鈰

鈰

周期系第ΙΙΙ族副族鑭系元素,一種稀土元素。灰色活潑的金屬,是鑭系金屬中自然豐度最高的一種。彎折鈰條時常迸濺出火星。原子序數58。穩定同位素:136、138、140、142。灰色金屬,有展性。密度:正方晶體6.9,立方晶體6.7。熔點799℃,沸點3426℃。鈰是一種銀灰色的活潑金屬,粉末在空氣中易自燃,易溶於酸。鈰的名稱來源於小行星穀神星的英文名。鈰在地殼中的含量約0.0046%,是稀土元素中豐度最高的。金屬鈰主要做還原劑。

基本信息

基本性質

相對原子質量:140.12
常見化合價:+3,+4
電負性:1.12
外圍電子排布:4f15d16s2
核外電子排布:2,8,18,20,8,2
同位素及放射線:Ce-134[3016d]Ce-136Ce-138Ce-139[137.6d]*Ce-140Ce-141[32.5d]Ce-142Ce-143[1.4d]Ce-144[284.6d]
鈰鈮鈣鈦礦鈰鈮鈣鈦礦

電子親合和能:0KJ•mol-1
第一電離能:528KJ•mol-1
第二電離能:1047KJ•mol-1
第三電離能:1880KJ•mol-1
單質密度:6.773g/cm3
單質熔點:795.0℃
單質沸點:3257.0℃
原子半徑:2.7埃
離子半徑:1.14(+3)埃
共價半徑:1.65埃
常見化合物:CeO2CeCl3
原子體積:(立方厘米/摩爾):20.67
元素在海水中的含量:(ppm):太平洋表面0.0000015
元素在太陽中的含量:(ppm):0.004
地殼中含量:(ppm):68
元素原子量:140.1
晶體結構:晶胞為面心立方晶胞,每個晶胞含有4個金屬原子。
聲音在其中的傳播速率:(m/S)2100
氧化態:MainCe+3
OtherCe+4
電離能(kJ/mol)
M-M+527.4
M+-M2+1047
M2+-M3+1949
M3+-M4+3547
M4+-M5+6800
M5+-M6+8200
M6+-M7+9700
M7+-M8+11800
M8+-M9+13200
M9+-M10+14700
晶胞參數:
a=362pm
b=362pm
c=599pm
α=90°
β=90°
γ=120°
莫氏硬度:2.5

發現歷史

1752年瑞典化學家克龍斯泰德發現一種新的礦石。西班牙礦物學家唐·福斯圖·德埃爾烏耶分析後認為它是鈣和鐵的矽酸鹽。1803年德國化學家克拉普羅特分析了該礦石,確定有一種新的金屬氧化物存在,稱它為ochra(赭色土),礦石稱為赭色礦(ochroite),因為它在受灼燒時出現赭色。同時瑞典化學家貝采利烏斯(J-önsJakobBerzelius,1779-1848)和瑞典礦物學家希辛格(WilhelmHisinger,1766-1852)也分析發現了同一新元素氧化物,不同於釔土。釔土溶於碳酸銨溶液,在煤氣燈焰上灼燒時呈現紅色,而這種土不溶於碳酸銨溶液,在煤氣燈焰上灼燒沒有呈現特徵焰色。於是稱它為ceria(鈰土),元素命名為cerium(鈰),元素符號定為Ce,礦石稱為鈰矽石(cerite),以紀念當時發現的一顆小行星穀神星Ceres。其實這種鈰矽石是一種水合酸鹽,含鈰66%~70%,其餘是鈣、鐵和釔的化合物。
ochra(赭色土)和ceria(鈰土)是同一元素的氧化物。後者被採用;前者被丟棄了。

含量分布

鈰主要存在獨居石和氟碳鈰礦中,也存在於鈾、釷、鈽的裂變產物中。常由氧化鈰用鎂粉還原,或由電解熔融的氯化鈰而製得。

物化性質氯化鈰

灰色活潑的金屬,是鑭系金屬中自然豐度最高的一種。彎折鈰條時常迸濺出火星。
鈰在室溫下很容易氧化,在空氣中很容易失去光澤,用刀刮即可在空氣中燃燒(純的鈰不易自燃,但稍氧化或與鐵生成合金時,極易自燃)。加熱時,在空氣中燃燒生成二氧化鈰。能與沸水作用產生氫氧化鈰,溶於酸,不溶於鹼。鈰也能在鹵素中燃燒,如在氯氣中燃燒,產生三氯化鈰(CeCl3):2Ce+3Cl2==Δ(或點燃)==2CeCl3。受低溫和高壓時,出現一種反磁性體,比普通形式的鈰緻密18%。用於製造打火石、陶瓷和合金等。鈰是除銪外稀土元素中最活潑的。鈰在冷水中緩慢反應,在熱水中反應加快。

元素描述

灰色金屬,有延展性。熔點799℃,沸點3426℃。密度:立方晶體6.76克/厘米3,六方晶體6.66克/厘米3。外圍電子層排布4f15d16s2。第一電離能5.47電子伏特。化學性質活潑,用刀刮即可在空氣中燃燒(純的鈰不易自燃,但稍氧化或與鐵生成合金時,極易自燃);加熱時,在空氣中燃燒生成二氧化鈰。能與沸水作用,溶於酸,不溶於鹼。受低溫和高壓時,出現一種反磁性體,比普通形式的鈰緻密18%。鈰是稀土元素中最豐富的金屬元素。有四種同位素:136Ce、138Ce、140Ce、142Ce。142Ce是放射性的α放射體,半衰期為5×1015年。

來源及用途

元素來源:
鈰是儲量最豐富的稀土元素,見於獨居石砂[Ce(PO4)]等許多礦物中。 鈰主要存在獨居石和氟碳鈰礦中,也存在於鈾、釷、鈽的裂變產物中。常由氧化鈰用鎂粉還原,或由電解熔融的氯化鈰而製得。
元素用途:
1,鈰作為玻璃添加劑,能吸收紫外線與紅外線,現已被大量套用於汽車玻璃。不僅能防紫外線,還可降低車內度,從而節約空調用電。從1997年起,日本汽車玻璃全加入氧化鈰,1996年用於汽車玻璃的氧化鈰至少有2000噸,美國約1000多噸。
2,目前正將鈰套用到汽車尾氣淨化催化劑中,可有效防止大量汽車廢氣排到空氣中美國在這方面的消費量占稀土總消費量的三分之一強。
3,硫化鈰可以取代鉛、鎘等對環境和人類有害的金屬套用到顏料中,可對塑膠著色,也可用於塗料、油墨和紙張等行業。目前領先的是法國羅納普朗克公司。
4,Ce:LiSAF雷射系統是美國研製出來的固體雷射器,通過監測色氨酸濃度可用於探查生物武器,還可用於醫學。鈰套用領域非常廣泛,幾乎所有的稀土套用領域中都含有鈰。如拋光粉、儲氫材料、熱電材料、鈰鎢電極、陶瓷電容器、壓電陶瓷、鈰碳化矽磨料、燃料電池原料、汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬等。
5、製造高輝度碳弧燈,摻入特種金屬里充當合金添加劑。氧化物用於光學器件和玻璃工業,鈰鹽用於攝影和紡織工業。鈰可作催化劑、電弧電極、特種玻璃等。鈰的合金耐高熱,可以用來製造噴氣推進器零件。硝酸鈰可用來製造煤氣燈上用的白熱紗罩。

貯存方法

儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。包裝要求密封,不可與空氣接觸。應與氧化劑、酸類、鹵素、食用化學品分開存放,切忌混儲。採用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區應備有泄漏應急處理設備。

合成方法

鈰是地殼中最豐的稀土金屬。用鈣還原氧化亞鈰或電解氯化亞鈰可製得金屬鈰。
70g三氯化鈰、18.5g鈣在惰性氣氛下徹底混合搖勻裝入鉭坩堝或用機動壓力機壓成圓柱體放在鉭坩堝中,坩堝配有打孔的鉭蓋子以便通氣,置於密閉MgO坩堝(d=0.0508m,h=0.1778m)中。然後放在石英管(d=0.11615m)中,管的一端熔封,另一端打磨後嵌入55/50錐形接頭中。用石蠟將石英管密封在真空體系中(0.133Pa)。充入Ar(先通過熱的金屬鈾純化)到P=101.325kPa,用6kW感應爐加熱到550~600℃,使反應發生(鉭坩堝溫度突然上升為據)。5min後達到1000℃,維持13min使產生的稀土金屬完全結塊。冷卻到室溫,用水浸泡鉭坩堝以除掉CaCl2、Ca,稀土金屬融塊保留在底部(1%~3%Ca)。

化合物

鈰鋁

鈰鋁就是我們平時說的Ce鋁,Ce鋁是一種新型的鈰(Ce)系純

鈰錫鈰
鋁複合塗層。主要包括鈰(Ce)系純鋁塗層和環氧乙烯酯漆塗層,所述鈰(Ce)系純鋁塗層是以鋁為原料,添加鈰(Ce)元素的熱噴塗層,所述環氧乙烯酯漆塗層為鈰Ce鋁熱噴塗層的封閉層和功能塗層。鈰(Ce)系純鋁塗層添加元素鈰(Ce)重量百分比為0.05-0.50%(wt),其它雜質鐵+銅+矽≤0.30%(wt),餘量為鋁,還可輔助添加元素鎂,系純鋁塗層的製作方法為:加工製作成線材或者粉末用熱噴塗技術在鋼鐵表面製作成Ce鋁噴塗層。所述環氧乙烯酯漆塗層為以環氧乙烯酯樹脂為原料,添加炭化矽和鋁粉或鋁粉漿。環氧乙烯酯漆作為Ce系鋁塗層的封閉層、中間層和表面層,也還可以其它油漆塗料代替其中的某一層或者全部。

一種鈰(Ce)系純鋁複合塗層,主要包括:鈰(Ce)系純鋁塗層和環氧乙烯酯漆塗層,其特徵在於:所述鈰(Ce)系純鋁塗層是以鋁為原料,添加鈰 (Ce)元素的熱噴塗層,所述環氧乙烯酯漆塗層為鈰Ce鋁熱噴塗層的封閉層和功能塗層。

鈰碳化矽

鈰鈰

鈰碳化矽(CC):鈰碳化矽是在碳化矽的爐料內不加食鹽而添加微量的

氧化鈰(CeO2)冶煉出來的,其外觀和綠碳化矽相似,顯微硬度為36.29Gpa。與綠碳化矽相比,其鈰碳化矽的顯微硬度、單顆粒抗壓強度、韌性等均比綠碳化矽高。由於鈰碳化矽的物理性能有所改彎,因此,其磨削效果也得到了一定的改善。試驗證明磨鈦合金時,鈰碳化矽與綠碳化矽相比,切削效率提高近一倍,並且火花較小;磨鑄鐵時,當進刀量為0.01mm時,鈰碳化矽的耐用度比綠碳化矽砂輪提高18.9%,磨削比提高9.6%,當進刀量為0.02mm時,其耐用度提高27.4%,磨削比提高74.1%。由此可見,用鈰碳化矽磨削鑄鐵進刀量時,其效果比綠碳化矽提高的更顯著。磨硬質合金的效果與綠碳化矽相近,磨削CO5Si M5Al 5F-6等難磨高速鋼,其效果與單晶剛玉相似。

化學元素周期表

族→123456789101112131415161718電子層0族電子數
周期↓I A0
11
H
氫
2
He
氦
K2
II AIII AIV AV AVI AVII A
23
Li
鋰
4
Be
鈹
5
B
硼
6
C
碳
7
N
氮
8
O
氧
9
F
氟
10
Ne
氖
L
K
8
2
311
Na
鈉
12
Mg
鎂
13
Al
鋁
14
Si
矽
15
P
磷
16
S
硫
17
Cl
氯
18
Ar
氬
M
L
K
8
8
2
III BIV BV BVI BVII BVIIII BII B
419
K
鉀
20
Ca
鈣
21
Sc
鈧
22
Ti
鈦
23
V
釩
24
Cr
鉻
25
Mn
錳
26
Fe
鐵
27
Co
鈷
28
Ni
鎳
29
Cu
銅
30
Zn
鋅
31
Ga
鎵
32
Ge
鍺
33
As
砷
34
Se
硒
35
Br
溴
36
Kr
氪
N
M
L
K
8
18
8
2
537
Rb
銣
38
Sr
鍶
39
Y
釔
40
Zr
鋯
41
Nb
鈮
42
Mo
鉬
43
Tc
鎝
44
Ru
釕
45
Rh
銠
46
Pd
鈀
47
Ag
銀
48
Cd
鎘
49
In
銦
50
Sn
錫
51
Sb
銻
52
Te
碲
53
I
碘
54
Xe
氙
O
N
M
L
K
8
18
18
8
2
655
Cs
銫
56
Ba
鋇
57-
71
鑭系
72
Hf
鉿
73
Ta
鉭
74
W
鎢
75
Re
錸
76
Os
鋨
77
Ir
銥
78
Pt
鉑
79
Au
金
80
Hg
汞
81
Tl
鉈
82
Pb
鉛
83
Bi
鉍
84
Po
釙
85
At
砹
86
Rn
氡
P
O
N
M
L
K
8
18
32
18
8
2
787
Fr
鍅
88
Ra
鐳
89-
103
錒
104
Rf
鑪
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
鐽
111
Rg
錀
112
Uub
113
Uut
114
Uuq
115
Uup
116
Uuh
117
Uus
118
Uuo

鑭系元 素57
La
鑭
58
Ce
鈰
59
Pr
鐠
60
Nd
釹
61
Pm
鉕
62
Sm
釤
63
Eu
銪
64
Gd
釓
65
Tb
鋱
66
Dy
鏑
67
Ho
鈥
68
Er
鉺
69
Tm
銩
70
Yb
鐿
71
Lu
鑥
錒系元 素89
Ac
錒
90
Th
釷
91
Pa
鏷
92
U
鈾
93
Np
鎿
94
Pu
鈽
95
Am
鎇
96
Cm
鋦
97
Bk
錇
98
Cf
鐦
99
Es
鑀
100
Fm
鐨
101
Md
鍆
102
No
鍩
103
Lr
鐒

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