- Structure
- Nomenclature
- Propriétés
- État physique
- Dureté Mohs
- Poids moléculaire
- Point de fusion
- Densité
- Solubilité
- Indice de réfraction
- Autres propriétés
- Applications
- - Dans l'industrie métallurgique
- - Dans l'industrie du verre
- Polissage du verre
- Verre résistant aux radiations
- Lunettes photosensibles
- - En émaux
- - En céramique de zirconium
- - Dans les catalyseurs pour le contrôle des émissions des véhicules
- Agit comme un stabilisant pour l'alumine de grande surface
- Il se comporte comme un libérateur de tampon d'oxygène
- Autres
- - En catalyse de réactions chimiques
- - Dans les applications biologiques et biomédicales
- - Autres utilisations
- Références
L' oxyde d'oxyde de cérium (IV) ou cérique est un solide inorganique blanc ou jaune pâle produit par l'oxydation du cérium (Ce) pour l'oxygène à sa valence 4+. La formule chimique de l'oxyde cérique est CeO 2 et c'est l'oxyde de cérium le plus stable.
Le cérium (Ce) est un élément de la série des lanthanides, qui sont inclus dans le groupe des terres rares. La source naturelle de cet oxyde est la bastnasite minérale. Dans le concentré commercial de ce minéral, le CeO 2 peut être trouvé dans une proportion approximative allant jusqu'à 30% en poids.
Un échantillon d'oxyde de cérium (IV). Photo prise en août 2005 par l'utilisateur: Walkerma. {{PD-self}} Source: Wikipedia Commons
CeO 2 peut être facilement obtenu en chauffant l'hydroxyde de cérium (III), Ce (OH) 3, ou tout sel de cérium (III), tel que l'oxalate, le carbonate ou le nitrate, dans l'air ou l'oxygène.
Le CeO 2 stoechiométrique peut être obtenu par réaction à température élevée de l'oxyde de cérium (III) avec de l'oxygène élémentaire. L'oxygène doit être en excès et un temps suffisant doit être laissé pour achever la conversion des différentes phases non stoechiométriques en cours de formation.
Ces phases comprennent des produits multicolores de formule CeO x (où x varie entre 1,5 et 2,0). Ils sont également appelés CeO 2-x, où x peut avoir une valeur allant jusqu'à 0,3. CeO 2 est la forme de Ce la plus utilisée dans l'industrie. Il a une classification de faible toxicité, notamment en raison de sa faible solubilité dans l'eau.
Échantillon minéral de Bastnasite. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Source: Wikipedia Commons
Structure
L'oxyde stoechiométrique de cérium (IV) cristallise dans le réseau cubique de type fluorite (CaF 2), avec 8 ions O 2- dans une structure cubique coordonnée avec 4 ions Ce 4+.
Structure cristalline d'oxyde de cérium (IV). Benjah-bmm27 Source: Wikipédia Commons
Nomenclature
- Oxyde de cérium (IV).
- Oxyde cérique.
- Dioxyde de cérium.
- Ceria.
- Oxyde de cérium stoechiométrique: matériau entièrement constitué de CeO 2.
- Oxyde de cérium non stoechiométrique: matériau formé par des oxydes mixtes de CeO 2 à CeO 1,5
Propriétés
État physique
Solide jaune pâle. La couleur est sensible à la stoechiométrie et à la présence d'autres lanthanides. Les oxydes non stoechiométriques sont souvent bleus.
Dureté Mohs
6-6.1 environ.
Poids moléculaire
172,12 g / mol.
Point de fusion
2600 ºC environ.
Densité
7,132 g / cm 3
Solubilité
Insoluble dans l'eau chaude et froide. Soluble dans l'acide sulfurique concentré et l'acide nitrique concentré. Insoluble dans les acides dilués.
Indice de réfraction
2.2.
Autres propriétés
CeO 2 est une substance inerte, il n'est pas attaqué par les acides forts ou les alcalis. Cependant, il peut être dissous par des acides en présence d'agents réducteurs, tels que le peroxyde d'hydrogène (H 2 O 2) ou l'étain (II), entre autres, générant des solutions de cérium (III).
Il a une stabilité thermique élevée. Il ne subit pas de changements cristallographiques pendant les intervalles de chauffage habituels.
Son dérivé hydraté (CeO 2.nH 2 O) est un précipité jaune et gélatineux obtenu par traitement de solutions de cérium (IV) avec des bases.
Le CeO 2 est mal absorbé par le tractus gastro-intestinal et n'a donc aucun effet toxique.
Applications
- Dans l'industrie métallurgique
Le CeO 2 est utilisé dans les électrodes de certaines technologies de soudage, telles que le soudage à l'arc au tungstène sous gaz inerte.
L'oxyde est finement dispersé dans toute la matrice de tungstène. À basse tension, ces particules de CeO 2 offrent une plus grande fiabilité que le tungstène seul.
- Dans l'industrie du verre
Polissage du verre
CeO 2 peut décolorer les verres sodo-calciques pour les bouteilles, les cruches et autres. Ce (IV) oxyde les impuretés Fe (II), qui donnent une couleur vert bleuâtre, en Fe (III) qui donne une couleur jaune 10 fois plus faible.
Verre résistant aux radiations
L'ajout de 1% de CeO 2 au verre supprime la décoloration ou l'assombrissement du verre causé par le bombardement d'électrons à haute énergie dans les lunettes de télévision. Il en va de même pour le verre utilisé dans les fenêtres des cellules chaudes de l'industrie nucléaire, car il supprime la décoloration induite par les rayons gamma.
On pense que le mécanisme de suppression dépend de la présence d'ions Ce 4+ et Ce 3+ dans le réseau de verre.
Lunettes photosensibles
Certaines formulations de verre peuvent développer des images latentes qui peuvent ensuite être converties en une structure ou une couleur permanente.
Ce type de verre contient du CeO 2 qui absorbe le rayonnement UV et libère des électrons dans la matrice de verre.
Après le traitement, la croissance de cristaux d'autres composés dans le verre est générée, créant des motifs détaillés pour des utilisations électroniques ou décoratives.
- En émaux
En raison de son indice de réfraction élevé, CeO 2 est un agent opacifiant dans les compositions d'émail utilisées comme revêtements protecteurs sur les métaux.
Sa stabilité thermique élevée et sa forme cristallographique unique sur toute la plage de températures atteintes pendant le processus de vitrage, le rendent approprié pour une utilisation dans les émaux de porcelaine.
Dans cette application, CeO 2 fournit le revêtement blanc souhaité pendant la combustion de l'émail. C'est l'ingrédient qui fournit l'opacité.
- En céramique de zirconium
La céramique de zircone est un isolant thermique et est utilisée dans les applications à haute température. Il faut un additif pour avoir une résistance et une ténacité élevées. L'ajout de CeO 2 à la zircone produit un matériau d'une ténacité exceptionnelle et d'une bonne résistance.
L'oxyde de zirconium dopé au CeO 2- est utilisé dans les revêtements pour agir comme barrière thermique sur les surfaces métalliques.
Par exemple, dans les pièces de moteur d'avion, ces revêtements protègent des températures élevées auxquelles les métaux seraient exposés.
Moteur d'avion. Jeff Dahl, traduction espagnole par Xavigivax Source: Wikipedia Commons
- Dans les catalyseurs pour le contrôle des émissions des véhicules
CeO 2 est un composant actif dans l'élimination des polluants des émissions des véhicules. Cela est largement dû à sa capacité à stocker ou à libérer de l'oxygène en fonction des conditions qui l'entourent.
Le convertisseur catalytique des véhicules automobiles est situé entre le moteur et la sortie des gaz d'échappement. Il a un catalyseur qui doit oxyder les hydrocarbures imbrûlés, convertir le CO en CO 2 et réduire les oxydes d'azote, NO x, en N 2 et O 2.
Convertisseur catalytique des gaz d'échappement du moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Ahanix1989 sur Wikipedia anglais Source: Wikipedia Commons
Outre le platine et d'autres métaux catalytiques, le principal composant actif de ces systèmes multifonctionnels est le CeO 2.
Chaque convertisseur catalytique contient 50 à 100 g de CeO 2 finement divisé, qui remplit plusieurs fonctions. Les plus importants sont:
Agit comme un stabilisant pour l'alumine de grande surface
L'alumine à grande surface spécifique a tendance à fritter, perdant sa grande surface pendant le fonctionnement à haute température. Ceci est retardé par la présence de CeO 2.
Il se comporte comme un libérateur de tampon d'oxygène
Par sa capacité à former des oxydes non stoechiométriques CeO 2-x, l'oxyde de cérium (IV) fournit de l'oxygène élémentaire à partir de sa propre structure pendant la période de cycle pauvre en oxygène / riche en combustible.
Ainsi, l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés provenant du moteur et la conversion du CO en CO 2 peuvent se poursuivre, même lorsque l'oxygène gazeux est insuffisant.
Puis, en période de cycle riche en oxygène, il absorbe de l'oxygène et se réoxyde en récupérant sa forme stoechiométrique CeO 2.
Autres
Il agit comme un améliorant de la capacité catalytique du rhodium dans la réduction des oxydes d'azote NO x en azote et oxygène.
- En catalyse de réactions chimiques
Dans les procédés de craquage catalytique des raffineries, CeO 2 agit comme un oxydant catalytique qui aide à la conversion du SO 2 en SO 3 et favorise la formation de sulfates dans des pièges spécifiques du procédé.
CeO 2 améliore l'activité du catalyseur à base d'oxyde de fer utilisé pour obtenir du styrène à partir d'éthylbenzène. Ceci est probablement dû à l'interaction positive entre les paires de réduction d'oxydes Fe (II) - Fe (III) et Ce (III) - Ce (IV).
- Dans les applications biologiques et biomédicales
On a découvert que les nanoparticules de CeO 2 agissaient en piégeant les radicaux libres, tels que les radicaux superoxyde, peroxyde d'hydrogène, hydroxyle et oxyde nitrique.
Ils peuvent protéger les tissus biologiques des dommages induits par les rayonnements, des dommages rétiniens induits par le laser, augmenter la durée de vie des cellules photoréceptrices, réduire les lésions de la colonne vertébrale, réduire l'inflammation chronique et favoriser l'angiogenèse ou la formation de vaisseaux sanguins.
De plus, certaines nanofibres contenant des nanoparticules de CeO 2 se sont avérées toxiques contre les souches bactériennes, étant des candidats prometteurs pour des applications bactéricides.
- Autres utilisations
CeO 2 est un matériau isolant électrique en raison de son excellente stabilité chimique, de sa permittivité relative élevée (il a une forte tendance à se polariser lorsqu'un champ électrique est appliqué) et d'un réseau cristallin similaire au silicium.
Il a trouvé une application dans les condensateurs et les couches d'amortissement de matériaux supraconducteurs.
Il est également utilisé dans les capteurs de gaz, les matériaux d'électrode de pile à combustible à oxyde solide, les pompes à oxygène et les moniteurs d'oxygène.
Références
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- Encyclopédie Ullmann de chimie industrielle. (1990). Cinquième édition. Volume A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
- Casals, Eudald et coll. (2012). Analyse et risque des nanomatériaux dans les échantillons environnementaux et alimentaires. En chimie analytique complète. Récupéré de sciencedirect.com.
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