Характеристика отдельных элементов и их применение

Церий

Церий способен проявлять две валентности: 3 и 4. В последнем случае помимо трех электронов, которые положено отдавать элементу третьей группы, атом церия отдает, по-видимому, и второй электрон с четвертой от ядра оболочки, обозначаемой латинской буквой N. С четырьмя электронами он расстается даже более охотно, чем с тремя. В сухом воздухе церий воспламеняется при 320 °C и сразу же превращается в желтый порошок двуокиси CeO2. Получить Ce2O3 — окись трехвалентного церия намного труднее: она получается из CeO2 лишь при сильном прокаливании в токе водорода. В щелочной среде трехвалентный церий легко окисляется до четырехвалентного; в кислой же, соединения четырехвалентного церия мало устойчивы. В таких условиях они выступают как довольно сильные окислители." Нестандартная" валентность помогает выделить церий из смеси с лантаном и другими лантаноидами.

Цериевая земля[1] открыта в 1803 году, в чистом виде ее первым получил Карл Мозандер в 1839 году, но металлический церий был получен впервые только в 1875 году американским химиком Уильямом Френсисом Гиллебрандом. Церий был получен электролизом тщательно очищенного четыреххлористого церия CeCl4. Первый патент на практическое применение церия, точнее его оксида, был взят в 1884 году. Было предложено надевать на газовые рожки колпачки, пропитанные смесью оксидов церия и тория, что вызывало усиление свечения газовых ламп. Так же церий — главный компонент пирофорного сплава, из которого изготовляются кремни для зажигалок. Кроме церия в его состав входят другие редкоземельные металлы, а также железо. Этот же сплав используется для изготовления трассирующих снарядов и пуль. В современной технике широко используют способность церия (как и других лантаноидов) улучшать свойства сплавов на основе железа, магния, алюминия, меди, ниобия, титана. Легирование конструкционных сталей церием значительно повышает их прочность. Действие церия в целом аналогично действию лантана. Малые добавки церия очищают сталь от вредных неметаллических включений, прежде всего, серы и газов, большие же — образуют самостоятельные окисные включения, которые полезны далеко не всегда. Катализаторами, в состав которых входит церий, пользуются уже много лет. Такие катализаторы ускоряют практически важную реакцию между водородом и окисью углерода, реакция дегидрогенизации спиртов, процессы крекинга нефти. Сульфат церия Ce (SO4)2 считают перспективным катализатором для сернокислотного производства на стадии окисления SO2 в SO3. Активно применяется церий и в атомной энергетике. Величина сечения захвата тепловых нейтронов атомами церия очень мала — втрое меньше, чем у железа, и в 50.000 раз меньше, чем у гадолиния. Керамику, в состав которой входит CeO2, используют в реакторостроении. В атомной технике применяют и церийсодержащие стекла — они не тускнеют под действием радиации. Двуокись церия вводится в стекло как осветитель, и иногда — как светло — желтый пигмент. Это же вещество — основной компонент пилирита, самого эффективного порошка для полировки оптического и зеркального стекла. Пилирит — коричневый порошок, состоящий из окислов редкоземельных элементов. Окиси церия в нем меньше 45% .Если подвергнуть церий действию высокого давления — около 7000 атм.- его объем уменьшиться намного заметнее, чем объем лантана или неодима, — примерно на четверть. Тип кристаллической решетки при этом не изменится, но некоторые физические свойства изменятся очень сильно. В частности, электрическое сопротивление церия упадет почти вдвое. Полагают, что причина таких изменений — электронные переходы. В каждом атоме один электрон с 4f-подуровня переходит на 5d-подуровень. Если до сжатия металл состоял из ионов Ce3+ и электронов, то теперь в электронном облаке находятся четырехвалентные ионы Се4+.