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Cer

chemisches Element mit dem Symbol Ce und der Ordnungszahl 58

Cer [t͡seːɐ̯] (auch Zer bzw. Cerium genannt) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Ce und der Ordnungszahl 58. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden.

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Cer, Ce, 58
Serie Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block La, 6, f
Aussehen silbrig weiß
CAS-Nummer 7440-45-1
Massenanteil an der Erdhülle 43 ppm[1]
Atomar [2]
Atommasse 140,116(1)[3] u
Atomradius (berechnet) 185 () pm
Kovalenter Radius 204 pm
Elektronenkonfiguration [Xe] 4f1 5d1 6s2
1. Ionisierungsenergie 534,4 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1050 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 1949 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie 3547 kJ/mol
Physikalisch [2]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur kubisch flächenzentriert
Dichte 6,773 g/cm3 (25 °C)[4]
Mohshärte 2,5
Magnetismus paramagnetisch (Χm = 1,4 · 10−3)[5]
Schmelzpunkt 1068 K (795 °C)
Siedepunkt 3743 K[6] (3470 °C)
Molares Volumen 20,69 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme 398 kJ/mol[6]
Schmelzwärme 5,5 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit 2100 m/s bei 293,15 K
Elektrische Leitfähigkeit 1,35 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit 11 W/(m · K)
Chemisch [2]
Oxidationszustände 3, 4
Normalpotential −2,34 V (Ce3+ + 3 e → Ce)
Elektronegativität 1,12 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
134Ce {syn.} 3,16 d ε 0,500 134La
135Ce {syn.} 17,7 h ε 2,026 135La
136Ce 0,19 % Stabil
137Ce {syn.} 9,0 h ε 1,222 137La
138Ce 0,25 % Stabil
139Ce {syn.} 137,64 d ε 0,581 139La
140Ce 88,48 % Stabil
141Ce {syn.} 32,501 d β 0,581 141Pr
142Ce 11,08 % 5 · 1016 a ββ 4,505 142Nd
143Ce {syn.} 33,039 h β 1,462 143Pr
144Ce {syn.} 284,893 d β 0,319 144Pr
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [7]
02 – Leicht-/Hochentzündlich

Gefahr

H- und P-Sätze H: 228
P: 231+232​‐​233​‐​280​‐​370+378​‐​402+404​‐​501 [7]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Inhaltsverzeichnis

GeschichteBearbeiten

 
Cer metallisch blank

Cer wurde 1803 von Jöns Jakob Berzelius und Wilhelm von Hisinger und gleichzeitig von Martin Heinrich Klaproth entdeckt. Es wurde nach dem Zwergplaneten Ceres benannt. Die Herstellung des Elements gelang Carl Gustav Mosander 1825 durch Reduktion des Chlorids mit Natrium.

VorkommenBearbeiten

In der Natur kommt Cer vergesellschaftet mit anderen Lanthanoiden in sogenannten Ceriterden vor, wie zum Beispiel im Allanit (Ca, Ce, La, Y)2(Al, Fe)3(SiO4)3(OH), im Monazit (Ce, La, Th, Nd, Y)PO4 sowie im Bastnäsit (Ce, La, Y)CO3F. Cer ist das häufigste Element der Lanthanoide und steht in der Elementhäufigkeit auf Platz 28. In der Erdkruste, bis in eine Tiefe von 16 km gerechnet, ist es mit 68 g/t vertreten und kommt damit häufiger als Zinn oder Blei vor. Wichtige Lagerstätten befinden sich in Skandinavien, USA, Kongo, Südafrika und Indien. Die weltweit bekannten Cer-Reserven werden auf 40 Mio. Tonnen geschätzt. Cer gehört zu den sogenannten leichten Seltenen Erden, die 2014 von der BGR als unkritisch bezüglich der Versorgungslage eingeschätzt wurden.[8] Elementares („gediegenes“) Cer kommt auf der Erde wegen seiner hohen Reaktivität nicht vor. Es wurde jedoch in mikroskopischen Partikeln in Mondgestein gefunden. Wahrscheinlich entsteht es auf dem Mond durch Impaktereignisse.[9]

Gewinnung und HerstellungBearbeiten

Nach einer aufwendigen Abtrennung der Cer-Begleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zum Cerfluorid umgesetzt. Anschließend wird es mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum Cer reduziert. Die Abtrennung verbleibender Calciumreste und Verunreinigungen erfolgt in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum. Die jährliche Weltproduktion liegt bei ca. 24.000 t.[10]

EigenschaftenBearbeiten

 
Phasendiagramm von Cer

Physikalische EigenschaftenBearbeiten

Von Cer sind vier Modifikationen bekannt:[11]

 

Das silbrigweiß glänzende Metall ist hinter Europium das zweitreaktivste Element der Lanthanoide. Oberhalb von 150 °C verbrennt es unter heftigem Glühen zum Cerdioxid. Mit Wasser reagiert es zum Cer(III)-hydroxid.

Chemische EigenschaftenBearbeiten

Cer kommt in Verbindungen als dreiwertiges farbloses oder vierwertiges gelbes bis orangefarbiges Kation vor.

Unter Wärmeeinfluss wird es durch Ethanol und Wasser sehr stark angegriffen. Auch in Laugen wird es unter Bildung von Cer-Hydroxiden stark angegriffen. In Säuren wird es zu Salzen gelöst.

VerwendungBearbeiten

Da sich die chemischen Eigenschaften der Seltenen Erden ähneln, wird metallisches Cer selten in Reinform eingesetzt, sondern in der Mischung, in der es bei der Herstellung aus den Seltenerd-Mineralien anfällt, dem sogenannten Mischmetall.

Geringe Beimengungen von (mehr oder weniger reinen) Cer-Verbindungen verleihen anderen Materialien bestimmte Eigenschaften:

Biologische BedeutungBearbeiten

2013 wurde erstmals ein Enzym in Bakterien entdeckt, das Cer-Ionen für seine Funktion benötigt. Die Bakterien der Art Methylacidiphilum fumariolicum wurden aus vulkanischen Schlammtümpeln in Italien isoliert. Sie benötigen Cer zum Aufbau der Methanol-Dehydrogenase, einem Enzym im Methan-Stoffwechsel. Das Ion hat dabei die Rolle, die in ähnlichen Enzymen in anderen Bakterien von Calciumionen übernommen wird.[12]

SicherheitshinweiseBearbeiten

Cer ist, wie alle Lanthanoide, leicht giftig. Metallisches Cer kann sich schon ab 65 °C entzünden. Als fein verteiltes Metall kann es sich an der Luft ohne Energiezufuhr erhitzen und schließlich entzünden. Die Zündbereitschaft hängt u. a. sehr stark von der Korngröße und dem Verteilungsgrad ab. Cerbrände dürfen nicht mit Wasser gelöscht werden, da sich gasförmiger Wasserstoff entwickelt.

VerbindungenBearbeiten

OxideBearbeiten

HalogenideBearbeiten

Sonstige VerbindungenBearbeiten

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind (soweit nicht anders angegeben) aus www.webelements.com (Cer) entnommen.
  3. CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
  4. N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
  5. Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  6. a b Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
  7. a b Eintrag zu Cer, Späne in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 2. April 2018 (JavaScript erforderlich).
  8. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Aktuelle BGR-Recherche: Anteil Chinas an weltweiter Seltene Erden-Produktion sinkt nur langsam. 12. März 2014.
  9. http://rruff.info/uploads/DES382_83.pdf
  10. MMTA: Minor Metals in the Periodic Table: Ce.
  11. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3, S. 145.
  12. Arjan Pol, Thomas R.M. Barends u. a.: Rare earth metals are essential for methanotrophic life in volcanic mudpots. In: Environmental Microbiology. 2013, S. n/a–n/a, doi:10.1111/1462-2920.12249.

WeblinksBearbeiten

  Commons: Cer – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
  Wiktionary: Cer – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen