ჯადოსნური იშვიათი დედამიწის ელემენტი: ცერიუმი

ცერიუმი არის უდავო „დიდი ძმა“ იშვიათმიწა ელემენტების დიდ ოჯახში. პირველ რიგში, იშვიათმიწა ელემენტების საერთო რაოდენობა დედამიწის ქერქში 238 ppm-ია, ცერიუმის 68 ppm, რაც იშვიათმიწა ელემენტების მთლიანი შემადგენლობის 28%-ს შეადგენს და პირველ ადგილზეა; მეორეც, ცერიუმი მეორე იშვიათმიწა ელემენტია, რომელიც იტრიუმის აღმოჩენიდან (1794) ცხრა წლის შემდეგ აღმოაჩინეს. მისი გამოყენება ძალიან ფართოა და „ცერიუმი“ შეუჩერებელია.

ცერიუმის ელემენტის აღმოჩენა

კარლ აუერ ფონ ველსბახი

ცერიუმი აღმოაჩინეს და სახელი დაარქვეს 1803 წელს გერმანელმა კლოპერსმა, შვედი ქიმიკოსის იონს იაკობ ბერზელიუსმა და შვედი მინერალოლოგის ვილჰელმ ჰიზინგერმა. მას ცერია ეწოდება, ხოლო მის მადანს - ცერიტი, ცერერას ხსოვნისადმი, 1801 წელს აღმოჩენილი ასტეროიდის. სინამდვილეში, ცერიუმის სილიკატის ეს ტიპი არის ჰიდრატირებული მარილი, რომელიც შეიცავს 66%-დან 70%-მდე ცერიუმს, ხოლო დანარჩენი კალციუმის, რკინის დაიტრიუმი.

ცერიუმის პირველი გამოყენება იყო გაზის ბუხარი, რომელიც გამოიგონა ავსტრიელმა ქიმიკოსმა კარლ აუერ ფონ ველსბახმა. 1885 წელს მან სცადა მაგნიუმის, ლანთანუმის და იტრიუმის ოქსიდის ნარევის შექმნა, მაგრამ ამ ნარევებმა წარუმატებლად გამოასხივეს მწვანე შუქი.

1891 წელს მან აღმოაჩინა, რომ სუფთა თორიუმის ოქსიდი უკეთეს სინათლეს წარმოქმნიდა, თუმცა ლურჯი იყო და ცერიუმის(IV) ოქსიდთან შერევისას კაშკაშა თეთრი სინათლე იქმნებოდა. გარდა ამისა, ცერიუმის(IV) ოქსიდი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც კატალიზატორი თორიუმის ოქსიდის წვისთვის.

ცერიუმის ლითონი

★ ცერიუმი არის დრეკადი და რბილი ვერცხლისფერ-თეთრი ლითონი აქტიური თვისებებით. ჰაერზე ზემოქმედებისას ის იჟანგება და წარმოქმნის ჟანგის მსგავს აქერცლილ ოქსიდის ფენას. გაცხელებისას ის იწვის და სწრაფად რეაგირებს წყალთან. სანტიმეტრის ზომის ცერიუმის ლითონის ნიმუში სრულად კოროდირდება დაახლოებით ერთი წლის განმავლობაში. მოერიდეთ ჰაერთან, ძლიერ ოქსიდანტებთან, ძლიერ მჟავებთან და ჰალოგენებთან კონტაქტს.

★ ცერიუმი ძირითადად მონაზიტსა და ბასტენეზიტში გვხვდება, ასევე ურანის, თორიუმის და პლუტონიუმის დაშლის პროდუქტებში. გარემოსთვის საზიანოა, განსაკუთრებული ყურადღება უნდა მიექცეს წყლის ობიექტების დაბინძურებას.

★ ცერიუმი 26-ე ყველაზე გავრცელებული ელემენტია, რომელიც დედამიწის ქერქში 68 ppm-ს შეადგენს და მხოლოდ სპილენძს (68 ppm) ჩამორჩება. ცერიუმი უფრო უხვადაა, ვიდრე ჩვეულებრივი ლითონები, როგორიცაა ტყვია (13 ppm) და კალა (2.1 ppm).

ცერიუმის ელექტრონული კონფიგურაცია

ელექტრონული განლაგებები:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f1 5d1
★ ცერიუმი ლანთანუმის შემდეგ მდებარეობს და ცერიუმიდან იწყება 4f ელექტრონი, რაც ქიმიურ რეაქციებში მონაწილეობას აადვილებს. თუმცა, ცერიუმის 5d ორბიტალი დაკავებულია და ეს ეფექტი ცერიუმში საკმარისად ძლიერი არ არის.

★ ლანთანოიდების უმეტესობას მხოლოდ სამი ელექტრონის გამოყენება შეუძლია ვალენტურ ელექტრონებად, ცერიუმის გარდა, რომელსაც ცვლადი ელექტრონული სტრუქტურა აქვს. 4f ელექტრონების ენერგია თითქმის იგივეა, რაც ლითონის მდგომარეობაში დელოკალიზებული გარე 5d და 6s ელექტრონების ენერგია და ამ ელექტრონული ენერგიის დონეების ფარდობითი დაკავების შესაცვლელად მხოლოდ მცირე რაოდენობის ენერგიაა საჭირო, რაც იწვევს +3 და +4 ორმაგ ვალენტობას. ნორმალური მდგომარეობაა +3 ვალენტობა, რაც ანაერობულ წყალში +4 ვალენტობას აჩვენებს.
ცერიუმის გამოყენება

★ შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც შენადნობის დანამატი და ცერიუმის მარილების და ა.შ. წარმოებისთვის.

★ მისი გამოყენება შესაძლებელია როგორც მინის დანამატი ულტრაიისფერი და ინფრაწითელი სხივების შთანთქმისთვის და ფართოდ გამოიყენება ავტომობილის მინაში.

★ შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც შესანიშნავი გარემოსდაცვითი მასალა და ამჟამად ყველაზე წარმომადგენლობითი არის საავტომობილო გამონაბოლქვის გამწმენდი კატალიზატორი, რომელიც ეფექტურად უშლის ხელს საავტომობილო გამონაბოლქვი აირის დიდი რაოდენობით ჰაერში გამოყოფას.

★ სინათლეიშვიათი მიწის ელემენტებიძირითადად შედგება ცერიუმისგან, როგორც მცენარის ზრდის რეგულატორებისგან, რამაც შეიძლება გააუმჯობესოს მოსავლის ხარისხი, გაზარდოს მოსავლიანობა და გააძლიეროს მოსავლის სტრესისადმი მდგრადობა.

★ ცერიუმის სულფიდს შეუძლია ჩაანაცვლოს ისეთი ლითონები, როგორიცაა ტყვია და კადმიუმი, რომლებიც საზიანოა გარემოსა და ადამიანისთვის პიგმენტებში, შეუძლია პლასტმასის შეღებვა და ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას საფარებისა და მელნის ინდუსტრიებში.

★ცერიუმის (IV) ოქსიდიშეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც გასაპრიალებელი ნაერთი, მაგალითად, ქიმიურ-მექანიკურ გაპრიალებაში (CMP).

★ ცერიუმის გამოყენება ასევე შესაძლებელია წყალბადის შესანახ მასალად, თერმოელექტრულ მასალებად, ცერიუმის ვოლფრამის ელექტროდებად, კერამიკულ კონდენსატორად, პიეზოელექტრულ კერამიკად, ცერიუმის სილიციუმის კარბიდის აბრაზიულად, საწვავის ელემენტების ნედლეულად, ბენზინის კატალიზატორებად, მუდმივი მაგნიტური მასალებით, სამედიცინო მასალებად, სხვადასხვა შენადნობ ფოლადებად და ფერად ლითონებად.