Կախարդական հազվագյուտ երկրի տարր՝ ցերիում

Ցերիում անվիճելի «մեծ եղբայրն» է հազվագյուտ հողային տարրերի մեծ ընտանիքում։ Նախ, հազվագյուտ հողային տարրերի ընդհանուր առատությունը երկրակեղևում կազմում է 238 ppm, որից ցերիումը՝ 68 ppm, որը կազմում է հազվագյուտ հողային տարրերի ընդհանուր կազմի 28%-ը և զբաղեցնում է առաջին տեղը։ Երկրորդ, ցերիումը երկրորդ հազվագյուտ հողային տարրն է, որը հայտնաբերվել է իտրիումի հայտնաբերումից (1794) ինը տարի անց։ Դրա կիրառությունը շատ լայն է, և «ցերիումը» անկասելի է։

Ցերիումի տարրի հայտնաբերումը

Կարլ Աուեր ֆոն Վելսբախ

Ցերիումը հայտնաբերվել և անվանակոչվել է 1803 թվականին գերմանացի Կլոպերսի, շվեդ քիմիկոս Յոնս Յակոբ Բերզելիուսի և շվեդ հանքաբան Վիլհելմ Հիզինգերի կողմից։ Այն կոչվում է ցերիա, իսկ դրա հանքաքարը՝ ցերիտ՝ 1801 թվականին հայտնաբերված աստերոիդ Ցերերայի հիշատակին։ Իրականում, այս տեսակի ցերիումի սիլիկատը հիդրատացված աղ է, որը պարունակում է 66%-ից մինչև 70% ցերիում, մինչդեռ մնացածը կալցիումի, երկաթի ևիտրիում.

Ցերիումի առաջին օգտագործումը գազային բուխարին էր, որը հորինել է ավստրիացի քիմիկոս Կառլ Աուեր ֆոն Վելսբախը: 1885 թվականին նա փորձեց մագնեզիումի, լանթանի և իտրիումի օքսիդի խառնուրդ պատրաստել, սակայն այդ խառնուրդները անհաջող կերպով կանաչ լույս արձակեցին:

1891 թվականին նա հայտնաբերեց, որ մաքուր թորիումի օքսիդը, չնայած կապույտ գույնի, ավելի լավ լույս է առաջացնում և ցերիում(IV) օքսիդի հետ խառնվելով՝ ստանում է պայծառ սպիտակ լույս։ Բացի այդ, ցերիում(IV) օքսիդը կարող է նաև օգտագործվել որպես թորիումի օքսիդի այրման կատալիզատոր։

Ցերիում մետաղ

★ Ցերիումը ճկուն և փափուկ արծաթափայլ սպիտակ մետաղ է՝ ակտիվ հատկություններով։ Օդի հետ շփման դեպքում այն ​​օքսիդանում է՝ առաջացնելով ժանգի նման թեփոտվող օքսիդային շերտ։ Տաքացնելիս այն այրվում է և արագ արձագանքում ջրի հետ։ Ցերիումի մետաղի մեկ սանտիմետր չափի նմուշը լիովին կոռոզիայի է ենթարկվում մոտ մեկ տարվա ընթացքում։ Խուսափեք օդի, ուժեղ օքսիդանտների, ուժեղ թթուների և հալոգենների հետ շփումից։

★ Ցերիումը հիմնականում առկա է մոնազիտում և բաստնեզիտում, ինչպես նաև ուրանի, թորիումի և պլուտոնիումի ճեղքման արգասիքներում: Վնասակար է շրջակա միջավայրի համար, ուստի հատուկ ուշադրություն պետք է դարձնել ջրային մարմինների աղտոտմանը:

★ Ցերիումը 26-րդ ամենատարածված տարրն է, որը կազմում է Երկրի կեղևի 68 ppm-ը, զիջելով միայն պղնձին (68 ppm): Ցերիումն ավելի տարածված է, քան սովորական մետաղները, ինչպիսիք են կապարը (13pm) և անագը (2.1 ppm):

Ցերիումի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա

Էլեկտրոնային կարգավորումներ.
1վ2 2վ2 2պ6 3վ2 3պ6 4վ2 3դ10 4պ6 5վ2 4դ10 5պ66վ2 4ֆ1 5դ1
★ Ցերիումը գտնվում է լանթանից հետո և ունի 4f էլեկտրոններ, որոնք սկսվում են ցերիումից, ինչը հեշտացնում է քիմիական ռեակցիաներին մասնակցելը: Սակայն ցերիումի 5d օրբիտալը զբաղված է, և այս էֆեկտը ցերիումում բավականաչափ ուժեղ չէ:

★ Լանթանիդների մեծ մասը կարող է օգտագործել միայն երեք էլեկտրոն որպես վալենտային էլեկտրոն, բացառությամբ ցերիումի, որն ունի փոփոխական էլեկտրոնային կառուցվածք։ 4f էլեկտրոնների էներգիան գրեթե նույնն է, ինչ մետաղական վիճակում ապալոկալիզացված արտաքին 5d և 6s էլեկտրոնների էներգիան, և այս էլեկտրոնային էներգիայի մակարդակների հարաբերական զբաղեցումը փոխելու համար անհրաժեշտ է միայն փոքր քանակությամբ էներգիա, ինչը հանգեցնում է +3 և +4 կրկնակի վալենտայինության։ Նորմալ վիճակը +3 վալենտային է, որը ցույց է տալիս +4 վալենտայինություն անաէրոբ ջրում։
Ցերիումի կիրառումը

★ Կարող է օգտագործվել որպես համաձուլվածքային հավելանյութ և ցերիումի աղերի և այլնի արտադրության համար։

★ Այն կարող է օգտագործվել որպես ապակե հավելանյութ՝ ուլտրամանուշակագույն և ինֆրակարմիր ճառագայթները կլանելու համար, և լայնորեն օգտագործվում է ավտոմեքենայի ապակու մեջ։

★ Կարող է օգտագործվել որպես գերազանց շրջակա միջավայրի պաշտպանության նյութ, և ներկայումս ամենաներկայացուցչականը ավտոմեքենայի արտանետումների մաքրման կատալիզատորն է, որը արդյունավետորեն կանխում է ավտոմեքենայի արտանետվող գազերի մեծ քանակի արտանետումը օդ։

★ Լույսհազվագյուտ հողային տարրերհիմնականում կազմված լինելով ցերիումից՝ որպես բույսերի աճի կարգավորիչներ կարող են բարելավել բերքի որակը, բարձրացնել բերքատվությունը և բարձրացնել բերքի սթրեսի նկատմամբ դիմադրողականությունը։

★ Ցերիումի սուլֆիդը կարող է փոխարինել մետաղներին, ինչպիսիք են կապարը և կադմիումը, որոնք վնասակար են շրջակա միջավայրի և մարդկանց համար գունանյութերում, կարող է գունավորել պլաստմասսաները և կարող է նաև օգտագործվել ծածկույթների և թանաքի արդյունաբերություններում:

★Ցերիումի (IV) օքսիդկարող է օգտագործվել որպես հղկող միացություն, օրինակ՝ քիմիական-մեխանիկական հղկման (ՔՄՀ) մեջ։

★ Ցերիումը կարող է նաև օգտագործվել որպես ջրածնի կուտակիչ նյութեր, ջերմաէլեկտրական նյութեր, ցերիումի վոլֆրամային էլեկտրոդներ, կերամիկական կոնդենսատոր, պիեզոէլեկտրական կերամիկա, ցերիումի սիլիցիումի կարբիդային հղկող նյութեր, վառելիքային բջիջների հումք, բենզինի կատալիզատորներ, մշտական ​​մագնիսական նյութեր, բժշկական նյութեր, տարբեր համաձուլվածքային պողպատներ և գունավոր մետաղներ։