Cerium, Cer, Ce, 58

Allgemeines

Cer [t͡seːr] (auch Zer bzw. Cerium genannt) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Ce und der Ordnungszahl 58. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der seltenen Erden.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.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

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.

Besonderheiten

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.

seltene-erden-cer, Cerium

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.
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.

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.

Verwendung

In der Metallurgie dient Cerium 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). Cereisen in der Zusammensetzung 70% Cer und 30% Eisen, auch als Auermetall bekann, wurde von Karl Auer von Welsbach 1903 zum Patent angemeldet. Eine Abwandlung fand weltweite Verbreitung als Zündstein für Feuerzeuge.

Geringe Beimengungen von (mehr oder weniger reinen) Cer-Verbindungen verleihen anderen Materialien bestimmte Eigenschaften:

  1. Cerdioxid (CeO²) wird zur Stabilisierung des keramischen Katalysatorträgers aus Aluminiumoxid für Autoabgaskatalysatoren verwendet.
  2. Bestandteil einiger Spezialgläser, zum Beispiel UV-Filter und Windschutzscheiben, und Enttrübungsmittel in der Glasherstellung
  3. Zur Färbung von Emaille
  4. Cerdioxid findet Verwendung als Poliermittel in der Glasbearbeitung
  5. Cer-dotierte Fluoreszenz-Farbstoffe (Leuchtstoffe) in Bildröhren und weißen Leuchtdioden
  6. als Dotierung in Glühstrümpfen
  7. Selbstreinigende Backöfen enthalten eine cerhaltige Beschichtung
  8. Cer(IV)-sulfat als Oxidationsmittel in der Quantitativen Analyse (Cerimetrie)
  9. als Kontrastmittel bei Kernresonanz
  10. als Leuchtstoff in Gasentladungsröhren
  11. zur Regeneration von Rußpartikelfiltern im Kraftstoff gelöst beigemischt
  12. als Teil von nichtedelmetallhaltigen Aufbrennlegierungen in der Zahntechnik (Keramik)
  13. als Oxidationsmittel für organische Synthesen mit CAN (Cerium ammonium nitrat), (NH4)²Ce(NO³)6
Allgemein
Name, SymbolOrdnungszahl Cer, CE, 58
Serie Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block La, 6, f
Aussehen silbrig weiß
CAS-Nummer 7440-45-1
Massenanteil an der Erdhülle 43ppm
Atomar
Atommasse 140,116 u
Atomradius 185 pm
Kovalenter Radius 204 pm
Elektronenkonf. [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
Aggregatszustand fest
Kristallstruktur kubisch flächenzentriert
Dichte 6,773 g/cm3 (25 °C)
Mohshärte 2,5
Magnetismus paramagnetisch (χm = 1,4 · 10−3)
Schmelzpunkt 1068 K (795 C)
Siedepunkt 3633 K (3360 C)
Molares Volumen 20,69 * 10(-6)m(3)/mol
Verdampfungswärme 350 KJ/mol
Schmelzwärme 5,5 KJ/mol
Schallgeschwindigkeit 2100 m/s bei 293,15 K
Elektrische Leitfähigkeit 1,35*10(6) A/(V*m)
Wärmeleitfähigkeit 11 W/(m*K)


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