- estructura
- Nomenclatura
- propietats
- estat físic
- duresa Mohs
- pes molecular
- Punt de fusió
- densitat
- solubilitat
- Índex de refracció
- altres propietats
- usos
- - En la indústria metal·lúrgica
- - En la indústria de l'vidre
- Polit de vidre
- Vidre resistent a la radiació
- vidres fotosensibles
- - En esmalts
- - En ceràmica de zirconi
- - En catalitzadors per al control d'emissions de vehicles
- Actua com a estabilitzador de l'alúmina d'alta àrea superficial
- Es comporta com un emmagatzemador-alliberador d'oxigen
- altres
- - En catàlisi de reaccions químiques
- - En aplicacions biològiques i biomèdiques
- - Altres usos
- referències
El òxid de ceri (IV) o òxid cérico és un sòlid inorgànic blanc o groc pàl·lid que es produeix per l'oxidació de l'ceri (Ce) per l'oxigen fins a la seva valència 4+. La fórmula química de l'òxid cérico és CEO 2 i és l'òxid més estable de l'ceri.
El ceri (Ce) és un element de la sèrie dels lantànids, els quals estan inclosos en el grup de les terres-rares. Font natural d'aquest òxid és el mineral bastnasita. En el concentrat comercial d'aquest mineral El CEO 2 es pot trobar en una proporció aproximada de fins a 30% en pes.
Una mostra d'òxid de ceri (IV). Picture taken August 2005 by User: Walkerma. {{PD-self}} Font: Wikipedia Commons
El CEO 2 es pot obtenir fàcilment mitjançant l'escalfament en aire o oxigen de l'hidròxid de ceri (III), Ce (OH) 3, o de qualsevol sal de ceri (III), com l'oxalat, carbonat o nitrat.
El CEO 2 estequiomètric es pot obtenir mitjançant reacció a temperatura elevada de l'òxid de ceri (III) amb oxigen elemental. L'oxigen ha d'estar en excés i s'ha de deixar prou temps per completar la conversió de les diverses fases no-estequiomètriques que es van formant.
Aquestes fases comprenen productes multicolors de fórmula CEO x (on x varia entre 1,5 i 2,0). També es denominen CEO 2-x, on x pot tenir un valor de fins a 0,3. El CEO 2 és la forma de Ce més àmpliament usada en la indústria. Posseeix una baixa classificació de toxicitat, especialment pel seu pobre solubilitat en aigua.
Mostra de mineral bastnasita. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Font: Wikipedia Commons
estructura
L'òxid de ceri (IV) estequiomètric cristal·litza en la xarxa cúbica tipus fluorita (CaF 2), amb 8 ions O 2- en una estructura cúbica coordinats amb 4 ions Ce 4+.
Estructura cristal·lina de l'òxid de ceri (IV). Benjah-bmm27 Font: Wikipedia Commons
Nomenclatura
- Òxid de ceri (IV).
- Òxid cérico.
- Diòxid de ceri.
- Ceria.
- Òxid de ceri estequiomètric: material format totalment per CEO 2.
- Òxid de ceri no-estequiomètric: material format per òxids barrejats des del CEO 2 fins el CEO 1,5
propietats
estat físic
Sòlid groc pàl·lid. El color és sensible a l'estequiometria ia la presència d'altres lantànids. Els òxids no estequiomètrics sovint són blaus.
duresa Mohs
6-6,1 aproximadament.
pes molecular
172,12 g / mol.
Punt de fusió
2600 ºC aproximadament.
densitat
7,132 g / cm 3
solubilitat
Insoluble en aigua freda i calenta. Soluble en àcid sulfúric concentrat i àcid nítric concentrat. Insoluble en àcids diluïts.
Índex de refracció
2,2.
altres propietats
El CEO 2 és una substància inert, no és atacat ni per àcids forts ni àlcalis. No obstant això, pot ser dissolt per àcids en presència d'agents reductors, com aigua oxigenada (H 2 O 2) o estany (II), entre d'altres, generant solucions de ceri (III).
Presenta alta estabilitat tèrmica. No pateix canvis cristal·logràfics durant intervals usuals d'escalfament.
El seu derivat hidratat (CEO 2.nH 2 O) és un precipitat groc i gelatinós que s'obté a l'tractar solucions de ceri (IV) amb bases.
El CEO 2 és pobrament absorbit pel tracte gastrointestinal pel que no té efectes tòxics.
usos
- En la indústria metal·lúrgica
El CEO 2 s'empra en els elèctrodes de certes tecnologies de soldadura, com la soldadura per arc de tungstè amb gas inert.
L'òxid es troba finament dispers en tota la matriu de l'tungstè. A voltatges baixos aquestes partícules de CEO 2 donen una major fiabilitat que el tungstè sol.
- En la indústria de l'vidre
Polit de vidre
El CEO 2 pot descolorir vidres de soda-cal per a ampolles, gerres i similars. El Ce (IV) oxida les impureses de Fe (II), que proporcionen color verd-blavós, a Fe (III) que confereix un color groc 10 vegades més feble.
Vidre resistent a la radiació
L'addició d'1% de CEO 2 a l'vidre suprimeix la decoloració o enfosquiment de l'vidre causada pel bombardeig d'electrons d'alta energia en vidres de TV. El mateix passa en vidres usats en finestres en cel·les calents de la indústria nuclear, ja que suprimeix la decoloració induïda pels raigs gamma.
Es creu que el mecanisme de supressió depèn de la presència d'ions Ce 4+ i Ce 3+ a la xarxa de l'vidre.
vidres fotosensibles
Algunes formulacions de vidre poden desenvolupar imatges latents que després poden ser convertides a una estructura o color permanent.
Aquest tipus de vidre conté CEO 2 que absorbeix la radiació UV i allibera electrons en la matriu de vidre.
Mitjançant tractament posterior es genera el creixement de cristalls d'altres compostos en el vidre, creant patrons detallats per a usos electrònics o decoratius.
- En esmalts
Pel seu alt índex de refracció El CEO 2 és un agent d'opacitat en composicions d'esmalts usades com a recobriments protectors sobre metalls.
La seva alta estabilitat tèrmica i la seva forma cristal·logràfica única al llarg de tot l'interval de temperatures que s'assoleixen durant el procés d'esmaltat, el fan adequat per al seu ús en esmalts per porcellanes.
En aquesta aplicació el CEO 2 proporciona la desitjada coberta blanca durant el cremat de l'esmalt. És l'ingredient que proveeix opacitat.
- En ceràmica de zirconi
La ceràmica de zirconi és un aïllant tèrmic i s'empra en aplicacions d'alta temperatura. Requereix un additiu per posseir alta resistència i tenacitat. Si afegim CEO 2 a òxid de zirconi es produeix un material amb excepcional tenacitat i bona resistència.
L'òxid de zirconi dopat amb CEO 2 s'usa en recobriments per a actuar com a barrera tèrmica sobre superfícies metàl·liques.
Per exemple, en les parts de motors d'aeronaus aquests recobriments protegeixen de les altes temperatures a les quals els metalls estarien exposats.
Motor de jet. Jeff Dahl, Spanish translation by Xavigivax Font: Wikipedia Commons
- En catalitzadors per al control d'emissions de vehicles
El CEO 2 és un component actiu en la remoció de contaminants de les emissions dels vehicles. Això es deu en gran part a la seva capacitat per emmagatzemar o alliberar oxigen depenent de les condicions que l'envolten.
El convertidor catalític dels vehicles automotors està situat entre el motor i la sortida dels gasos d'escapament. Posseeix un catalitzador que ha de oxidar hidrocarburs no-cremats, convertir CO a CO 2, i reduir els òxids de nitrogen, NO x, a N 2 i O 2.
Convertidor catalític de gasos d'escapament provinents de l'motor de combustió interna d'un vehicle automotor. Ahanix1989 at English Wikipedia Font: Wikipedia Commons
A més de platí i altres metalls catalítics, el principal component actiu d'aquests sistemes multifuncionals és el CEO 2.
Cada convertidor catalític conté 50-100 g de CEO 2 finament dividit, el qual compleix diverses funcions. Les més importants són:
Actua com a estabilitzador de l'alúmina d'alta àrea superficial
La alúmina d'alta àrea superficial tendeix a sinteritzar, perdent la seva alta àrea superficial durant l'operació a altes temperatures. Això és retardat per la presència de CEO 2.
Es comporta com un emmagatzemador-alliberador d'oxigen
Per la seva capacitat de formar òxids no-estequiomètrics CEO 2-x, l'òxid de ceri (IV) proporciona oxigen elemental de la seva pròpia estructura durant el període de l'cicle pobre en oxigen / ric en combustible.
Així, pot continuar l'oxidació d'hidrocarburs no cremats que provenen de el motor i la conversió de CO en CO 2, tot i que és insuficient l'oxigen gasós.
Després, en el període de l'cicle ric en oxigen, reprèn l'oxigen i es torna a oxidar, recuperant la seva forma estequiomètrica CEO 2.
altres
Funciona com millorant de la capacitat catalítica de l'rodi en la reducció dels òxids de nitrogen NO x a nitrogen i oxigen.
- En catàlisi de reaccions químiques
En els processos de craqueig catalític de les refineries El CEO 2 actua com un oxidant catalític que ajuda en la conversió de SO 2 a SO 3 i promou la formació de sulfats en trampes específiques de l'procés.
El CEO 2 millora l'activitat de l'catalitzador basat en òxid de ferro que s'empra en l'obtenció de l'estirè partint de l'etilbenzè. Això es deu possiblement a la interacció positiva entre les parelles d'òxid-reducció de Fe (II) - Fe (III) i Ce (III) - Ce (IV).
- En aplicacions biològiques i biomèdiques
S'ha trobat que les nanopartícules de CEO 2 actuen eliminant radicals lliures, com ara el superòxid, peròxid d'hidrogen, hidroxil i radical d'òxid nítric.
Poden protegir els teixits biològics de el dany induït per radiació, dany de la retina induït per làser, augmenten el rang de vida de les cèl·lules fotoreceptores, redueixen les lesions espinals, redueixen la inflamació crònica i promouen l'angiogènesi o formació de vasos sanguinis.
Addicionalment, certes nanofibres que contenen nanopartícules de CEO 2 han demostrat ser tòxiques contra soques bacterianes, sent candidates prometedores per a aplicacions bactericides.
- Altres usos
El CEO 2 és un material aïllant elèctric causa de la seva excel·lent estabilitat química, permitivitat relativa alta (té alta tendència a polaritzar davant l'aplicació d'un camp elèctric) i xarxa cristal·lina similar a el silici.
Ha trobat aplicació en condensadors i capes d'amortiment de materials superconductors.
És usat també en sensors de gas, materials per a elèctrodes de cel·les de combustible d'òxid sòlid, bombes d'oxigen i monitors d'oxigen.
referències
- Cotton, F. Albert and Wilkinson, Geoffrey. (1980). Advanced Inorganic Chemistry. Fourth Edition. John Wiley & Sons.
- Ballar, JC; Emeléus, HJ; Sir Ronald Nyholm and Trotman-Dickenson, AF (1973). Comprehensive Inorganic Chemistry. Volume 4. Pergamon Press.
- Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology. Volume 5. Fourth Edition. John Wiley & Sons.
- Ullmann 's Encyclopedia of Industrial Chemistry. (1990). Fifth Edition. Volume A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
- Casals, Eudald et al. (2012). Analysis and Risk of Nanomaterials in Environmental and Food Samples. In Comprehensive Analytical Chemistry. Recuperat de sciencedirect.com.
- Mailadil T. Sebastian. (2008). Alumina, Titània, Ceria, silicate, Tungstate and other materials. In Dielectric Materials for Wireless Communication. Recuperat de sciencedirect.com.
- Afeesh Rajan Unnithan, et al. (2015). Scaffolds with antibacterià Properties. In Nanotechnology Applications for Tissue Engineering. Recuperat de sciencedirect.com.
- Gottardi V., et al. (1979). Polit de la superfície d'un vidre investigat amb una tècnica nuclear. Butlletí de la Societat Espanyola de Ceràmica i Vidre, Vol. 18, No. 3. Recuperat de boletines.secv.es.