CERIUM (IV) OKSIDA: STRUKTUR, SIFAT, KEGUNAAN - KIMIA - 2026

The oksida cerium (IV) oksida atau serium adalah putih atau kuning pucat pepejal bukan organik yang dihasilkan oleh pengoksidaan cerium (Ce) untuk oksigen ke valensinya 4+. Formula kimia ceric oxide adalah CeO ₂ dan ia adalah oksida cerium yang paling stabil.

Cerium (Ce) adalah unsur dari siri lanthanides, yang termasuk dalam kumpulan nadir bumi. Sumber semula jadi oksida ini adalah bastnasite mineral. Dalam konsentrat komersial mineral ini, CeO ₂ dapat dijumpai dalam perkiraan hingga 30% berat.

Contoh oksida cerium (IV). Gambar diambil Ogos 2005 oleh Pengguna: Walkerma. {{PD-self}} Sumber: Wikipedia Commons

CeO ₂ dapat diperoleh dengan mudah dengan memanaskan cerium (III) hidroksida, Ce (OH) ₃ , atau garam cerium (III), seperti oksalat, karbonat atau nitrat, di udara atau oksigen .

Stoikiometrik CeO ₂ dapat diperoleh dengan tindak balas suhu tinggi serium (III) oksida dengan unsur oksigen. Oksigen mesti berlebihan dan masa yang cukup mesti dibiarkan untuk menyelesaikan penukaran pelbagai fasa bukan stoikiometrik yang sedang terbentuk.

Fasa-fasa ini terdiri daripada produk berwarna dari formula CeO _x (di mana x berbeza antara 1.5 dan 2.0). Mereka juga disebut CeO _2-x , di mana x boleh memiliki nilai hingga 0,3. CeO ₂ adalah bentuk Ce yang paling banyak digunakan dalam industri. Ia mempunyai klasifikasi ketoksikan yang rendah, terutamanya kerana kelarutannya yang rendah dalam air.

Sampel mineral bastnasite. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Sumber: Wikipedia Commons

Struktur

Oksida stoikiometrik (IV) mengkristal dalam kisi kubik seperti fluorit (CaF ₂ ), dengan 8 O ^2- ion dalam struktur kubik yang diselaraskan dengan ion 4 Ce ⁴⁺ .

Struktur kristal oksida Cerium (IV). Benjah-bmm27 Sumber: Wikipedia Commons

Tatanama

- Cerium (IV) oksida.

- Oksida seramik.

- Cerium dioksida.

- Ceria.

- Stoichiometric cerium oxide: bahan yang dibentuk sepenuhnya oleh CeO ₂ .

- Cerium oksida bukan stoikiometrik: bahan yang terbentuk oleh campuran oksida dari CeO ₂ hingga CeO _1.5

Hartanah

Keadaan fizikal

Pepejal kuning pucat. Warna sensitif terhadap stoikiometri dan kehadiran lantanida lain. Oksida bukan stoikiometrik selalunya berwarna biru.

Mohs kekerasan

6-6.1 lebih kurang.

Berat molekul

172.12 g / mol.

Takat lebur

2600 ºC lebih kurang.

Ketumpatan

7.132 g / cm ³

Keterlarutan

Tidak larut dalam air panas dan sejuk. Larut dalam asid sulfurik pekat dan asid nitrik pekat. Tidak larut dalam asid cair.

Indeks biasan

2.2.

Harta lain

CeO ₂ adalah bahan lengai, ia tidak diserang oleh asid kuat atau alkali. Walau bagaimanapun, ia dapat dilarutkan oleh asid dengan adanya agen pengurang, seperti hidrogen peroksida (H ₂ O ₂ ) atau timah (II), antara lain, menghasilkan larutan cerium (III).

Ia mempunyai kestabilan terma yang tinggi. Ia tidak mengalami perubahan kristalografi semasa selang pemanasan biasa.

Derivatifnya yang terhidrat ( CeO ₂ .nH ₂ O) adalah endapan kuning dan agar-agar yang diperoleh dengan merawat larutan cerium (IV) dengan asas.

CeO ₂ kurang diserap dari saluran gastrointestinal sehingga tidak mempunyai kesan toksik.

Permohonan

- Dalam industri metalurgi

CeO ₂ digunakan dalam elektrod teknologi kimpalan tertentu, seperti kimpalan busur tungsten gas inert.

Oksida tersebar secara halus ke seluruh matriks tungsten. Pada voltan rendah zarah CeO _{2 ini} memberikan kebolehpercayaan yang lebih besar daripada tungsten sahaja.

- Dalam industri kaca

Penggilap kaca

CeO ₂ boleh menukar gelas soda-kapur untuk botol, jag dan sejenisnya. Ce (IV) mengoksidakan kekotoran Fe (II), yang memberikan warna hijau kebiruan, kepada Fe (III) yang memberikan warna kuning 10 kali lebih lemah.

Kaca tahan sinaran

Penambahan 1% CeO ₂ ke kaca menekan perubahan warna atau kegelapan kaca yang disebabkan oleh pengeboman elektron bertenaga tinggi pada kaca mata TV. Hal yang sama berlaku untuk kaca yang digunakan di tingkap di sel panas dalam industri nuklear, kerana ia menekan perubahan warna yang disebabkan oleh sinar gamma.

Mekanisme penekanan dipercayai bergantung pada kehadiran ion Ce ⁴⁺ dan Ce ³⁺ di kisi kaca.

Cermin mata sensitif

Beberapa formulasi kaca dapat mengembangkan gambar laten yang kemudian dapat ditukar menjadi struktur atau warna kekal.

Kaca jenis ini mengandungi CeO ₂ yang menyerap sinaran UV dan melepaskan elektron ke dalam matriks kaca.

Selepas rawatan, pertumbuhan kristal sebatian lain di dalam gelas dihasilkan, mewujudkan corak terperinci untuk kegunaan elektronik atau hiasan.

- Dalam enamel

Kerana indeks biasnya yang tinggi, CeO ₂ adalah agen pengaburan dalam komposisi enamel yang digunakan sebagai pelindung pada logam.

Kestabilan haba yang tinggi dan bentuk kristalografiknya yang unik di seluruh julat suhu yang dicapai semasa proses kaca, menjadikannya sesuai untuk digunakan pada kaca porselin.

Dalam aplikasi ini CeO ₂ menyediakan lapisan putih yang diinginkan semasa pembuangan enamel. Bahan inilah yang memberikan kelegapan.

- Dalam seramik zirkonium

Seramik zirkonia adalah penebat haba dan digunakan dalam aplikasi suhu tinggi. Ia memerlukan bahan tambahan untuk mempunyai kekuatan dan ketahanan yang tinggi. Menambah CeO ₂ ke zirkonia menghasilkan bahan dengan kekuatan dan kekuatan yang luar biasa.

CeO _2- doped zirconium oxide digunakan dalam pelapis untuk bertindak sebagai penghalang termal pada permukaan logam.

Sebagai contoh, pada bahagian mesin pesawat pelapis ini melindungi dari suhu tinggi yang akan terdedah kepada logam.

Enjin jet. Jeff Dahl, terjemahan Sepanyol oleh Xavigivax Sumber: Wikipedia Commons

- Dalam pemangkin untuk mengawal pelepasan kenderaan

CeO ₂ adalah komponen aktif dalam penyingkiran bahan pencemar dari pelepasan kenderaan. Ini sebahagian besarnya disebabkan kemampuannya menyimpan atau melepaskan oksigen bergantung kepada keadaan di sekitarnya.

Penukar pemangkin pada kenderaan bermotor terletak di antara enjin dan saluran gas ekzos. Ia mempunyai pemangkin yang mesti mengoksidakan hidrokarbon tidak terbakar, menukar CO menjadi CO ₂ , dan mengurangkan nitrogen oksida, NO _x , menjadi N ₂ dan O ₂ .

Penukar pemangkin untuk gas ekzos dari enjin pembakaran dalaman kenderaan bermotor. Ahanix1989 di Wikipedia Bahasa Inggeris Sumber: Wikipedia Commons

Selain platinum dan logam pemangkin lain, komponen aktif utama sistem multifungsi ini adalah CeO ₂ .

Setiap penukar pemangkin mengandungi 50-100 g CeO ₂ yang dibahagikan dengan halus, yang berfungsi untuk beberapa fungsi. Yang paling penting adalah:

Berfungsi sebagai penstabil untuk kawasan permukaan tinggi alumina

Kawasan permukaan tinggi alumina cenderung menjadi sinter, kehilangan kawasan permukaannya yang tinggi semasa operasi suhu tinggi. Ini ditangguhkan oleh kehadiran CeO ₂ .

Ia bertindak sebagai penyekat penyekat oksigen

Oleh kerana keupayaannya untuk membentuk oksida bukan stoikiometrik CeO _2-x , oksida cerium (IV) memberikan oksigen unsur strukturnya sendiri semasa tempoh kitaran kaya oksigen / bahan bakar.

Oleh itu, pengoksidaan hidrokarbon tidak terbakar yang berasal dari mesin dan penukaran CO menjadi CO _{2 dapat berterusan} , walaupun oksigen gas tidak mencukupi.

Kemudian, dalam tempoh kitaran kaya oksigen, ia mengambil oksigen dan mengoksidasi semula, memulihkan bentuk stoikiometriknya CeO ₂ .

Yang lain

Ia berfungsi sebagai peningkatan kapasiti katalitik rhodium dalam pengurangan nitrogen oksida NO _x menjadi nitrogen dan oksigen.

- Dalam pemangkinan tindak balas kimia

Dalam proses pemecahan pemangkin kilang, CeO ₂ bertindak sebagai pengoksidaan katalitik yang membantu dalam penukaran SO ₂ menjadi SO ₃ dan mendorong pembentukan sulfat dalam perangkap tertentu dari proses tersebut.

CeO ₂ meningkatkan aktiviti pemangkin berasaskan besi oksida yang digunakan untuk mendapatkan styrene bermula dari etilbenzena. Ini mungkin disebabkan oleh interaksi positif antara pasangan pengurangan oksida Fe (II) - Fe (III) dan Ce (III) - Ce (IV).

- Dalam aplikasi biologi dan bioperubatan

Nanopartikel CeO ₂ didapati bertindak dengan membersihkan radikal bebas, seperti superoksida, hidrogen peroksida, hidroksil, dan radikal nitrik oksida.

Mereka dapat melindungi tisu biologi dari kerosakan akibat radiasi, kerosakan retina yang disebabkan oleh laser, meningkatkan jangka hayat sel fotoreseptor, mengurangkan kecederaan tulang belakang, mengurangkan keradangan kronik, dan mempromosikan angiogenesis atau pembentukan saluran darah.

Selain itu, serat nanofiber tertentu yang mengandungi partikel nanopartikel CeO ₂ terbukti beracun terhadap strain bakteria, menjadi calon yang menjanjikan untuk aplikasi bakteria.

- Kegunaan lain

CeO ₂ adalah bahan penebat elektrik kerana kestabilan kimianya yang sangat baik, kebolehtelapan relatif tinggi (ia mempunyai kecenderungan tinggi untuk polarisasi ketika medan elektrik diterapkan) dan kisi kristal yang serupa dengan silikon.

Ia telah menemukan aplikasi dalam kapasitor dan lapisan redaman bahan superkonduktor.

Ia juga digunakan dalam sensor gas, bahan elektrod sel bahan bakar oksida pepejal, pam oksigen, dan monitor oksigen.

Rujukan

1. Cotton, F. Albert dan Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kimia Anorganik Lanjutan. Edisi Keempat. John Wiley & Anak.
2. Tarian, JC; Emeléus, HJ; Sir Ronald Nyholm dan Trotman-Dickenson, AF (1973). Kimia Anorganik Komprehensif. Jilid 4. Pergamon Press.
3. Kirk-Othmer (1994). Ensiklopedia Teknologi Kimia. Jilid 5. Edisi Keempat. John Wiley & Anak.
4. Ensiklopedia Kimia Industri Ullmann. (1990). Edisi Kelima. Jilid A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald et al. (2012). Analisis dan Risiko Nanomaterial dalam Persekitaran dan Sampel Makanan. Dalam Kimia Analisis Komprehensif. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Alumina, Titania, Ceria, Silicate, Tungstate dan bahan lain. Dalam Bahan Dielektrik untuk Komunikasi Tanpa Wayar. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan, et al. (2015). Perancah dengan Sifat Antibakteria. Dalam Aplikasi Nanoteknologi untuk Kejuruteraan Tisu. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
8. Gottardi V., et al. (1979). Memoles permukaan kaca yang disiasat dengan teknik nuklear. Buletin Persatuan Seramik dan Kaca Sepanyol, Jilid 18, No. 3. Dipulihkan dari boletines.secv.es.