Cer

Sicherheitshinweise

Gefahr

H: Entzündbarer Feststoff.

Inhalt unter inertem Gas/… handhaben und aufbewahren. Vor Feuchtigkeit schützen.
Behälter dicht verschlossen halten.
Schutzhandschuhe/ Schutzkleidung/ Augenschutz/ Gesichtsschutz/ Gehörschutz/ … tragen.
Bei Brand: … zum Löschen … verwenden. (Die vom Gesetzgeber offen gelassenen Einfügungen sind vom Inverkehrbringer zu ergänzen)
In einem geschlossenen Behälter an einem trockenen Ort aufbewahren.
Inhalt / Behälter … zuführen. (Die vom Gesetzgeber offen gelassene Einfügung ist vom Inverkehrbringer zu ergänzen)

Cer (auch Zer bzw. Cerium genannt) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Ce und der Ordnungszahl 58. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der seltenen Erden.

Geschichte

Cer metallisch blank

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

Vorkommen

In der Natur kommt Cer vergesellschaftet mit anderen Lanthanoidenin 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. Cer ist das häufigste Element der Lanthanoide und steht in der Elementhäufigkeit auf Platz 28. In der Erdkruste, bis in eine Tiefe von 16 km gerechnet, ist es mit 68 g/t vertreten und kommt damit häufiger als Zinn oder Blei vor. Wichtige Lagerstätten befinden sich in Skandinavien, USA, Kongo, Südafrika und Indien. Die weltweit bekannten Cer-Reserven werden auf 40 Mio. Tonnen geschätzt. Cer gehört zu den sogenannten leichten Seltenen Erden, die 2014 von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) als unkritisch bezüglich der Versorgungslage eingeschätzt wurden.

Gewinnung und Herstellung

Nach einer aufwendigen Abtrennung der Cer-Begleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoffzum 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. Die jährliche Weltproduktion liegt bei ca. 24.000 t.

Eigenschaften

Phasendiagramm von Cer

Physikalische Eigenschaften

Von Cer sind vier Modifikationen bekannt:

$\mathrm {(\alpha )Cer\ _{\overrightarrow {-196\,^{\circ }\mathrm {C} }}\ (\beta )Cer\ _{\overrightarrow {-24\,^{\circ }\mathrm {C} }}\ (\gamma )Cer\ _{\overrightarrow {726\,^{\circ }\mathrm {C} }}\ (\delta )Cer}$

Das silbrigweiß glänzende Metall ist hinter Europium das zweitreaktivste 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.

Chemische Eigenschaften

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

Unter Wärmeeinfluss wird es durch Ethanol und Wasser sehr stark angegriffen. Auch in Laugen wird es unter Bildung von Cer-Hydroxiden stark angegriffen. In Säurenwird es zu Salzen gelöst.

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Cer, Ce, 58
Serie	Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block	La, 6, f
Aussehen	silbrig weiß
CAS-Nummer	7440-45-1
EG-Nummer	231-154-9
ECHA-InfoCard	100.028.322
Massenanteil an der Erdhülle	43 ppm
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	kubisch flächenzentriert
Dichte	6,773 g/cm³ (25 °C)
Mohshärte	2,5
Magnetismus	paramagnetisch ( $\chi_{m}$ = 1,4 · 10⁻³)
Schmelzpunkt	1068 K (795 °C)
Siedepunkt	3743 K (3470 °C)
Molares Volumen	20,69 · 10⁻⁶ m³/mol
Verdampfungswärme	398 kJ/mol
Schmelzwärme	5,5 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit	2100 m/s bei 293,15 K
Elektrische Leitfähigkeit	1,35 · 10⁶ A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit	11 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	3, 4
Normalpotential	−2,34 V (Ce³⁺ + 3 e⁻ → Ce)
Elektronegativität	1,12 (Pauling-Skala)

Verwendung

Da sich die chemischen Eigenschaften der Seltenen Erdenähneln, wird metallisches Cer selten 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.
Die Eisen-Mischmetall-Legierung Cereisen dient als Ausgangsstoff für Zündsteine für die Verwendung in Feuerzeugen und zur Erzeugung von Funkenregen auf Achterbahnen und in Filmszenen (Unfallszenen).

Geringe Beimengungen von (mehr oder weniger reinen) Cer-Verbindungen verleihen anderen Materialien bestimmte Eigenschaften:

Cerdioxid (CeO₂) wird zur Stabilisierung des keramischen Katalysatorträgers aus Aluminiumoxidfür Autoabgaskatalysatoren verwendet
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

Biologische Bedeutung

2013 wurde erstmals ein Enzym in Bakterien entdeckt, das Cer-Ionen für seine Funktion benötigt. Die Bakterien der Art Methylacidiphilum fumariolicum wurden aus italienischer Lava isoliert. Sie benötigen Cer zum Aufbau der Methanol-Dehydrogenase, einem Enzym im Methan-Stoffwechsel. Das Ion hat dabei die Rolle, die in ähnlichen Enzymen in anderen Bakterien von Calciumionen übernommen wird.

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 gasförmiger Wasserstoffentwickelt.

Verbindungen

Oxide

Cer(III)-oxid Ce₂O₃, goldglänzender keramischer Feststoff
Cer(IV)-oxid CeO₂
Cer(III,IV)-oxid Ce₃O₄, blauer keramischer Feststoff

Basierend auf einem Artikel in

Wikipedia