ธาตุดินหายากที่มีมนต์ขลัง: ซีเรียม

ซีเรียม เป็น 'พี่ใหญ่' ที่ไม่มีปัญหาในตระกูลใหญ่ของธาตุหายาก ประการแรก ปริมาณธาตุหายากในเปลือกโลกทั้งหมดอยู่ที่ 238 ppm โดยมีซีเรียมอยู่ที่ 68 ppm คิดเป็น 28% ขององค์ประกอบของธาตุหายากทั้งหมดและอยู่ในอันดับที่หนึ่ง ประการที่สอง ซีเรียมเป็นธาตุหายากชนิดที่สองที่ค้นพบหลังจากการค้นพบอิตเทรียม (พ.ศ. 2337) เก้าปี การประยุกต์ใช้งานนั้นกว้างขวางมากและ "ซีเรียม" ก็ไม่มีใครหยุดยั้งได้

การค้นพบธาตุซีเรียม

คาร์ล เอาเออร์ ฟอน เวลสบาค

ซีเรียมถูกค้นพบและตั้งชื่อในปี 1803 โดยคล็อปเปอร์ชาวเยอรมัน นักเคมีชาวสวีเดน J öns Jakob Berzelius และนักแร่วิทยาชาวสวีเดน วิลเฮล์ม ฮิซิงเงอร์ มันถูกเรียกว่าซีเรียม และแร่ของมันถูกเรียกว่าเซอร์ไรต์เพื่อรำลึกถึงเซเรส ดาวเคราะห์น้อยที่ค้นพบในปี 1801 อันที่จริง ซีเรียมซิลิเกตประเภทนี้เป็นเกลือไฮเดรตที่มีซีเรียม 66% ถึง 70% ในขณะที่ส่วนที่เหลือเป็นสารประกอบของแคลเซียม , เหล็ก และอิตเทรียม.

การใช้ซีเรียมครั้งแรกคือเตาผิงแก๊สที่คิดค้นโดยนักเคมีชาวออสเตรีย Carl Auer von Welsbach ในปี พ.ศ. 2428 เขาพยายามผสมแมกนีเซียม แลนทานัม และอิตเทรียมออกไซด์ แต่ส่วนผสมเหล่านี้ปล่อยแสงสีเขียวแต่ไม่ประสบผลสำเร็จ

ในปี พ.ศ. 2434 เขาพบว่าทอเรียมออกไซด์บริสุทธิ์ให้แสงที่ดีกว่าถึงแม้จะเป็นสีน้ำเงินก็ตาม และผสมกับซีเรียมออกไซด์ (IV) เพื่อให้ได้แสงสีขาวสว่าง นอกจากนี้ ซีเรียม (IV) ออกไซด์ยังสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการเผาไหม้ทอเรียมออกไซด์

โลหะซีเรียม

★ ซีเรียมเป็นโลหะสีเงินสีขาวที่มีความเหนียวและอ่อนนุ่มพร้อมคุณสมบัติออกฤทธิ์ เมื่อสัมผัสกับอากาศจะถูกออกซิไดซ์ทำให้เกิดสนิมคล้ายชั้นออกไซด์ลอกออก เมื่อถูกความร้อนจะไหม้และทำปฏิกิริยากับน้ำอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างโลหะซีเรียมขนาดเซนติเมตรจะสึกกร่อนอย่างสมบูรณ์ภายในเวลาประมาณหนึ่งปี หลีกเลี่ยงการสัมผัสกับอากาศ สารออกซิไดซ์อย่างแรง กรดแก่ และฮาโลเจน

★ ซีเรียมส่วนใหญ่มีอยู่ในโมนาไซต์และบาสนีไซต์ เช่นเดียวกับในผลิตภัณฑ์ฟิชชันของยูเรเนียม ทอเรียม และพลูโทเนียม เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับมลภาวะของแหล่งน้ำ

★ ซีเรียมเป็นธาตุที่มีมากที่สุดอันดับที่ 26 โดยคิดเป็น 68 ppm ของเปลือกโลก รองจากทองแดงเท่านั้น (68 ppm) ซีเรียมมีปริมาณมากกว่าโลหะธรรมดา เช่น ตะกั่ว (13.00 น.) และดีบุก (2.1 ppm)

การกำหนดค่าซีเรียมอิเล็กตรอน

การเตรียมการทางอิเล็กทรอนิกส์:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f1 5d1
★ ซีเรียมตั้งอยู่หลังแลนทานัมและมีอิเล็กตรอน 4f เริ่มต้นจากซีเรียม ทำให้ง่ายต่อการมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมี อย่างไรก็ตาม ซีเรียมอยู่ในวงโคจร 5d และผลกระทบนี้ไม่รุนแรงเพียงพอในซีเรียม

★ แลนทาไนด์ส่วนใหญ่สามารถใช้อิเล็กตรอนได้เพียงสามตัวเป็นวาเลนซ์อิเล็กตรอน ยกเว้นซีเรียมซึ่งมีโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ที่แปรผันได้ พลังงานของอิเล็กตรอน 4f เกือบจะเหมือนกับพลังงานของอิเล็กตรอน 5d และ 6s ภายนอกที่ถูกแยกส่วนในสถานะโลหะ และพลังงานเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่จำเป็นในการเปลี่ยนแปลงการยึดครองสัมพัทธ์ของระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้ ส่งผลให้เวเลนซ์สองเท่าของ +3 และ+4 สภาวะปกติคือ +3 วาเลนซ์ แสดงวาเลนซ์ +4 ในน้ำแบบไม่ใช้ออกซิเจน
การใช้ซีเรียม

★ สามารถใช้เป็นสารเติมแต่งโลหะผสมและสำหรับการผลิตเกลือซีเรียม ฯลฯ

★ สามารถใช้เป็นสารเติมแต่งแก้วเพื่อดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีอินฟราเรด และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในกระจกรถยนต์

★ สามารถใช้เป็นวัสดุป้องกันสิ่งแวดล้อมที่ดีเยี่ยม และในปัจจุบันตัวแทนมากที่สุดคือตัวเร่งปฏิกิริยาการทำให้บริสุทธิ์ไอเสียรถยนต์ ซึ่งป้องกันไม่ให้ก๊าซไอเสียรถยนต์จำนวนมากถูกปล่อยสู่อากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ

★ แสงธาตุหายากส่วนใหญ่ประกอบด้วยซีเรียมเนื่องจากสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชสามารถปรับปรุงคุณภาพพืช เพิ่มผลผลิต และเพิ่มความต้านทานต่อความเครียดของพืช

★ ซีเรียมซัลไฟด์สามารถทดแทนโลหะ เช่น ตะกั่วและแคดเมียมที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและมนุษย์ในรูปของเม็ดสี พลาสติกที่ทำสีได้ และยังสามารถใช้ในอุตสาหกรรมเคลือบและหมึกอีกด้วย

ซีเรียม (IV) ออกไซด์สามารถใช้เป็นสารขัดเงาได้ เช่น ในการขัดเงาด้วยเคมี-เครื่องกล (CMP)

★ ซีเรียมยังสามารถใช้เป็นวัสดุกักเก็บไฮโดรเจน วัสดุเทอร์โมอิเล็กทริก อิเล็กโทรดทังสเตนซีเรียม ตัวเก็บประจุเซรามิก เซรามิกเพียโซอิเล็กทริก สารกัดกร่อนซีเรียมซิลิคอนคาร์ไบด์ วัตถุดิบเซลล์เชื้อเพลิง ตัวเร่งปฏิกิริยาน้ำมันเบนซิน วัสดุแม่เหล็กถาวร วัสดุทางการแพทย์ โลหะผสมเหล็กต่างๆ และ โลหะเหล็ก