Cer

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Eigenschaften
[Xe] 4f1 5d1 6s2 58 Ce Periodensystem
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 ( = 1,4 · 10−3)[4]
Schmelzpunkt	1068 K (795 °C)
Siedepunkt	3633 K (3360 °C)
Molares Volumen	20,69 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme	350 kJ/mol
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 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 · 1016a β−β− 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 [5] Gefahr H- und P-Sätze H: 228-302-312-315-319-332-335 EUH: keine EUH-Sätze P: 210-​261-​280-​305+351+338 [5] Gefahrstoffkennzeichnung [6] 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.

1 Geschichte 2 Vorkommen 3 Gewinnung und Herstellung 4 Eigenschaften 4.1 Physikalische Eigenschaften 4.2 Chemische Eigenschaften 5 Verwendung 6 Sicherheitshinweise 7 Verbindungen 7.1 Oxide 7.2 Halogenide 7.3 Sonstige Verbindungen 8 Einzelnachweise 9 Weblinks

Geschichte

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

Physikalische Eigenschaften

Von Cer sind vier Modifikationen bekannt:

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.^[7]

• 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

• Cer(III)-fluorid CeF₃
• Cer(III)-chlorid CeCl₃ · 7 H₂O, weiße stark hygroskopische Substanz
• Cer(III)-bromid CeBr₃
• Cer(III)-iodid CeI₃

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

• 

  Cer(III)-chlorid

• 

  Cer(IV)-sulfat

• 

  Cer(IV)-ammoniumnitrat (CAN)

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. ↑ ^ab Datenblatt Cerium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 16. März 2011.
6. ↑ Eintrag zu Cer in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 28. April 2008 (JavaScript erforderlich).
7. ↑ Cerium Properties and Applications

Weblinks

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