Cério

O cério é um elemento químico de símbolo Ce , número atômico 58 (58 prótons e 58 elétrons) com massa atómica 140,1 u. É um elemento metálico da série transição interna (terra rara , lantanídio) encontrado principalmente nos minerais monazita e bastnasita. À temperatura ambiente, o cério encontra-se no estado sólido.

Cério
Lantânio ← Cério → Praseodímio -     58 Ce                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Ce ↓ Th Tabela completa • Tabela estendida
Aparência
branco prateado
Informações gerais
Nome, símbolo, número	Cério, Ce, 58
Série química	Lantanídios
Grupo, período, bloco	-, 6, f
Densidade, dureza	6 689 kg/m3, 2,5
Número CAS	7440-45-1
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atómica	140,116(1) u
Raio atómico (calculado)	185 pm
Raio covalente	pm
Raio de Van der Waals	pm
Configuração electrónica	[Xe] 4f 5d 6s2
Elétrons (por nível de energia)	2, 8, 18, 19, 9, 2 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação	4, 3, 2 (óxido ligeiramente alcalino)
Óxido
Estrutura cristalina	cúbico de faces centradas
Propriedades físicas
Estado da matéria	sólido
Ponto de fusão	1071 K
Ponto de ebulição	3699 K
Entalpia de fusão	5,46 kJ/mol
Entalpia de vaporização	414 kJ/mol
Temperatura crítica	K
Pressão crítica	Pa
Volume molar	m3/mol
Pressão de vapor	100 Pa a 2442 K
Velocidade do som	2100 m/s a 20 °C
Classe magnética
Susceptibilidade magnética
Permeabilidade magnética
Temperatura de Curie	K
Diversos
Eletronegatividade (Pauling)	1,12
Calor específico	J/(kg·K)
Condutividade elétrica	1,15 x 106 S/m
Condutividade térmica	11,4 W/(m·K)
1.º Potencial de ionização	534,4 kJ/mol
2.º Potencial de ionização	1050 kJ/mol
3.º Potencial de ionização	1949 kJ/mol
4.º Potencial de ionização	3547 kJ/mol
5.º Potencial de ionização	kJ/mol
6.º Potencial de ionização	kJ/mol
7.º Potencial de ionização	kJ/mol
8.º Potencial de ionização	kJ/mol
9.º Potencial de ionização	kJ/mol
10.º Potencial de ionização	kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD MeV 134Ce Sintético 3,16 d ε 0,500 134La 136Ce 0,185% estável com 78 neutrões 138Ce 0,251% estável com 80 neutrões 139Ce Sintético 137,640 d ε 0,278 139La 140Ce 88,450% estável com 82 neutrões 141Ce Sintético 32,501 d β- 0,581 141Pr 142Ce 11,114% >5·1016 a β- ? 142Nd 144Ce Sintético 284,893 dias β- 0,319 144Pr
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.
v d e

É usado principalmente na forma de ligas para a produção de pedras de ignição de isqueiros e eletrodos de arco de grafite na indústria cinematográfica. O seu óxido é usado como catalisador em fornos auto-limpantes e na indústria do petróleo. O seu sulfato é um forte agente oxidante usado em análises químicas volumétricas.

Foi descoberto em 1803 pelo sueco Jöns Jacob Berzelius.

Características principais

O cério é um elemento metálico prateado, pertencente a série química transição interna (terra rara, lantanídio). É usado em algumas ligas terras raras. Assemelha-se ao ferro na cor e no brilho, mas é macio, maleável e dúctil. Perde o lustre rapidamente em presença do ar.

Somente o európio é mais reativo entre os elementos terras raras. As soluções alcalinas e os ácidos diluídos e concentrados atacam o metal rapidamente. O metal puro pode inflamar-se quando riscado com uma faca. O cério reage lentamente em água fria e rapidamente em água quente.

Devido a distribuição eletrônica no subnível 4f e de outros orbitais mais externos, o cério exibe características químicas interessantes. Por exemplo, a compressão ou refrigeração do metal pode modificar o seu estado de oxidação de +3 a +4.

O cério com estado de oxidação +3 é denominado ‘’’ceroso’’’ , quando apresenta estado de oxidação +4 de ‘’’cérico’’’.

Os sais de cério IV (céricos) são vermelhos, alaranjados ou amarelos, e os de cério III (cerosos) são geralmente brancos.

Aplicações

• Em metalurgia:
  • É usado para a produção de ligas de alumínio, aços e ferros;
  • Adicionar cério ao ferro fundido para produzir ferro maleável;
  • No aço o cério pode ajudar a reduzir sulfatos e óxidos;
  • O cério é usado em aço inoxidável como agente endurecedor;
  • 3 a 4% de cério são adicionados a ligas de magnésio para dar resistência ao calor;
  • O cério é usado nas ligas que são usadas para a produção de imãs permanentes;
  • O cério é um componente de ligas pirofosfóricas usados para a produção de pedras de isqueiros;
• Óxido de cério;
  • O óxido foi usado em mantas (camisas) de lampiões à gás;
  • O óxido está emergindo como catalisador de hidrocarbonetos em fornos autolimpantes, incorporado nas paredes do forno.
  • O óxido de cério é usado como abrasivo na indústria de polimento de vidros;
  • O óxido de cério está encontrando uso como catalisador no craqueamento e refinamento do petróleo;
• O cério é usado em lâmpadas de arco de carbono, principalmente na indústria cinematográfica;
• O sulfato cérico é usado extensivamente como agente oxidante em análises quantitativas volumétricas:( titulação volumétrica );
• Compostos de cério são usados na manufatura do vidro , tanto como componente como descorante;
• Compostos de cério são usados para a coloração de esmalte;
• No vidro, o óxido de cério permite a absorção da luz ultravioleta;
• Compostos de cério III e cério IV são usados para catalisar sínteses orgânicas;
• É usado como componente do cristal de cintilação em câmera gama de última geração em medicina nuclear.

História

O cério foi descoberto na Suécia por Jöns Jacob Berzelius e Wilhelm von Hisinger, e independentemente na Alemanha por Martin Heinrich Klaproth, ambos em 1803.

O cério foi assim nomeado por Berzelius em homenagem ao asteróide Ceres descoberto dois anos antes (1801). O metal foi isolado em 1875 por Norton e Hillebrand.

Ocorrência

O cério é o mais abundante entre os elementos terras raras, perfazendo aproximadamente 0,0046% da crosta terrestre. É encontrado em vários minerais incluindo a alanita (ortita - (Ca, Ce, La, Y)₂(Al, Fe)₃(SiO₄)₃(OH), monazita (Ce, La, Th, Nd, Y)PO₄, bastnasita (Ce, La, Y)CO₃F, hidroxilbastnasita (Ce, La, Nd )CO₃(OH, F), rabdofano (Ce, La, Nd )PO₄-H₂O, e sinquisita Ca( Ce, La, Nd, Y)(CO₃)₂F. A monazita e a bastnasita são atualmente as duas mais importantes fontes de cério.

O cério é preparado geralmente através de um processo de trocas de íons que usa areias monazíticas como fontes de cério. Grandes depósitos de monazita, alanita e bastnasita fornecerão cério, tório e outros metais terras raras durante muitos anos.

Os mais importantes depósitos de areias monazíticas são encontradas nos Estados Unidos ( Idaho-Montana e Flórida ), Brasil ( Espírito Santo e Catalão-Ouvidor ), Austrália, África do Sul e Índia. A bastnasita é encontrada principalmente na Califórnia ( Estados Unidos ).

Compostos

O cério tem dois estados de oxidação, 3+ e 4+. O composto mais comum de cério é o óxido de cério IV (CeO₂), usado como "jeweller's rouge" e nas paredes de alguns fornos auto-limpantes. Dois agentes oxidantes comuns usados em titulometria são o sulfato de cério(IV) e amônio, (NH₄)₂Ce(SO₄)₃) e o nitrato de cério(IV) e amônio ou CAN, (NH₄)₂Ce(NO₃)₆).

O cério forma também um cloreto, CeCl₃ ou cloreto de cério(III), usado para facilitar reações em grupos carbonilas em química orgânica. Outros compostos de cério são o carbonato de cério(III) (Ce₂(CO₃)₃), o fluoreto de cério(III) (CeF₃), e o sulfato de cério(IV) , Ce(SO₄)₂ .

Isótopos

O cério natural é composto por 3 isótopos estáveis e um radioisótopo: Ce-136, Ce-138, Ce-140, e Ce-142, sendo o Ce-140 o mais abundante (88,48%). 27 radioisótopos tem sido caracterizados, sendo os mais estáveis e/ou abundantes o Ce-142 com uma meia-vida acima de 5 x 10¹⁶ anos, o Ce-144 com uma meia-vida de 284,893 dias, o Ce-139 com uma meia vida de 137,640 dias, e o Ce-141 com uma meia-vida de 32,501 dias. Todos os demais radioisótopos tem meias-vidas inferior a 4 dias e, destes, a maioria com períodos de semi-desintegração abaixo de 10 minutos. Este elemento apresenta, também, 2 isótopos meta estáveis.

As massas atômicas dos isótopos de cério variam de 123 u (Ce-123) até 152 u (Ce-152).

Precauções

O cério, como todos os metais terras raras, apresenta uma toxicidade de moderada a baixa. O cério é um forte agente redutor e inflama-se espontaneamente com o ar entre 65 °C e 80 °C. O cério pode reagir explosivamente com o zinco, e suas reações com bismuto e antimônio são muito exotérmicas. As emanações da combustão do cério são muito tóxicas. A água não deve ser usada como extintor na queima do cério porque este metal reage com a água e com o gás hidrogênio resultante. Trabalhadores expostos ao cério apresentaram coceiras, sensibilidade ao calor e lesões na pele. Animais injetados com altas doses de cério morreram devido a colapsos cardiovasculares O óxido de cério IV é poderoso agente de oxidação em altas temperaturas e reagirá com os materiais orgânicos combustíveis. Quando o cério não é radioativo, a classe comercial impura pode conter tório, que é radioativo. O cério não apresenta nenhuma função biológica conhecida.

Referências

• «Los Alamos National Laboratory – Cerium» (em inglês)

Ligações externas

Commons

O Commons possui imagens e outros ficheiros sobre Cério

• «WebElements.com – Cerium» (em inglês)
• «EnvironmentalChemistry.com – Cerium» (em inglês)
• «It's Elemental – The Element Cerium» (em inglês)
• «Cerium Properties and Applications» (em inglês)
• «Cério - vídeos e imagens»

• Portal da química