Seryum(IV) oksit - Cerium(IV) oxide

seryum(IV) oksit
seryum(IV) oksit
Ceria-3D-ionic.png
İsimler
IUPAC adı
seryum(IV) oksit
Diğer isimler
Serik oksit,
Ceria,
Seryum dioksit
tanımlayıcılar
3B model ( JSmol )
chebi
Kimyasal Örümcek
ECHA Bilgi Kartı 100.013.774 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
ÜNİİ
  • InChI=1S/Ce.2O/q+4;2*-2 KontrolY
    Anahtar: OFJATJUUUCAKMK-UHFFFAOYSA-N KontrolY
  • InChI=1/Ce.2O/q+4;2*-2
    Anahtar: OFJATJUUUCAKMK-UHFFFAOYAX
  • [O-2]=[Ce+4]=[O-2]
Özellikler
CEO 2
Molar kütle 172.115 g/mol
Dış görünüş beyaz veya soluk sarı katı,
hafif higroskopik
Yoğunluk 7,215 g / cc 3.
Erime noktası 2.400 °C (4.350 °F; 2.670 K)
Kaynama noktası 3.500 °C (6.330 °F; 3.770 K)
çözünmez
+ 26.0 · 10 -6 cm 3 / mol
Yapı
kübik kristal sistemi , cF12 ( florit )
Fm 3 m, 225.
a  = 5,41 Å , b  = 5,41 Å, c  = 5,41 Å
α = 90°, β = 90°, γ = 90°
Ce, 8, kübik
O, 4, dört yüzlü
Tehlikeler
NFPA 704 (ateş elması)
1
0
0
Bağıntılı bileşikler
Bağıntılı bileşikler
seryum(III) oksit
Aksi belirtilmediği sürece, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).
☒n doğrulamak  ( nedir   ?) KontrolY☒n
Bilgi kutusu referansları

Seryum (IV) oksit olarak da bilinen, seryum oksit , seryum dioksit , seryum dioksit , seryum oksit ve seryum dioksit , bir bir oksit ve nadir toprak metal seryum . CeO 2 kimyasal formülüne sahip soluk sarı-beyaz bir tozdur . Önemli bir ticari ürün ve cevherlerden elementin saflaştırılmasında bir ara üründür. Bu malzemenin ayırt edici özelliği, geri dönüşümlü olarak stokiyometrik olmayan bir okside dönüştürülmesidir .

Üretme

Seryum, ana cevherleri bastnaezit ve monazit içinde diğer nadir toprak elementleriyle doğal olarak bir karışım halinde bulunur . Metal iyonlarının sulu baza ekstraksiyonundan sonra Ce, bir oksidan ilavesi ve ardından pH'ın ayarlanmasıyla bu karışımdan ayrılır. Bu adım, CEO düşük bir çözünürlüğe kullanan 2 ve diğer nadir toprak elementleri oksidasyon karşı gerçeğini.

Seryum (IV) oksit ile oluşturulur kalsinasyon arasında seryum oksalat veya seryum hidroksit .

Seryum ayrıca seryum(III) oksit oluşturur , Ce
2
Ö
3
kararsız olan ve seryum(IV) okside oksitlenecek.

Yapı ve kusur davranışı

Seryum oksit, 8 koordinatlı Ce 4+ ve 4 koordinatlı O 2− içeren florit yapısını , uzay grubu Fm 3 m, # 225'i benimser . Yüksek sıcaklıklarda , florit kafesini tutan stokiyometrik olmayan, anyondan yoksun bir form vermek üzere oksijeni serbest bırakır . Bu malzeme CeO (2− x ) formülüne sahiptir , burada 0 < x < 0.28. x değeri hem sıcaklığa, yüzey sonlandırmasına hem de oksijen kısmi basıncına bağlıdır. denklem

geniş bir oksijen kısmi basıncı (10 3 –10 -4 Pa) ve sıcaklıklar (1000–1900 °C) üzerinde stokiyometri olmayan x dengesini tahmin ettiği gösterilmiştir .

Stokiyometrik olmayan form maviden siyaha bir renge sahiptir ve hem iyonik hem de elektronik iletim sergiler ve iyonik > 500 °C sıcaklıklarda en önemli olanıdır.

Oksijen boşluklarının sayısı , Ce oranını karşılaştırmak için X-ışını fotoelektron spektroskopisi kullanılarak sıklıkla ölçülür.3+
için Ce4+
.

kusur kimyası

Ceria'nın en kararlı florit fazında, kısmi oksijen basıncına veya malzemenin stres durumuna bağlı olarak çeşitli kusurlar sergiler.

Endişe duyulan birincil kusurlar, oksijen boşlukları ve küçük polaronlardır (seryum katyonlarında lokalize elektronlar). Oksijen kusurlarının konsantrasyonunun arttırılması, iyonik iletkenlikte bir artışta yansıtıldığı gibi, kafes içindeki oksit anyonlarının difüzyon hızını arttırır . Bu faktörler, katı oksit yakıt hücrelerinde katı bir elektrolit olarak uygulamalarda ceria'ya olumlu performans verir . Katkısız ve katkılı seryum ayrıca, küçük polaronların oluşumuna yol açan seryum iyonunun indirgenmesi nedeniyle düşük kısmi oksijen basınçlarında yüksek elektronik iletkenlik sergiler . Bir seryum kristalindeki oksijen atomları düzlemlerde meydana geldiğinden, bu anyonların difüzyonu kolaydır. Kusur konsantrasyonu arttıkça difüzyon hızı artar.

Sonlanan seryum düzlemlerindeki oksijen boşluklarının varlığı, adsorbat molekülleri ile seryum etkileşimlerinin enerjisini ve ıslanabilirliğini yönetir . Bu tür yüzey etkileşimlerini kontrol etmek, katalitik uygulamalarda seryumdan yararlanmanın anahtarıdır.

Doğal oluşum

Seryum(IV) oksit, doğal olarak mineral serianit-(Ce) olarak oluşur . Dört değerlikli seryum mineralinin nadir bir örneğidir, diğer örnekler stetindite-(Ce) ve dyrnaezit-(La)'dır . "-(Ce)" eki Levinson değiştiricisi olarak bilinir ve yapıda belirli bir bölgede hangi elemanın baskın olduğunu göstermek için kullanılır. Genellikle nadir toprak elementleri (REE'ler) içeren minerallerin adlarında bulunur . Cerianit-(Ce)'nin oluşumu, kolayca oksitlenen Ce'nin, üç değerlikli kalan diğer NTE'lerden ayrıldığı ve böylece cerianit-(Ce) dışındaki diğer minerallerin yapılarına uygun olduğu bazı seryum anomalisi örnekleriyle ilgilidir .

Kataliz ve yüzey aktivitesi

Uygulanan CeO 2 malzemelerinin ortaya çıkan birincil uygulaması kataliz alanındadır. En kararlı florit fazında seryum yüzeyleri, daha düşük yüzey enerjisi sergileme eğiliminde olan daha düşük enerji (111) düzlemleri tarafından domine edilir. Seryum(IV) tarafından en yaygın olarak katalize edilen reaksiyon, karbon monoksitin oksidasyonunu içeren su gazı kaydırma reaksiyonudur . Seryum dioksit CO dahil olmak üzere çeşitli hidrokarbon dönüştürme reaksiyonları katalize yönelik araştırılmaktadır 2 metanasyonuna ve bu gibi hidrokarbonların katalitik oksidasyonu tolüen .

CEO yüzey işlevselliği 2 büyük ölçüde iç kaynaklanıyor hidrofobisite , nadir toprak oksitleri arasında ortak olan bir özellik. Hidrofobiklik, katalizörlerin yüzeylerinde su deaktivasyonuna direnç kazandırma eğilimindedir ve bu nedenle organik bileşiklerin adsorpsiyonunu arttırır. Tersine organofililik olarak da görülebilen hidrofobiklik, genellikle daha yüksek katalitik performans ile ilişkilidir ve organik bileşikler ve seçici sentez içeren uygulamalarda arzu edilir.

CEO interconvertibility X malzeme bir oksidasyon katalizörü için seryum kullanımının temelini oluşturur. Küçük ama açıklayıcı bir kullanım, yüksek sıcaklıkta temizleme işlemi sırasında hidrokarbon oksidasyon katalizörü olarak kendi kendini temizleyen fırınların duvarlarında kullanılmasıdır . Bir başka küçük ölçekli ama ünlü örnek, gaz mantolarında doğal gazın oksidasyonunda oynadığı roldür .

Parlayan bir Coleman beyaz gaz feneri mantosu. Parlayan elemanı esas olarak ThO 2 CEO ile katkılı 2 hava ile doğal gazın Ce-katalize edilen oksidasyon ile ısıtıldı.

Onun belirgin yüzey etkileşimlerine dayanarak, seryum dioksit bir sensör olarak başka bir kullanım alanı bulmaktadır katalitik konvertörler azaltmak için pis hava oranının kontrol, otomotiv uygulamalarında NO x ve karbon monoksit emisyonu.

Diğer Uygulamalar

parlatma

Ceria'nın başlıca endüstriyel uygulaması, özellikle kimyasal-mekanik düzleme (CMP) olmak üzere cilalama içindir . Bu amaçla daha önce kullanılan demir oksit ve zirkonya gibi birçok oksitin yerini almıştır . Hobiler için "gözlükçülerin allık" olarak da bilinir.

Optik

CeO 2 , yeşil renkli demirli safsızlıkları neredeyse renksiz demir oksitlere dönüştürerek camın rengini açmak için kullanılır.

Seryum oksit, kızılötesi filtrelerde , katalitik konvertörlerde oksitleyici bir tür olarak ve akkor mantolarda toryum dioksitin yerini almak üzere kullanım bulmuştur.

karışık iletim

Seryum oksidin önemli iyonik ve elektronik iletimi nedeniyle , yakıt hücresi araştırma ve geliştirmesinde önemli bir değere sahip olan karışık bir iletken olarak kullanılmaya çok uygundur .

Biyomedikal uygulamalar

Seryum oksit nanoparçacıkları (nanoceria), antibakteriyel ve antioksidan aktiviteleri açısından araştırılmıştır.

Kaynak

Seryum oksit, Gaz Tungsten Ark Kaynağı için Tungsten elektrotlarına ek olarak kullanılır. Elektrot tüketim oranını düşürme ve daha kolay ark başlatma ve stabilite gibi saf Tungsten elektrotlara göre avantajlar sağlar. Ceria elektrotları ilk olarak 1987'de ABD pazarında tanıtıldı ve AC, DC Elektrot Pozitif ve DC Elektrot Negatif'te kullanışlıdır. Bu elektrotlar hakkında daha fazla ayrıntı ASME BPVC.II.C SFA-5.12 Ek B'de bulunabilir.

Araştırma

fotokataliz

Görünür ışık için saydam olmakla birlikte, absorbe ultraviyole bunun olası bir yedek nedenle, güçlü radyasyon , çinko oksit ve titanyum dioksit olarak güneş kremleri daha düşük olduğu gibi, fotokatalitik etkinliği. Bununla birlikte, partiküllerin amorf silika veya bor nitrür ile kaplanmasıyla termal katalitik özellikleri azaltılmalıdır .

Yakıt hücreleri

Ceria, Zirkonya sistemine kıyasla orta sıcaklıklarda (500-650 °C) ve daha düşük birleşme entalpisinde nispeten yüksek oksijen iyonu iletkenliği (yani oksijen atomları kolayca içinden geçer ) nedeniyle katı oksit yakıt hücreleri (SOFC'ler) için bir malzeme olarak ilgi çekicidir. .

Su ayırma

Seryum (IV) oksit-seryum (III) oksit döngüsü veya CeO 2 / Ce 2 O 3 döngüsü, iki adım termokimyasal su bölme (IV) oksit ve seryum göre işlem seryum (III) oksit için hidrojen üretimi .

antioksidan

Nanoceria biyolojik bir antioksidan olarak dikkatleri üzerine çekmiştir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar