세륨 (IV) 산화물 : 구조, 특성, 용도 - 화학 - 2026

산화 세륨 (IV) 또는 산화 세륨은 백색 또는 담황색 고체의 원자가 4 이상 산소 세륨 (CE)의 산화에 의해 제조 된 무기. 세릭 산화물의 화학식은 CeO ₂ 이며 가장 안정적인 세륨 산화물입니다.

세륨 (Ce)은 희토류 그룹에 포함 된 일련의 란타나 이드 원소입니다. 이 산화물의 천연 공급원은 미네랄 바스 나 사이트입니다. 이 미네랄의 상업적 농축 물에서 CeO ₂ 는 최대 30 중량 %의 대략적인 비율로 발견 될 수 있습니다.

세륨 (IV) 산화물 샘플. 사용자 : Walkerma에 의해 2005 년 8 월 촬영. {{PD-self}} 출처 : Wikipedia Commons

CeO ₂ 는 수산화 세륨 (III), Ce (OH) ₃ 또는 옥살산 염, 탄산염 또는 질산염과 같은 세륨 (III)의 염 을 공기 또는 산소에서 가열하여 쉽게 얻을 수 있습니다 .

화학 양 론적 CeO ₂ 는 산화 세륨 (III)과 원소 산소의 고온 반응을 통해 얻을 수 있습니다. 산소는 과잉이어야하고 형성되는 다양한 비 화학 양론상의 전환을 완료하기 위해 충분한 시간이 허용되어야합니다.

이 단계는 공식 CeO _x 의 여러 색상 제품으로 구성됩니다 (x는 1.5에서 2.0 사이에서 다양 함). CeO _2-x 라고도하며 x는 최대 0.3의 값을 가질 수 있습니다. CeO ₂ 는 업계에서 가장 널리 사용되는 Ce 형태입니다. 특히 물에 대한 용해도가 낮기 때문에 독성 분류가 낮습니다.

Bastnasite 미네랄 샘플. Rob Lavinsky, iRocks.com-CC-BY-SA-3.0 출처 : Wikipedia Commons

구조

화학 양 론적 세륨 (IV) 산화물 은 4 개의 Ce ⁴⁺ 이온과 배위 된 입방체 구조의 8 개의 O ^2- 이온 으로 형석과 유사한 입방 격자 (CaF ₂ ) 에서 결정화됩니다 .

세륨 (IV) 산화물 결정 구조. Benjah-bmm27 출처 : Wikipedia Commons

명명법

-세륨 (IV) 산화물.

-세릭 산화물.

-이산화 세륨.

-세리아.

-화학 양 론적 산화 세륨 : 전적으로 CeO _2에 의해 형성된 물질 .

-비 화학 양 론적 산화 세륨 : CeO ₂ 에서 CeO _1.5 까지 혼합 된 산화물로 형성된 물질

속성

몸 상태

담황색 고체. 색상은 화학 양론과 다른 란타나 이드의 존재에 민감합니다. 비 화학 양 론적 산화물은 종종 파란색입니다.

모스 경도

6-6.1 대략.

분자 무게

172.12g / 몰.

녹는 점

약 2600ºC.

밀도

7.132g / cm ³

용해도

온수 및 냉수에 불용성. 진한 황산 및 진한 질산에 가용. 묽은 산에 불용성.

굴절률

2.2.

기타 속성

CeO ₂ 는 불활성 물질이며 강산이나 알칼리의 공격을받지 않습니다. 그러나 과산화수소 (H ₂ O ₂ ) 또는 주석 (II) 과 같은 환원제의 존재하에 산에 용해되어 세륨 (III) 용액을 생성 할 수 있습니다.

열 안정성이 높습니다. 일반적인 가열 간격 동안 결정 학적 변화를 겪지 않습니다.

수화 된 유도체 ( CeO ₂ .nH ₂ O)는 세륨 (IV) 용액을 염기로 처리하여 얻은 노란색의 젤라틴 침전물입니다.

CeO ₂ 는 위장관에서 잘 흡수되지 않으므로 독성 효과가 없습니다.

응용

-야금 산업에서

CeO ₂ 는 불활성 가스 텅스텐 아크 용접과 같은 특정 용접 기술의 전극에 사용됩니다.

산화물은 텅스텐 매트릭스 전체에 미세하게 분산됩니다. 저전압에서 이러한 CeO ₂ 입자 는 텅스텐 단독보다 더 큰 신뢰성을 제공합니다.

-유리 산업에서

유리 연마

CeO ₂ 는 병, 물병 등의 소다 석회 유리를 변색시킬 수 있습니다. Ce (IV)는 청록색을 제공하는 Fe (II) 불순물을 10 배 더 약한 노란색을 제공하는 Fe (III)로 산화시킵니다.

내 방사선 유리

유리 에 1 % CeO ₂ 를 첨가 하면 TV 유리의 고 에너지 전자 충격으로 인한 유리의 변색 또는 어두워 짐을 억제합니다. 감마선으로 인한 변색을 억제하기 때문에 원자력 산업의 고온 전지 창에 사용되는 유리도 마찬가지입니다.

억제 메커니즘은 유리 격자에있는 Ce ⁴⁺ 및 Ce ³⁺ 이온의 존재에 의존하는 것으로 믿어집니다 .

감광성 안경

일부 유리 제제는 영구적 인 구조 또는 색상으로 변환 할 수있는 잠상을 현상 할 수 있습니다.

이 유형의 유리에 는 UV 복사를 흡수하고 전자를 유리 매트릭스로 방출하는 CeO ₂ 가 포함되어 있습니다 .

처리 후 유리에있는 다른 화합물의 결정 성장이 생성되어 전자 또는 장식용으로 세부적인 패턴을 만듭니다.

-에나멜

높은 굴절률로 인해 CeO ₂ 는 금속 보호 코팅으로 사용되는 에나멜 조성물의 불투명 화제입니다.

높은 열 안정성과 유약 처리 과정에서 도달 한 전체 온도 범위에 걸쳐 독특한 결정 학적 형태로 인해 도자기 유약에 사용하기에 적합합니다.

이 응용 분야에서 CeO ₂ 는 에나멜 연소 중에 원하는 백색 코팅을 제공합니다. 불투명도를 제공하는 성분입니다.

-지르코늄 세라믹

지르코니아 세라믹은 단열재로 고온 응용 분야에 사용됩니다. 강도와 인성이 높은 첨가제가 필요합니다. 지르코니아에 CeO ₂ 를 첨가하면 뛰어난 인성과 우수한 강도를 가진 재료가 생성됩니다.

CeO ₂ 도핑 된 산화 지르코늄 은 금속 표면의 열 장벽 역할을하는 코팅에 사용됩니다.

예를 들어 항공기 엔진 부품에서 이러한 코팅은 금속이 노출되는 고온으로부터 보호합니다.

제트 엔진. Jeff Dahl, Xavigivax의 스페인어 번역 출처 : Wikipedia Commons

-차량 배기 가스 제어용 촉매

CeO ₂ 는 차량 배출물에서 오염 물질을 제거하는 활성 성분입니다. 이것은 주로 주변 조건에 따라 산소를 저장하거나 방출하는 능력 때문입니다.

자동차의 촉매 변환기는 엔진과 배기 가스 배출구 사이에 있습니다. 그것은 연소되지 않은 탄화수소를 산화시키고, CO를 CO ₂ 로 전환 하고, 질소 산화물 인 NO _x 를 N ₂ 및 O ₂ 로 환원시켜야하는 촉매를 가지고 있습니다.

자동차의 내연 기관에서 나오는 배기 가스 용 촉매 변환기. English Wikipedia의 Ahanix1989 출처 : Wikipedia Commons

백금 및 기타 촉매 금속 외에도 이러한 다기능 시스템의 주요 활성 성분은 CeO ₂ 입니다.

각 촉매 변환기에는 50-100g의 미세하게 나누어 진 CeO ₂ 가 포함되어 있으며 여러 기능을 수행합니다. 가장 중요한 것은 다음과 같습니다.

고 표면적 알루미나를위한 안정제로 작용

높은 표면적 알루미나는 소결되는 경향이있어 고온 작동 중에 높은 표면적을 잃습니다. 이것은 CeO ₂ 의 존재로 인해 지연됩니다 .

산소 완충제 역할을합니다.

비 화학 양 론적 산화물 CeO _2-x 를 형성하는 능력으로 인해 , 세륨 (IV) 산화물은 산소 희박 / 연료가 풍부한주기 기간 동안 자체 구조의 원소 산소를 제공합니다.

따라서 엔진에서 나오는 연소되지 않은 탄화수소의 산화와 CO2에서 CO2 로의 전환은 기체 산소가 부족한 경우에도 _{계속 될 수 있습니다} .

그런 다음 산소가 풍부한 순환 기간에 산소를 흡수하고 재산 화하여 화학 양 론적 형태 인 CeO _2를 회복합니다 .

기타

이 NO는 질소 산화물의 환원에서 로듐의 촉매 용량의 개량으로 작동 _X 질소와 산소로.

-화학 반응의 촉매 작용

정제소의 촉매 분해 공정에서 CeO ₂ 는 촉매 산화제로 작용하여 SO ₂ 에서 SO ₃ 로의 전환을 돕고 공정의 특정 트랩에서 황산염 형성을 촉진합니다.

CeO ₂ 는 에틸 벤젠에서 시작하여 스티렌을 얻는 데 사용되는 산화철 기반 촉매의 활성을 향상시킵니다. 이것은 아마도 Fe (II)-Fe (III)와 Ce (III)-Ce (IV) 산화물 환원 쌍 사이의 긍정적 인 상호 작용 때문일 수 있습니다.

-생물학적 및 생물 의학 응용 분야

CeO ₂ 나노 입자는 슈퍼 옥사이드, 과산화수소, 하이드 록실 및 산화 질소 라디칼과 같은 자유 라디칼을 제거함으로써 작용하는 것으로 밝혀졌습니다 .

방사선에 의한 손상, 레이저에 의한 망막 손상으로부터 생물학적 조직을 보호하고, 광 수용체 세포의 수명을 늘리고, 척추 손상을 줄이며, 만성 염증을 줄이고, 혈관 신생 또는 혈관 형성을 촉진 할 수 있습니다.

또한 CeO ₂ 나노 입자를 포함하는 특정 나노 섬유 는 박테리아 균주에 대해 독성이있는 것으로 나타 났으며, 이는 살균 응용 분야에 유망한 후보입니다.

-기타 용도

CeO ₂ 는 우수한 화학적 안정성, 높은 비유 전율 (전계를 가할 때 분극화 경향이 높음) 및 실리콘과 유사한 결정 격자로 인해 전기 절연 재료입니다.

그것은 초전도 물질의 커패시터 및 댐핑 층에 적용되었습니다.

또한 가스 센서, 고체 산화물 연료 전지 전극 재료, 산소 펌프 및 산소 모니터에도 사용됩니다.

참고 문헌

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