Óxido de cério (IV) - Cerium(IV) oxide
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| Nomes | |
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Nome IUPAC
Óxido de cério (IV)
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| Outros nomes
Óxido cérico,
céria, dióxido de cério |
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| Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol )
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| ChEBI | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.013.774 
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PubChem CID
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Painel CompTox ( EPA )
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| Propriedades | |
| CeO 2 | |
| Massa molar | 172,115 g / mol |
| Aparência | sólido branco ou amarelo pálido, ligeiramente higroscópico |
| Densidade | 7,215 g / cm 3 |
| Ponto de fusão | 2.400 ° C (4.350 ° F; 2.670 K) |
| Ponto de ebulição | 3.500 ° C (6.330 ° F; 3.770 K) |
| insolúvel | |
| + 26,0 · 10 −6 cm 3 / mol | |
| Estrutura | |
| sistema de cristal cúbico , cF12 ( fluorita ) | |
| Fm 3 m, # 225 | |
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a = 5,41 Å, b = 5,41 Å, c = 5,41 Å
α = 90 °, β = 90 °, γ = 90 °
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| Ce, 8, O cúbico , 4, tetraédrico |
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| Perigos | |
| NFPA 704 (diamante de fogo) | |
| Compostos relacionados | |
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Compostos relacionados
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Óxido de cério (III) |
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Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
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 verificar (o que é ?)
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| Referências da Infobox | |
De cério (IV) de óxido , também conhecido como óxido de cério , dióxido de cério , óxido de cério , óxido de cério ou o dióxido de cério , é um óxido do metal de terras raras de cério . É um pó branco-amarelado claro com a fórmula química CeO 2 . É um importante produto comercial e um intermediário na purificação do elemento dos minérios. A propriedade distintiva deste material é sua conversão reversível em um óxido não estequiométrico .
Produção
O cério ocorre naturalmente como uma mistura com outros elementos de terras raras em seus principais minérios bastnaesita e monazita . Após a extração dos íons metálicos em base aquosa, Ce é separado dessa mistura pela adição de um oxidante seguido pelo ajuste do pH. Esta etapa explora a baixa solubilidade do CeO 2 e o fato de que outros elementos de terras raras resistem à oxidação.
O óxido de cério (IV) é formado pela calcinação de oxalato de cério ou hidróxido de cério .
O cério também forma óxido de cério (III) , Ce
2O
3, que é instável e se oxidará em óxido de cério (IV).
Estrutura e comportamento do defeito
O óxido de cério adota a estrutura de fluorita , grupo espacial Fm 3 m, # 225 contendo 8 coordenadas Ce 4+ e 4 coordenadas O 2− . Em altas temperaturas, ele libera oxigênio para dar uma forma não estequiométrica, deficiente em ânions, que retém a rede de fluorita. Este material tem a fórmula CeO (2− x ) , onde 0 < x <0,28. O valor de x depende da temperatura, da terminação da superfície e da pressão parcial do oxigênio. A equação
foi mostrado para prever o equilíbrio não estequiometria x em uma ampla faixa de pressões parciais de oxigênio (10 3 –10 −4 Pa) e temperaturas (1000–1900 ° C).
A forma não estequiométrica tem uma cor azul a preta e exibe condução iônica e eletrônica, sendo iônica a mais significativa em temperaturas> 500 ° C.
O número de vacâncias de oxigênio é frequentemente medido usando espectroscopia de fotoelétrons de raios-X para comparar a proporção de Ce3+
para Ce4+
.
Química de defeito
Na fase de fluorita mais estável da céria, ela exibe vários defeitos dependendo da pressão parcial do oxigênio ou do estado de estresse do material.
Os principais defeitos de preocupação são as lacunas de oxigênio e pequenos polarons (elétrons localizados em cátions de cério). O aumento da concentração de defeitos de oxigênio aumenta a taxa de difusão de ânions de óxido na rede, conforme refletido em um aumento na condutividade iônica . Esses fatores dão à céria um desempenho favorável em aplicações como eletrólito sólido em células a combustível de óxido sólido . Céria não dopada e dopada também exibe alta condutividade eletrônica em baixas pressões parciais de oxigênio devido à redução do íon cério levando à formação de pequenos polarons . Como os átomos de oxigênio em um cristal de céria ocorrem em planos, a difusão desses ânions é fácil. A taxa de difusão aumenta conforme a concentração do defeito aumenta.
A presença de vacâncias de oxigênio na terminação dos planos de céria governa a energética das interações de céria com as moléculas de adsorvato e sua molhabilidade . Controlar essas interações de superfície é a chave para aproveitar a céria em aplicações catalíticas.
Ocorrência natural
O óxido de cério (IV) ocorre naturalmente como o mineral cerianita- (Ce) . É um exemplo raro de mineral de cério tetravalente, os outros exemplos sendo estetindita- (Ce) e dyrnaesita- (La) . O sufixo "- (Ce)" é conhecido como modificador de Levinson e é usado para mostrar qual elemento domina em um determinado local da estrutura. É frequentemente encontrado em nomes de minerais contendo elementos de terras raras (REEs). A ocorrência de cerianita- (Ce) está relacionada a alguns exemplos de anomalia de cério , onde Ce - que se oxida facilmente - é separada de outros REEs que permanecem trivalentes e, portanto, se adaptam a estruturas de outros minerais além da cerianita- (Ce).
Catálise e atividade de superfície
A aplicação emergente primária de materiais CeO 2 aplicados está no campo da catálise. As superfícies de céria, em sua fase de fluorita mais estável, são dominadas pelos planos de menor energia (111), que tendem a exibir menor energia de superfície. A reação mais comumente catalisada pelo cério (IV) é a reação de deslocamento do gás água , envolvendo a oxidação do monóxido de carbono . Ceria tem sido explorado para a catálise de várias reações de conversão de hidrocarbonetos, incluindo metanação de CO 2 e a oxidação catalítica de hidrocarbonetos, como o tolueno .
A funcionalidade da superfície do CeO 2 decorre em grande parte de sua hidrofobicidade intrínseca , uma característica comum entre os óxidos de terras raras. A hidrofobicidade tende a conferir resistência à desativação da água nas superfícies dos catalisadores e, portanto, aumenta a adsorção de compostos orgânicos. A hidrofobicidade, que pode ser vista inversamente como organofilicidade, está geralmente associada a um desempenho catalítico superior e é desejada em aplicações que envolvem compostos orgânicos e síntese seletiva.
A interconvertibilidade dos materiais CeO x é a base do uso da céria como catalisador de oxidação. Um uso pequeno, mas ilustrativo, é o uso nas paredes de fornos autolimpantes como um catalisador de oxidação de hidrocarbonetos durante o processo de limpeza em alta temperatura. Outro exemplo em pequena escala, mas famoso, é seu papel na oxidação do gás natural em mantas de gás .
Com base em suas interações de superfície distintas, o ceria encontra mais uso como um sensor em conversores catalíticos em aplicações automotivas, controlando a relação ar-exaustão para reduzir as emissões de NO x e monóxido de carbono .
Outras aplicações
Polimento
A principal aplicação industrial da céria é para o polimento, especialmente a planarização químico-mecânica (CMP). Para isso, deslocou muitos outros óxidos que antes eram usados, como o óxido de ferro e a zircônia . Para os amadores, também é conhecido como "rouge de oculista".
Óptica
CeO 2 é usado para descolorir vidro, convertendo impurezas ferrosas tingidas de verde em óxidos férricos quase incolores.
O óxido de cério encontrou uso em filtros infravermelhos , como uma espécie oxidante em conversores catalíticos e como substituto do dióxido de tório em mantas incandescentes
Condução mista
Devido à significativa condução iônica e eletrônica do óxido de cério, ele é adequado para ser usado como um condutor misto , com valor significativo na pesquisa e no desenvolvimento de células de combustível .
Aplicações biomédicas
Nanopartículas de óxido de cério (nanoceria) foram investigadas por sua atividade antibacteriana e antioxidante.
Soldagem
O óxido de cério é usado como um complemento aos eletrodos de tungstênio para soldagem a arco com gás tungstênio. Ele oferece vantagens sobre os eletrodos de tungstênio puro, como redução da taxa de consumo do eletrodo e início e estabilidade do arco mais fáceis. Os eletrodos Ceria foram introduzidos pela primeira vez no mercado dos Estados Unidos em 1987 e são úteis em AC, Eletrodo Positivo DC e Eletrodo Negativo DC. Mais detalhes sobre esses eletrodos podem ser encontrados em ASME BPVC.II.C SFA-5.12 Anexo B.
Pesquisar
Fotocatálise
Embora seja transparente para a luz visível, ele absorve a radiação ultravioleta fortemente, por isso é uma substituição prospectiva do óxido de zinco e dióxido de titânio nos filtros solares , pois tem menor atividade fotocatalítica . No entanto, suas propriedades catalíticas térmicas devem ser diminuídas revestindo as partículas com sílica amorfa ou nitreto de boro .
Células de combustível
Ceria é de interesse como um material para células a combustível de óxido sólido (SOFCs) por causa de sua condutividade de íons de oxigênio relativamente alta (ou seja, os átomos de oxigênio se movem facilmente através dele) em temperaturas intermediárias (500-650 ° C) e entalpia de associação mais baixa em comparação com o sistema de zircônia .
Rachadura de água
O ciclo óxido de cério (IV) - óxido de cério (III) ou ciclo CeO 2 / Ce 2 O 3 é um processo de divisão termoquímica de água em duas etapas com base no óxido de cério (IV) e óxido de cério (III) para a produção de hidrogênio .
Antioxidante
Nanoceria tem atraído atenção como um antioxidante biológico.