Церу — химический элемент редкоземельного ряда¶

Церий (лат. Cerium, химический символ Ce) — химический элемент с атомным номером 58, относящийся к группе лантаноидов (редкоземельных элементов). Это второй элемент семейства лантаноидов после лантана, серебристо-белый мягкий металл, легко окисляющийся на воздухе. Церий — самый распространённый из редкоземельных элементов в земной коре и один из наиболее широко применяемых.

¶История открытия

Церий был открыт в 1803 году независимо друг от друга тремя исследователями: шведским химиком Йёнсом Якобом Берцелиусом, немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом и шведом Вильгельмом Хизингером. Все они исследовали минерал, найденный в шахте Бастнес в Швеции, и выделили из него новую «землю» (оксид). Название элементу дали в честь открытой незадолго до этого малой планеты Цереры (сама планета, в свою очередь, названа в честь римской богини плодородия).

Металлический церий в относительно чистом виде был получен лишь в 1875 году. Долгое время элемент путали с родственными лантаноидами из-за чрезвычайной близости их химических свойств — разделение редкоземельных элементов оставалось сложнейшей задачей вплоть до середины XX века.

¶Физические и химические свойства

Церий — мягкий, ковкий металл серебристо-белого цвета. Основные характеристики:

Церий относится к наиболее реакционноспособным лантаноидам. На воздухе он быстро покрывается оксидной плёнкой, а при нагревании воспламеняется. При взаимодействии с водой образует гидроксид. Характерная особенность церия — устойчивость степени окисления +4, что нетипично для большинства лантаноидов (у них обычно преобладает +3). Это свойство определяет многие области применения элемента.

¶Распространение в природе

Церий — самый abundant из редкоземельных элементов: его содержание в земной коре оценивается примерно в 60–70 частей на миллион, что сопоставимо с содержанием меди или цинка. Основные минералы, содержащие церий, — бастнезит, монацит и алланит. Крупнейшие месторождения находятся в Китае (Баян-Обо), США (Маунтин-Пасс), а также в России, Индии и Бразилии. Китай на протяжении десятилетий остаётся ведущим производителем и экспортёром редкоземельного сырья, включая церий.

¶Применение

Благодаря сочетанию доступности и химической активности церий нашёл широкое промышленное применение.

¶Металлургия

Церий используется как легирующая добавка и раскислитель в металлургии. Небольшие добавки церия к стали и чугуну улучшают их механические свойства, повышают жаростойкость. Церий входит в состав так называемого мишметалла — сплава редкоземельных элементов, применяемого в металлургии и пиротехнике.

¶Полировальные порошки

Оксид церия (CeO₂) — один из лучших полирующих материалов для стекла. Полирит на основе оксида церия применяется при обработке оптических линз, зеркал, экранов и стекла. Это одно из крупнейших по объёму потребления направлений использования элемента.

¶Катализаторы

Соединения церия — ключевой компонент автомобильных каталитических нейтрализаторов, где они способствуют окислению угарного газа и углеводородов. Церий также применяется в нефтехимии как катализатор крекинга.

¶Стекольная и оптическая промышленность

Оксид церия добавляют в стекло для поглощения ультрафиолетового излучения, а также используют для обесцвечивания стекла и при производстве специальных оптических стёкол. Церий применяется в составе люминофоров и в производстве светодиодов.

¶Пиротехника и источники света

Сплав церия с железом (так называемый «кремень» для зажигалок) даёт искру при трении. Церий используется в газокалильных сетках и в некоторых типах дуговых ламп.

¶Другие области

Церий применяется в аккумуляторах (никель-металлгидридных), в медицине (как компонент некоторых препаратов), в ядерной технике, а также в качестве добавки к топливу.

¶Биологическая роль и безопасность

Церий не играет известной биологической роли в организме человека. Его соединения относятся к веществам умеренной токсичности; при работе с порошками и парами требуется соблюдение мер предосторожности. Некоторые соединения церия проявляют антибактериальные свойства, что исследуется в медицине.

¶Значение и перспективы

Церий — наиболее доступный и востребованный редкоземельный элемент. Его добыча и переработка тесно связаны с глобальным рынком редкоземельных металлов, имеющим стратегическое значение для электроники, энергетики и оборонной промышленности. Развитие технологий переработки и поиск новых источников сырья остаются актуальными задачами, поскольку спрос на редкоземельные элементы, включая церий, устойчиво растёт.