Cer


Cer

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Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Cer, Ce, 58
Serie Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block La, 6, f
Aussehen silbrig weiß
CAS-Nummer 7440-45-1
Massenanteil an der Erdhülle 43 ppm[1]
Atomar [2]
Atommasse 140,116 u
Atomradius (berechnet) 185 () pm
Kovalenter Radius 204 pm
Elektronenkonfiguration [Xe] 4f1 5d1 6s2
1. Ionisierungsenergie 534,4 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1050 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 1949 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie 3547 kJ/mol
Physikalisch [2]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur kubisch flächenzentriert
Dichte 6,773 g/cm3 (25 °C)[3]
Mohshärte 2,5
Magnetismus paramagnetisch ($ \chi_{m} $ = 1,4 · 10−3)[4]
Schmelzpunkt 1068 K (795 °C)
Siedepunkt 3743 K[5] (3470 °C)
Molares Volumen 20,69 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme 398 kJ/mol[5]
Schmelzwärme 5,5 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit 2100 m/s bei 293,15 K
Elektrische Leitfähigkeit 1,35 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit 11 W/(m · K)
Chemisch [2]
Oxidationszustände 3, 4
Normalpotential −2,34 V (Ce3+ + 3 e → Ce)
Elektronegativität 1,12 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
134Ce

{syn.}

3,16 d ε 0,500 134La
135Ce

{syn.}

17,7 h ε 2,026 135La
136Ce

0,19 %

Stabil
137Ce

{syn.}

9,0 h ε 1,222 137La
138Ce

0,25 %

Stabil
139Ce

{syn.}

32,501 d ε 0,581 139La
140Ce

88,48 %

Stabil
141Ce

{syn.}

32,501 d β 0,581 141Pr
142Ce

11,08 %

5 · 1016 a ββ 4,505 142Nd
143Ce

{syn.}

33,039 h β 1,462 143Pr
144Ce

{syn.}

284,893 d β 0,319 144Pr
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [6]
02 – Leicht-/Hochentzündlich 07 – Achtung

Gefahr

H- und P-Sätze H: 228-302-312-315-319-332-335
P: 210-​261-​280-​305+351+338 [6]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [7][8]
Leichtentzündlich
Leicht-
entzündlich
(F)
R- und S-Sätze R: 11
S: 17
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Cer [t͡seːr] (auch Zer bzw. Cerium genannt) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Ce und der Ordnungszahl 58. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der seltenen Erden.

Geschichte

Cer metallisch blank

Cer wurde 1803 von Jöns Jacob Berzelius und Wilhelm von Hisinger und gleichzeitig von Martin Heinrich Klaproth entdeckt und nach dem Zwergplaneten Ceres benannt. Die Darstellung des Elements gelang Carl Gustav Mosander 1825 durch Reduktion des Chlorids mit Natrium.

Vorkommen

In der Natur kommt Cer vergesellschaftet mit anderen Lanthanoiden in sogenannten Ceriterden vor, wie zum Beispiel im Allanit (Ca, Ce, La, Y)2(Al, Fe)3(SiO4)3(OH), im Monazit (Ce, La, Th, Nd, Y)PO4 sowie im Bastnäsit (Ce, La, Y)CO3F.

Gewinnung und Herstellung

Nach einer aufwendigen Abtrennung der Cer-Begleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zum Cerfluorid umgesetzt. Anschließend wird es mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum Cer reduziert. Die Abtrennung verbleibender Calciumreste und Verunreinigungen erfolgt in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum.

Eigenschaften

Phasendiagramm von Cer

Physikalische Eigenschaften

Von Cer sind vier Modifikationen bekannt:

$ \mathrm{(\alpha)Cer\ _{\overrightarrow { -196\,^{\circ}\mathrm{C}}}\ (\beta)Cer\ _{\overrightarrow { -23\,^{\circ}\mathrm{C}}}\ (\gamma)Cer\ _{\overrightarrow { 726\,^{\circ}\mathrm{C}}}\ (\delta)Cer} $

Das silbrigweiß glänzende Metall ist hinter Europium das zweitreaktivste Element der Lanthanoide. Oberflächliche Verletzungen der schützenden gelben Oxidschicht entzünden das Metall. Oberhalb von 150 °C verbrennt es unter heftigem Glühen zum Cerdioxid. Mit Wasser reagiert es zum Cerhydroxid.

Chemische Eigenschaften

Cer kommt in Verbindungen als dreiwertiges farbloses oder vierwertiges gelbes bis orangefarbiges Kation vor.

Unter Wärmeeinfluss wird es durch Ethanol und Wasser sehr stark angegriffen. Auch in Laugen wird es unter Bildung von Cer-Hydroxiden stark angegriffen. In Säuren wird es zu Salzen gelöst.

Verwendung

Da sich die chemischen Eigenschaften der Seltenen Erden ähneln, wird metallisches Cer selten in Reinform eingesetzt, sondern in der Mischung, in der es bei der Herstellung aus den Seltenerd-Mineralien anfällt, dem sogenannten Mischmetall.

  • In der Metallurgie dient Mischmetall als Zusatz für Aluminiumlegierungen und hochtemperaturbeständige Eisenbasislegierungen. Es unterstützt im Schmelzprozess die Abtrennung von Schwefel und Sauerstoff.
  • Die Eisen-Mischmetall-Legierung Cereisen dient als Ausgangsstoff für Zündsteine für die Verwendung in Feuerzeugen und zur Erzeugung von Funkenregen auf Achterbahnen und in Filmszenen (Unfallszenen).

Geringe Beimengungen von (mehr oder weniger reinen) Cer-Verbindungen verleihen anderen Materialien bestimmte Eigenschaften:

  • Cerdioxid (CeO2) wird zur Stabilisierung des keramischen Katalysatorträgers aus Aluminiumoxid für Autoabgaskatalysatoren verwendet
  • Bestandteil einiger Spezialgläser, zum Beispiel UV-Filter und Windschutzscheiben, und Enttrübungsmittel in der Glasherstellung
  • Zur Färbung von Emaille
  • Cerdioxid findet Verwendung als Poliermittel in der Glasbearbeitung
  • Cer-dotierte Fluoreszenz-Farbstoffe (Leuchtstoffe) in Bildröhren und weißen Leuchtdioden
  • als Dotierung in Glühstrümpfen
  • Selbstreinigende Backöfen enthalten eine cerhaltige Beschichtung
  • Cer(IV)-sulfat als Oxidationsmittel in der Quantitativen Analyse (Cerimetrie)
  • als Kontrastmittel bei Kernresonanz
  • als Leuchtstoff in Gasentladungsröhren
  • zur Regeneration von Rußpartikelfiltern im Kraftstoff gelöst beigemischt
  • als Teil von nichtedelmetallhaltigen Aufbrennlegierungen in der Zahntechnik (Keramik)
  • als Oxidationsmittel für organische Synthesen mit CAN (Cerium ammonium nitrat), (NH4)2Ce(NO3)6

Sicherheitshinweise

Cer ist, wie alle Lanthanoide, leicht giftig. Metallisches Cer kann sich schon ab 65 °C entzünden. Als fein verteiltes Metall kann es sich an der Luft ohne Energiezufuhr erhitzen und schließlich entzünden. Die Zündbereitschaft hängt u. a. sehr stark von der Korngröße und dem Verteilungsgrad ab. Cerbrände dürfen nicht mit Wasser gelöscht werden, da sich gasförmiger Wasserstoff entwickelt.

Verbindungen

Oxide

  • Cer(III)-oxid Ce2O3, goldglänzender keramischer Feststoff
  • Cer(IV)-oxid CeO2
  • Cer(III,IV)-oxid Ce3O4, blauer keramischer Feststoff

Halogenide

Sonstige Verbindungen

  • Cer(III)-sulfat Ce2(SO4)3 · 8 H2O, farblose Substanz
  • Cer(IV)-sulfat Ce(SO4)2, gelbe Substanz
  • Cer(III)-nitrat Ce(NO3)3 · 6 H2O
  • Cer(III)-oxalat Ce2(C2O4)3 · 10 H2O
  • Cer(IV)-ammoniumnitrat (CAN) (NH4)2Ce(NO3)6
  • Ammonium-cer(IV)-sulfat (NH4)4Ce(SO4)4· H2O
  • Cer(IV)-perchlorat Ce(ClO4)4

Einzelnachweise

  1. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind (soweit nicht anders angegeben) aus www.webelements.com (Cer) entnommen.
  3. N. N. Greenwood und A. Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
  4. Weast, Robert C. (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990. Seiten E-129 bis E-145. ISBN 0-8493-0470-9. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  5. 5,0 5,1 Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
  6. 6,0 6,1 Datenblatt Cerium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 16. März 2011.
  7. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  8. Eintrag zu Cer in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 28. April 2008 (JavaScript erforderlich).

Weblinks

 Commons: Cer – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
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Wiktionary Wiktionary: Cer – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen