Cer

Eigenschaften
[Xe]4f26s2 58 Ce Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Cer, Ce, 58
Serie	Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block	La, 6, d
Aussehen	silbrig weiß
Massenanteil an der Erdhülle	0,0046 %
Atomar
Atommasse	140,116 u
Atomradius (berechnet)	185 () pm
Kovalenter Radius	165 pm
Van-der-Waals-Radius	pm
Elektronenkonfiguration	[Xe]4f26s2
Elektronen pro Energieniveau	2, 8, 18, 19, 9, 2
Austrittsarbeit	2,9 eV
1. Ionisierungsenergie	534,4 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	1050 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	1949 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie	3547 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Modifikationen	1
Kristallstruktur	kubisch flächenzentriert
Dichte	6,689 g/cm3
Mohshärte	2,5
Magnetismus
Schmelzpunkt	1071 K (798 °C)
Siedepunkt	3699 K (3426 °C)
Molares Volumen	20,69 · 10-6 m3/mol
Verdampfungswärme	414 kJ/mol
Schmelzwärme	5,46 kJ/mol
Dampfdruck	- Pa
Schallgeschwindigkeit	2100 m/s bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität	190 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit	1,15 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit	11,4 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	3, 4
Oxide (Basizität)	? (leicht basisch)
Normalpotential	-2,483 V (Ce3+ + 3e- → Ce)
Elektronegativität	1,12 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM 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.} 32,501 d ε 0,581 139La 140Ce 88,48 % Stabil 141Ce {syn.} 32,501 d β- 0,581 141Pr 142Ce 11,08 % 5 · 1016 a β-β- 4,505 142Nd 143Ce {syn.} 33,039 h β- 1,462 143Pr 144Ce {syn.} 284,893 d β- 0,319 144Pr
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung
F Leichtent- zündlich
R- und S-Sätze	R: 11
	S: 17
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Cer [tseːr] (auch Zer bzw. Cerium genannt) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Ce und der Ordnungszahl 58. Das Element wird den Metallen der seltenen Erden zugeordnet.

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Geschichte

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

Vorkommen

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.

Gewinnung und Herstellung

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.

Eigenschaften

Cer kann im festen Aggregatzustand in vier Modifikationen vorgefunden werden:

Das silbrigweiß glänzende Metall ist das reaktivste Element der Lanthanoide. Oberflächliche Verletzungen der schützenden gelben Oxidschicht entzünden das Metall. Oberhalb von 150 °C verbrennt es unter heftigem Glühen zum Cerdioxid. Mit Wasser reagiert es zum Cerhydroxid.

Unter Wärmeeinfluss löst es sich in Ethanol. Auch in Säuren und Laugen kann es gelöst werden.

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

Verwendung

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

• In der Metallurgie dient Mischmetall als Zusatz für Aluminiumlegierungen und hochtemperaturbeständige Eisenbasislegierungen. Es unterstützt im Schmelzprozess die Abtrennung von Schwefel und Sauerstoff.
• Mischmetall dient als Ausgangsstoff für Zündsteine für die Verwendung in Feuerzeugen und zur Erzeugung von Funkenregen auf Achterbahnen und in Filmszenen (Unfallszenen).
• Cerdioxid (CeO₂) wird zur Stabilisierung des keramischen Katalysatorträgers aus Aluminiumoxid für Autoabgaskatalysatoren verwandt
• Bestandteil einiger Spezialgläser, zum Beispiel UV-Filter und Windschutzscheiben, und Enttrübungsmittel in der Glasherstellung
• Zur Färbung von Emaille
• Cerdioxid findet Verwendung als Poliermittel in der Glasbearbeitung
• Cer-dotierte Fluoreszenz-Farbstoffe (Leuchtstoffe) in Bildröhren und weißen Leuchtdioden
• als Dotierung in Glühstrümpfen
• Selbstreinigende Backöfen enthalten eine cerhaltige Beschichtung
• Cer(IV)-sulfat als Oxidationsmittel in der Quantitativen Analyse (Cerimetrie)
• als Kontrastmittel bei Kernresonanz
• als Leuchtstoff in Gasentladungsröhren
• zur Regeneration von Rußpartikelfiltern im Kraftstoff gelöst beigemischt
• als Teil von Nichtedelmetallhaltigen Aufbrennlegierungen in der Zahntechnik (Keramik)
• als Oxidationsmittel für organische Synthesen mit CAN (Cerium ammonium nitrat), (NH₄)₂Ce(NO₃)₆

Sicherheitshinweise

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 Wasserstoffgas entwickelt.

Verbindungen

• Cer(III)-oxid Ce₂O₃
• Cer(IV)-oxid CeO₂
• Cer(III)-chlorid CeCl₃
• Cer(IV)-sulfat Ce(SO₄)₂
• Cer(III)-nitrat Ce(NO₃)₃ • 6 H₂O
• Cer(III)-fluorid CeF₃

• WebElements.com - Cerium
• EnvironmentalChemistry.com - Cerium
• It's Elemental - The Element Cerium
• Cerium Properties and Applications