SERYUM (IV) OKSIT: YAPISI, ÖZELLIKLERI, KULLANIMLARI - KIMYA - 2025

Seryum oksit (IV) oksit veya şerik beyaz ya da açık san bir katı olarak valans 4+ oksijenin seryum (Ce) oksitlenmesi ile üretilen inorganik. Serik oksidin kimyasal formülü CeO _2'dir ve seryumun en kararlı oksididir.

Seryum (Ce), nadir topraklar grubuna dahil olan lantanit serisinin bir elementidir. Bu oksidin doğal kaynağı mineral bastnazittir. Bu mineralin ticari konsantresinde, CeO ₂ ağırlıkça yaklaşık% 30'a varan bir oranda bulunabilir.

Bir seryum (IV) oksit örneği. Kullanıcı tarafından Ağustos 2005'te çekilen resim: Walkerma. {{PD-self}} Kaynak: Wikipedia Commons

CeO ₂ kolaylıkla ısıtma seryum (III) hidroksit, Ce (OH) elde edilebilir _{, 3} , örneğin oksalat, karbonat ya da nitrat gibi, veya seryum (III) 'den herhangi bir tuzu, hava veya oksijen içinde .

Stokiyometrik CeO ₂ , seryum (III) oksidin elementel oksijen ile yüksek sıcaklık reaksiyonu ile elde edilebilir. Oksijen fazla olmalıdır ve oluşmakta olan çeşitli stoikiometrik olmayan fazların dönüşümünün tamamlanması için yeterli süre tanınmalıdır.

Bu aşamalar, CeO _x formülünün çok renkli ürünlerini içerir (burada x, 1.5 ile 2.0 arasında değişir). Ayrıca, x'in 0,3'e kadar bir değere sahip olabileceği CeO _2-x olarak da adlandırılırlar . CeO ₂ , sektörde en yaygın olarak kullanılan Ce formudur. Özellikle suda zayıf çözünürlüğü nedeniyle düşük toksisite sınıflandırmasına sahiptir.

Bastnasite mineral örneği. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Kaynak: Wikipedia Commons

yapı

Stokiyometrik seryum (IV) oksit, florit benzeri kübik kafeste (CaF ₂ ), 4 Ce ⁴⁺ iyonu ile koordine edilmiş kübik bir yapıda 8 O ^2- iyonu ile kristalleşir .

Seryum (IV) oksit kristalin yapısı. Benjah-bmm27 Kaynak: Wikipedia Commons

terminoloji

- Seryum (IV) oksit.

- Ceric oxide.

- Seryum dioksit.

- Ceria.

- Stokiyometrik seryum oksit: tamamen CeO ₂ tarafından oluşturulan malzeme .

- Stokiyometrik olmayan seryum oksit: CeO _2'den CeO _1.5'e karışık oksitlerin oluşturduğu malzeme

Özellikleri

Fiziksel durum

Soluk sarı katı. Renk, stokiyometriye ve diğer lantanitlerin varlığına duyarlıdır. Stokiyometrik olmayan oksitler genellikle mavidir.

Mohs sertliği

Yaklaşık 6-6.1.

Moleküler ağırlık

172.12 g / mol.

Erime noktası

Yaklaşık 2600 ºC.

Yoğunluk

7,132 g / cm ³

Çözünürlük

Sıcak ve soğuk suda çözünmez. Konsantre sülfürik asit ve konsantre nitrik asitte çözünür. Seyreltik asitlerde çözünmez.

Kırılma indisi

2.2.

Diğer özellikler

CeO ₂ inert bir maddedir, güçlü asitler veya alkaliler tarafından saldırıya uğramaz . Bununla birlikte, bu, hidrojen peroksit (lH gibi indirgeyici maddelerin varlığında asitler ile eritilebilir ₂ O ₂ seryum (III) 'çözüm üreten diğerleri arasında) ya da kalay (II).

Yüksek termal stabiliteye sahiptir. Normal ısıtma aralıkları sırasında kristalografik değişikliklere uğramaz.

(Bu, hidratlanmış bir türevi CeO ₂ .nH ₂ O) bazlarla seryum (IV) 'çözeltilerini muamele etmek suretiyle elde edilen bir sarı jelatinimsi çökelti.

CeO ₂ , gastrointestinal sistemden zayıf bir şekilde emilir, bu nedenle toksik etkisi yoktur.

Uygulamalar

- Metalurji endüstrisinde

CeO ₂ , inert gaz tungsten ark kaynağı gibi belirli kaynak teknolojilerinin elektrotlarında kullanılır.

Oksit, tungsten matrisi boyunca ince bir şekilde dağılmıştır. Düşük voltajlarda bu CeO ₂ parçacıkları , tek başına tungstenden daha fazla güvenilirlik sağlar.

- Cam endüstrisinde

Cam parlatma

CeO ₂ , şişeler, sürahiler ve benzerleri için soda-kireç bardaklarının rengini değiştirebilir. Ce (IV), mavimsi yeşil bir renk sağlayan Fe (II) safsızlıklarını Fe (III) 'e oksitleyerek 10 kat daha zayıf sarı renk verir.

Radyasyona dayanıklı cam

Cama% 1 CeO ₂ ilavesi, TV camlarında yüksek enerjili elektron bombardımanının neden olduğu camın renk değiştirmesini veya koyulaşmasını bastırır. Aynı şey, gama ışını kaynaklı renk bozulmasını baskıladığı için nükleer endüstrideki sıcak hücrelerde kullanılan camlar için de geçerlidir.

Bastırma mekanizmasının, cam kafeste Ce ⁴⁺ ve Ce ³⁺ iyonlarının varlığına bağlı olduğuna inanılmaktadır .

Işığa duyarlı gözlükler

Bazı cam formülasyonları, daha sonra kalıcı bir yapıya veya renge dönüştürülebilen gizli görüntüler geliştirebilir.

Bu cam türü, UV radyasyonunu emen ve elektronları cam matriks içine salan CeO ₂ içerir .

İşlemden sonra, camdaki diğer bileşiklerin kristallerinin büyümesi, elektronik veya dekoratif kullanımlar için ayrıntılı desenler oluşturarak üretilir.

- Emayelerde

Yüksek kırılma indisi nedeniyle CeO ₂ , metaller üzerinde koruyucu kaplama olarak kullanılan emaye bileşimlerinde opaklaştırıcı bir ajandır.

Camlama işlemi sırasında ulaşılan tüm sıcaklık aralıkları boyunca yüksek termal kararlılığı ve benzersiz kristalografik şekli, porselen sırlarda kullanıma uygun olmasını sağlar.

Bu uygulamada CeO ₂ , mine yanması sırasında istenen beyaz kaplamayı sağlar. Opaklık sağlayan bileşendir.

- Zirkonyum seramikte

Zirkonya seramik bir ısı yalıtkanıdır ve yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılır. Yüksek mukavemet ve tokluğa sahip bir katkı maddesi gerektirir. Zirkonyaya CeO ₂ eklemek , olağanüstü tokluk ve iyi mukavemete sahip bir malzeme üretir.

CeO ₂ katkılı zirkonyum oksit kaplamalarda metal yüzeylerde termal bariyer görevi görmek için kullanılır.

Örneğin, uçak motoru parçalarında bu kaplamalar, metallerin maruz kalacağı yüksek sıcaklıklardan korur.

Jet motoru. Jeff Dahl, Xavigivax'ın İspanyolca çevirisi Kaynak: Wikipedia Commons

- Araç emisyonlarının kontrolü için katalizörlerde

CeO ₂ , kirletici maddelerin araç emisyonlarından uzaklaştırılmasında aktif bir bileşendir. Bu, büyük ölçüde etrafındaki koşullara bağlı olarak oksijeni saklama veya salma kabiliyetinden kaynaklanmaktadır.

Motorlu araçlarda katalitik konvertör, motor ile egzoz gazı çıkışı arasında bulunur. Bu yanmamış hidrokarbonlar, CO dönüştürmek CO okside gereken bir katalizör var ₂ ve azot oksitleri azaltmak NO _x N, ₂ ve O ₂ .

Bir motorlu taşıtın içten yanmalı motorundan çıkan egzoz gazları için katalitik konvertör. Ahanix1989 at English Wikipedia Kaynak: Wikipedia Commons

Platin ve diğer katalitik metallerin yanı sıra, bu çok işlevli sistemlerin ana aktif bileşeni CeO _2'dir .

Her bir katalitik konvertör, çeşitli işlevlere hizmet eden 50-100 g ince bölünmüş CeO ₂ içerir . En önemlileri:

Yüksek yüzey alanlı alümina için stabilizatör görevi görür

Yüksek yüzey alanlı alümina, yüksek sıcaklıkta çalışma sırasında yüksek yüzey alanını kaybederek sinterleme eğilimindedir. Bu, CeO _2'nin varlığı nedeniyle ertelenmiştir .

Oksijen tamponu ayırıcı olarak davranır

Stokiyometrik olmayan oksitler CeO _2-x oluşturma kabiliyeti nedeniyle , seryum (IV) oksit, oksijenden fakir / yakıt açısından zengin döngü süresi boyunca kendi yapısından elemental oksijen sağlar.

Böylece motordan gelen yanmamış hidrokarbonların oksidasyonu ve CO'nun CO _2'ye dönüşmesi oksijen gazı yetersiz olduğunda bile _{devam edebilir} .

Daha sonra, oksijen bakımından zengin döngü döneminde, oksijeni alır ve yeniden oksitlenerek stoikiometrik formunu CeO _2'ye geri kazandırır .

Diğerleri

Bu NO oksitler azot azaltılması rodyum katalitik kapasitesinin bir geliştirici olarak çalışan _x azot ve oksijen ile.

- Kimyasal reaksiyonların katalizinde

Rafineri katalitik kırma işlemlerde, CeO ₂ SO dönüştürülmesinde yardımcı olan bir katalitik bir oksidan olarak görev yapar ₂ SO için ₃ ve işlemin özel tuzakları sülfatlar oluşumunu destekler.

CeO ₂ , etilbenzenden başlayarak stiren elde etmek için kullanılan demir oksit bazlı katalizörün aktivitesini iyileştirir. Bu muhtemelen Fe (II) - Fe (III) ve Ce (III) - Ce (IV) oksit indirgeme çiftleri arasındaki pozitif etkileşimden kaynaklanmaktadır.

- Biyolojik ve biyomedikal uygulamalarda

CeO ₂ nanopartiküllerinin, süperoksit, hidrojen peroksit, hidroksil ve nitrik oksit radikali gibi serbest radikalleri temizleyerek hareket ettiği bulunmuştur .

Biyolojik dokuları radyasyona bağlı hasardan, lazer kaynaklı retina hasarından koruyabilir, fotoreseptör hücrelerin ömrünü uzatabilir, omurga yaralanmalarını azaltabilir, kronik inflamasyonu azaltabilir ve anjiyojenez veya kan damarı oluşumunu teşvik edebilirler.

Ek olarak, CeO ₂ nanopartikülleri içeren bazı nanoliflerin, bakteri suşlarına karşı toksik olduğu ve bakterisidal uygulamalar için umut verici adaylar olduğu gösterilmiştir.

- Diğer kullanımlar

CeO ₂ , mükemmel kimyasal kararlılığı, yüksek nispi geçirgenliği (bir elektrik alanı uygulandığında polarize olma eğilimi yüksektir) ve silikona benzer kristal kafes nedeniyle elektriksel bir yalıtım malzemesidir.

Süper iletken malzemelerin kapasitörlerinde ve sönümleme katmanlarında uygulama bulmuştur.

Ayrıca gaz sensörlerinde, katı oksit yakıt hücresi elektrot malzemelerinde, oksijen pompalarında ve oksijen monitörlerinde kullanılır.

Referanslar

1. Cotton, F. Albert ve Wilkinson, Geoffrey. (1980). İleri İnorganik Kimya. Dördüncü baskı. John Wiley & Sons.
2. Dans, JC; Emeléus, HJ; Sir Ronald Nyholm ve Trotman-Dickenson, AF (1973). Kapsamlı İnorganik Kimya. Cilt 4. Pergamon Basın.
3. Kirk-Othmer (1994). Kimyasal Teknoloji Ansiklopedisi. Cilt 5. Dördüncü Baskı. John Wiley & Sons.
4. Ullmann'ın Endüstriyel Kimya Ansiklopedisi. (1990). Beşinci baskı. Cilt A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald vd. (2012). Çevre ve Gıda Örneklerinde Nanomalzemelerin Analizi ve Riski. Kapsamlı Analitik Kimyada. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Alümina, Titania, Ceria, Silikat, Tungstate ve diğer malzemeler. Kablosuz İletişim için Dielektrik Malzemelerde. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
7. Afeesh Rajan Unnithan, vd. (2015). Antibakteriyel Özellikli İskeleler. Doku Mühendisliği Nanoteknoloji Uygulamalarında. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
8. Gottardi V., vd. (1979). Nükleer teknikle incelenen bir camın yüzeyinin parlatılması. İspanyol Seramik ve Cam Derneği Bülteni, Cilt 18, Sayı 3. boletines.secv.es'den kurtarıldı.