Reaktionen
- - In biologischen und biomedizinischen Anwendungen
- - Andere Verwendungen
- Verweise
Das Ceroxid (IV) -oxid oder Cer ist ein weißer oder hellgelber fester anorganischer Stoff, der durch Oxidation von Cer (Ce) für Sauerstoff zu seiner Wertigkeit 4+ hergestellt wird. Die chemische Formel von Ceroxid lautet CeO 2 und es 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 handelsüblichen Konzentrat dieses Minerals liegt CeO 2 in einem ungefähren Gewichtsanteil von bis zu 30 Gew .-% vor.
Eine Probe von Cer (IV) oxid. Foto aufgenommen im August 2005 von Benutzer: Walkerma. {{PD-self}} Quelle: Wikipedia Commons
CeO 2 kann leicht durch Erhitzen von Cer (III) -hydroxid, Ce (OH) 3 oder einem beliebigen Cer (III) -salz wie Oxalat, Carbonat oder Nitrat in Luft oder Sauerstoff erhalten werden .
Stöchiometrisches CeO 2 kann durch die Reaktion von Cer (III) -oxid bei erhöhter Temperatur mit elementarem Sauerstoff erhalten werden. Der Sauerstoff muss im Überschuss vorhanden sein und es muss ausreichend Zeit zur Verfügung stehen, um die Umwandlung der verschiedenen nicht stöchiometrischen Phasen, die gebildet werden, abzuschließen.
Diese Phasen umfassen mehrfarbige Produkte der Formel CeO x (wobei x zwischen 1,5 und 2,0 variiert). Sie werden auch als CeO 2-x bezeichnet , wobei x einen Wert von bis zu 0,3 haben kann. CeO 2 ist die in der Branche am häufigsten verwendete Form von Ce. Es hat eine geringe Toxizitätsklassifizierung, insbesondere aufgrund seiner schlechten Löslichkeit in Wasser.
Bastnasit-Mineralprobe. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Quelle: Wikipedia Commons
Struktur
Das stöchiometrische Cer (IV) -oxid kristallisiert im fluoritartigen kubischen Gitter (CaF 2 ) mit 8 O 2 -Ionen in einer kubischen Struktur, die mit 4 Ce 4+ -Ionen koordiniert ist .
Kristallstruktur von Cer (IV) oxid. Benjah-bmm27 Quelle: Wikipedia Commons
Nomenklatur
- Cer (IV) oxid.
- Ceroxid.
- Cer-Dioxid.
- Ceria.
- Stöchiometrisches Ceroxid: Material, das vollständig aus CeO 2 besteht .
- Nichtstöchiometrisches Ceroxid: Material, das durch Mischoxide von CeO 2 bis CeO 1,5 gebildet wird
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 / cm 3
Löslichkeit
Unlöslich in heißem und kaltem Wasser. Löslich in konzentrierter Schwefelsäure und konzentrierter Salpetersäure. Unlöslich in verdünnten Säuren.
Brechungsindex
2.2.
Andere Eigenschaften
CeO 2 ist eine inerte Substanz und wird nicht von starken Säuren oder Laugen angegriffen. Es kann jedoch durch Säuren in Gegenwart von Reduktionsmitteln wie Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ) oder Zinn (II) gelöst werden, wodurch Cer (III) -Lösungen erzeugt werden.
Es hat eine hohe thermische Stabilität. Es erfährt während der üblichen Heizintervalle keine kristallographischen Veränderungen.
Sein hydratisiertes Derivat ( CeO 2 · nH 2 O) ist ein gelber und gelatineartiger Niederschlag, der durch Behandeln von Cer (IV) -Lösungen mit Basen erhalten wird.
CeO 2 wird vom Magen-Darm-Trakt schlecht resorbiert und hat daher keine toxischen Wirkungen.
Anwendungen
- In der metallurgischen Industrie
CeO 2 wird in Elektroden bestimmter Schweißtechnologien verwendet, beispielsweise beim Inertgas-Wolfram-Lichtbogenschweißen.
Das Oxid ist in der Wolframmatrix fein verteilt. Bei niedrigen Spannungen ergeben diese CeO 2 -Partikel eine höhere Zuverlässigkeit als Wolfram allein.
- In der Glasindustrie
Glaspolieren
CeO 2 kann Limonadengläser 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 2 zum Glas unterdrückt die Verfärbung oder Verdunkelung des Glases, die durch den Beschuss mit hochenergetischen Elektronen in Fernsehgläsern verursacht wird. 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 4+ - und Ce 3+ -Ionen im Glasgitter abhängt .
Lichtempfindliche Brille
Einige Glasformulierungen können latente Bilder entwickeln, die dann in eine dauerhafte Struktur oder Farbe umgewandelt werden können.
Diese Glasart enthält CeO 2 , das UV-Strahlung absorbiert und Elektronen in die Glasmatrix abgibt.
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 2 ein Trübungsmittel in Emailzusammensetzungen, die als Schutzbeschichtungen auf Metallen verwendet werden.
Seine hohe thermische Stabilität und seine einzigartige kristallographische Form über den gesamten Temperaturbereich, der während des Verglasungsprozesses erreicht wird, machen es für die Verwendung in Porzellanlacken geeignet.
In dieser Anwendung liefert CeO 2 die gewünschte weiße Beschichtung während des Ausbrennens des Zahnschmelzes. Es ist die Zutat, die für Opazität sorgt.
- In Zirkonkeramik
Zirkonoxidkeramik ist ein Wärmeisolator und wird in Hochtemperaturanwendungen verwendet. Es erfordert ein Additiv, um eine hohe Festigkeit und Zähigkeit zu haben. Durch Zugabe von CeO 2 zu Zirkonoxid entsteht ein Material mit außergewöhnlicher Zähigkeit und guter Festigkeit.
CeO 2 -dotiertes Zirkonoxid wird in Beschichtungen als Wärmebarriere auf Metalloberflächen verwendet.
Beispielsweise schützen diese Beschichtungen in Flugzeugtriebwerksteilen vor den hohen Temperaturen, denen Metalle ausgesetzt wären.
Düsentriebwerk. Jeff Dahl, spanische Übersetzung von Xavigivax Quelle: Wikipedia Commons
- In Katalysatoren zur Kontrolle der Fahrzeugemissionen
CeO 2 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, CO in CO 2 umwandeln und Stickoxide NO x zu N 2 und O 2 reduzieren muss .
Katalysator für Abgase aus dem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Ahanix1989 bei English Wikipedia Quelle: Wikipedia Commons
Neben Platin und anderen katalytischen Metallen ist CeO 2 der Hauptwirkstoff dieser multifunktionalen Systeme .
Jeder Katalysator enthält 50-100 g feinteiliges CeO 2 , das 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 2 verzögert .
Es verhält sich wie ein Sauerstoffpuffer-Freisetzer
Aufgrund seiner Fähigkeit, nichtstöchiometrische Oxide CeO 2-x zu bilden , liefert Cer (IV) -oxid 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 2 fortgesetzt werden , selbst wenn der gasförmige Sauerstoff nicht ausreicht.
Dann nimmt es in der sauerstoffreichen Zyklusperiode Sauerstoff auf und oxidiert erneut, wobei es seine stöchiometrische Form CeO 2 wiedererlangt .
Andere
Es verbessert die katalytische Kapazität von Rhodium bei der Reduktion der Stickoxide NO x zu Stickstoff und Sauerstoff.
- Bei der Katalyse chemischer Reaktionen
Bei den katalytischen Crackprozessen von Raffinerien wirkt CeO 2 als katalytisches Oxidationsmittel, das bei der Umwandlung von SO 2 zu SO 3 hilft und die Bildung von Sulfaten in bestimmten Fallen des Prozesses fördert.
CeO 2 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 Reduktionspaaren Fe (II) - Fe (III) und Ce (III) - Ce (IV) -oxid zurückzuführen.
- In biologischen und biomedizinischen Anwendungen
Es wurde gefunden, dass CeO 2 -Nanopartikel durch Abfangen freier Radikale wie Superoxid, Wasserstoffperoxid, Hydroxyl und Stickoxidradikale wirken.
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.
Darüber hinaus wurde gezeigt, dass bestimmte Nanofasern, die CeO 2 -Nanopartikel enthalten, gegenüber Bakterienstämmen toxisch sind und vielversprechende Kandidaten für bakterizide Anwendungen darstellen.
- Andere Verwendungen
CeO 2 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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