Церий и его характеристики
Общая характеристика церия
Церий относится к группе редкоземельных элементов, однако он, по сравнению с другими представителями этой группы, вместе с лантаном и неодимом более распространен в природе, так содержание церия в земной коре составляет порядка 70 г/т.
В виде простого вещества церий представляет собой серебристо-белый (в-виде порошка — серый), тяжелый пластичный парамагнитный металл (рис. 1). Во влажном воздухе покрывается оксидной пленкой. Не реагирует с холодной водой, щелочами, гидратом аммиака. Сильный восстановитель; реагирует с горячей водой, кислотами, водородом, кислородом, галогенами.
Рис. 1. Церий. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса церия
Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии церий существует в виде одноатомных молекул Ce, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 140,116.
Изотопы церия
Известно, что в природе церий может находиться в виде четырех стабильных изотопов 136Ce (0,185%), 138Ce (0,251%), 140Ce (88,45%) и 142Ce (11,114%). Их массовые числа равны 136, 138, 140 и 142 соответственно. Ядро атома изотопа церия 136Ce содержит пятьдесят восемь протонов и семьдесят восемь нейтронов, остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.
Существуют искусственные нестабильные изотопы церия с массовыми числами от 119-ти до 157-ми, а также десять изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 139Ce с периодом полураспада равным 137,641 суток.
Ионы церия
На внешнем энергетическом уровне атома церия имеется три электрона, которые являются валентными:
1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f25s25р 66s2.
В результате химического взаимодействия церий отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Ce0 -3e → Ce3+;
Ce0 -4e → Ce4+.
Молекула и атом церия
В свободном состоянии церий существует в виде одноатомных молекул Ce. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу церия:
Энергия ионизации атома, эВ |
5,60 |
Относительная электроотрицательность |
1,12 |
Радиус атома, нм |
0,181 |
Примеры решения задач
Задание | Осуществите ряд химических превращений:
Ce→Ce(OH)3→ Ce2O3→ CeCl3. |
Ответ | При растворении церия в горячей воде образуется гидроксид этого металла:
2Се + 6H2O(hot)→ 2Се(OH)3 + 3Н2. При нагревании до 400 – 500oС гидроксид церия разлагается на оксид и воду: Се(OH)3→Се2O3 + H2O. Оксид церия растворяется в разбавленной соляной кислоте с образованием хлорида церия: Се2O3 + 6HCl(dilute)→ 2СеCl3 + 3H2O. |
Задание | Рассчитайте массовые доли элементов, входящих в состав оксида церия (III), если его молекулярная формула имеет вид Се2O3. |
Решение | Массовая доля элемента в составе какой-либо молекулы определяется по формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%. Найдем молекулярную массу оксида церия (III): Mr(Се2O3) = 2×Ar(Се) + 3×Ar(O) = 2×140 + 3×16 = 280 + 48 = 328г. Тогда, массовые доли церия и кислорода будут равны: ω (Се) = 2 × Ar (Се) / Mr (Се2O3) × 100%; ω (Се) = 2 × 140 / 328 × 100% = 85,36%. ω (O) = 3 × Ar (O) / Mr (Се2O3) × 100%; ω (O) = 3 × 16 / 328 × 100% = 14,64%. |
Ответ | Массовая доля церия равна 85,36%, массовая доля кислорода равна 14,64%. |