Cer

český názevCer
latinský názevCerium
anglický názevCerium
chemická značkaCe
protonové číslo58
relativní atomová hmotnost140,115
perioda6
skupinaIII.B
zařazenílanthanoidy
rok objevu1803
objevitelBerzelius
Hisinger
teplota tání [°C]798
teplota varu [°C]3433
hustota [g cm-3]6,78
hustota při teplotě tání [g cm-3]6,55
elektronegativita1,12
oxidační stavyII, III, IV
elektronová konfigurace[Xe]4f1 5d1 6s2
atomový poloměr [pm]235
kovalentní poloměr [pm]165
specifické teplo [J g-1K-1]0,19
slučovací teplo [kJ mol-1]5,46
skupenské teplo tání [kJ mol-1]350
tepelná vodivost [W m-1 K-1]11
elektrická vodivost [S m-1]1,4.106
1. ionizační potenciál [eV]5,5387
2. ionizační potenciál [eV]10,851
3. ionizační potenciál [eV]20,2
tvrdost podle Mohse2,5
tvrdost podle Vickerse [MPa]270
tvrdost podle Brinella [MPa]412
modul pružnosti ve smyku [GPa]14
modul pružnosti v tahu [GPa]34
bod supravodivosti [K]0,022
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce

Chemický prvek cer je měkký kov šedé barvy. Vyskytuje se ve čtyřech alotropických modifikacích. Krychlový α-Ce je stabilní při teplotě pod -178°C, hexagonální modifikace β-Ce existuje v rozmezí -178 ˜ 10°C, krychlová modifikace γ-Ce je stabilní v rozmezí teplot -10 ˜ 762°C, nad touto teplotou se vyskytuje krychlový δ-Ce.

Cer reaguje s horkou vodou za vzniku hydroxidu ceritého a vývoje vodíku, snadno se rozpouští v minerálních kyselinách za vzniku cerité soli:

2Ce + 6H2O → 2Ce(OH)3 + 3H2
2Ce + 6HCl → 2CeCl3 + 3H2
Ce + 6HNO3 → Ce(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

Cer ochotně a energicky reaguje s celou řadou nekovů. Na vzduchu shoří na oxid ceričitý CeO2 již při zahřátí na teplotu 160°C, s chlorem se slučuje na chlorid ceritý CeCl3 již za teploty 200°C, se sírou reaguje při teplotě od 400°C, s dusíkem se slučuje na nitrid CeN za teploty 450°C, pouze s uhlíkem reaguje za vzniku karbidu CeC2 až při teplotách nad 1000°C. Tvoří velké množství podvojných a komplexních sloučenin.

Ve sloučeninách vystupuje cer nejčastěji v oxidačním čísle III, sloučeniny ceričité, s výjimkou oxidu ceričitého, jsou nestálé a snadno se redukují na sloučeniny cerité. V oxidačním stavu II se vyskytuje v CeH2, CeI2 nebo CeS. Vodné roztoky ceritých solí bývají obvykle bezbarvé, roztoky ceričitých solí jsou většinou zbarveny intenzivně červeně nebo oranžově.

Další chemické vlastnosti elementárního ceru se velmi podobají chemickým vlastnostem lanthanu. Chemické vlastnosti a chování trojmocných sloučenin ceru se podobají vlastnostem trojmocných sloučenin hliníku. Vlastnosti a chování některých sloučenin čtyřmocného ceru se velmi podobají vlastnostem obdobných sloučenin čtyřmocného titanu. Kvalitativní důkaz ceritých solí se nejlépe provádí v amoniakálním prostředí přídavkem peroxidu vodíku, vzniká červenohnědá sraženina hydratovaného peroxidu ceritého.

Výskyt v přírodě

V přírodě se cer vyskytuje vzácně pouze ve formě svých sloučenin, vždy v doprovodu lanthanu a dalších lantahoidů.

Celkový obsah ceru v zemské kůře činí 70 ppm, cer je tak nejrozšířenější lanthanoid celé periodické soustavy. Přírodní cer je směsí čtyř stabilních izotopů s nukleonovými čísly 136, 138, 140 a 142. Uměle bylo připraveno dalších 26 radioaktivních izotopů ceru s nekleonovými čísly 123 až 152.

Nejdůležitějším zdrojem ceru jsou nerosty monazit (Ce,La,Nd,Th)PO4, bastnäsit (Ce,La)(CO3)F a loparit (Ce,La,Na,Ca,Sr)(Ti,Nb)O3. Nejvyšší obsah ceru ze všech nerostů (64,53 % Ce) má minerál hydroxylbastnäsit Ce(CO3)(OH). Celkem bylo popsáno přes 230 minerálů s obsahem ceru.

Zásoby v ČR, dovoz

Zásoby ceru v ČR se nacházejí v uranonosných pískovcích Strážského bloku a byly vyčísleny na 4750 t, anomální výskyt ceru i dalších lanthanoidů se předpokládá v alkalických vulkanitech Českého Středohoří a Nízkého Jeseníku, ve fenitech na lokalitě Hůrky u Rakovníka, v tufech hornoslezské pánve a v grafitických fylitech Železných hor.

V roce 2010 bylo do ČR dovezeno 94 400 kg ceru a jeho sloučenin za průměrnou dovozní cenu 381 Kč/kg.

Výroba a využití

Průmyslová výroba ceru se provádí loužením rudného koncentrátu směsí minerálních kyselin s následnou oxidací pomocí manganistanu draselného nebo kyseliny chlorné. Cer se z roztoku vyloučí jako nerozpustný oxid ceričitý CeO2 nebo jako velmi špatně rozpustný jodičnan ceričitý Ce(IO3)4. Po separaci ceru se k roztoku přidává zinek nebo rtuť, dojde k redukci přítomného europia z oxidačního stavu III na oxidační stav II. Po okyselení kyselinou sírovou se europium vysráží jako nerozpustný síran europnatý EuSO4. Ostatní lanthanidy se poté oddělují kapalinovou extrakcí, frakční krystalizací nebo pomocí iontoměničů. Kovový cer se vyrábí redukcí fluoridu ceritého CeF3 vápníkem nebo lanthanem nebo tavnou elektrolýzou chloridu ceritého CeCl3.

Kovový cer se používá jako součást slitin pro výrobu křesacích kamínků do zapalovačů. Cerem legované wolframové elektrody se používají ke svařování slitin hořčíku, hliníku, titanu, mědi a niklu v ochranné atmosféře argonu.

Sloučeniny ceru, zejména sulfid ceritý Ce2S3, slouží k obarvování skla, porcelánu, smaltů a polymerů na červenou nebo oranžovou barvu. Oxid ceritý Ce2O3 je součástí filtrů plynových masek a používá se jako katalyzátor některých organických reakcí. Vysoce aktivní katalyzátory pro čištění výfukových plynů nebo do palivových článků se vyrábějí z oxidu ceričitého CeO2 v kombinaci s niklem, rutheniem, palladiem, cínem, platinou nebo zlatem. Šťavelan ceritý Ce2(C2O4)3 je součástí léků proti nevolnosti v dopravních prostředcích (kinetóza) a jako antiemetikum se podává při chemoterapii, octan ceritý Ce(CH3COO)3 se přidává do pigmentů na bázi oxidu titaničitého pro vylepšení jejich optických vlastností a prodloužení životnosti. Uhličitan ceritý Ce2(CO3)3 se využívá ke konstrukci palivových článků typu SOFC (Solid Oxide Fuel Cells). Síran ceričitý Ce(SO4)2 je důležité oxidační činidlo využívané v laboratorní praxi. Chlorid ceritý CeCl3 slouží jako katalyzátor alkylačních reakcí. Bromid ceritý CeBr3 slouží k výrobě scintilátorů k detekci γ-záření. Hexaborid ceritý CeB6 se používá k výrobě žáruvzdorných materiálů.

Zdroje

lanthan ← cer → praseodym