Óxido de cério (IV): estrutura, propriedades, usos - Ciência - 2023

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o óxido de cério (IV) O óxido cérico é um sólido inorgânico branco ou amarelo claro que é produzido pela oxidação do cério (Ce) pelo oxigênio até sua valência 4+. A fórmula química do óxido cérico é CeO₂ e é o óxido de cério mais estável.

O cério (Ce) é um elemento da série dos lantanídeos, que estão incluídos no grupo das terras raras. A fonte natural desse óxido é o mineral bastnasita. No concentrado comercial deste mineral o CeO₂ pode ser encontrado em uma proporção aproximada de até 30% em peso.

O CEO₂ pode ser facilmente obtido aquecendo hidróxido de cério (III), Ce (OH) no ar ou oxigênio₃, ou qualquer sal de cério (III), como oxalato, carbonato ou nitrato.

O CEO₂ Estequiométrico pode ser obtido por reação a temperatura elevada de óxido de cério (III) com oxigênio elementar. O oxigênio deve estar em excesso e deve ser concedido tempo suficiente para completar a conversão das várias fases não estequiométricas que são formadas.

Essas fases incluem produtos multicoloridos com a fórmula CeO_x (onde x varia entre 1,5 e 2,0). Eles também são chamados de CeO_2-x, onde x pode ter um valor de até 0,3. O CEO₂ É a forma de Ce mais utilizada na indústria. Possui baixa classificação de toxicidade, principalmente devido à sua baixa solubilidade em água.

Estrutura

O óxido de cério estequiométrico (IV) cristaliza na estrutura cúbica semelhante a fluorita (CaF₂), com 8 íons^2- em uma estrutura cúbica coordenada com 4 íons Ce⁴⁺.

Nomenclatura

- Óxido de cério (IV).

- Óxido cérico.

- Dióxido de cério.

- Ceria.

- Óxido de cério estequiométrico: material feito inteiramente de CeO₂.

- Óxido de cério não estequiométrico: material formado por óxidos mistos de CeO₂ até o CeO_1,5

Propriedades

Estado físico

Sólido amarelo pálido. A cor é sensível à estequiometria e à presença de outros lantanídeos. Os óxidos não estequiométricos são geralmente azuis.

Dureza de Mohs

6-6.1 aproximadamente.

Peso molecular

172,12 g / mol.

Ponto de fusão

2600 ºC aproximadamente.

Densidade

7,132 g / cm³

Solubilidade

Insolúvel em água quente e fria. Solúvel em ácido sulfúrico concentrado e ácido nítrico concentrado. Insolúvel em ácidos diluídos.

Índice de refração

2,2.

Outras propriedades

O CEO₂ É uma substância inerte, não é atacada por ácidos ou álcalis fortes. No entanto, pode ser dissolvido por ácidos na presença de agentes redutores, como o peróxido de hidrogênio (H₂OU₂) ou estanho (II), entre outros, gerando soluções de cério (III).

Possui alta estabilidade térmica. Não sofre alterações cristalográficas durante os intervalos de aquecimento habituais.

Seu derivado hidratado (CeO₂.nH₂O) é um precipitado amarelo gelatinoso obtido tratando soluções de cério (IV) com bases.

O CEO₂ é pouco absorvido pelo trato gastrointestinal, por isso não tem efeitos tóxicos.

Formulários

- Na indústria metalúrgica

O CEO₂ É usado nos eletrodos de certas tecnologias de soldagem, como a soldagem a arco com gás inerte de tungstênio.

O óxido é finamente disperso em toda a matriz de tungstênio. Em baixas tensões, essas partículas CeO₂ eles oferecem maior confiabilidade do que o tungstênio sozinho.

- Na indústria do vidro

Polimento de vidro

O óxido de cério é o agente de polimento mais eficiente para a maioria das composições comerciais de vidro. O CEO₂ substituiu quase completamente outros óxidos de polimento, como o Fe₂OU₃, sílica e ZrO₂, devido à sua maior velocidade de polimento e limpeza, que aumentam conforme aumenta o grau de pureza do óxido.

Os polidores de vidro comerciais baseados em óxido de cério em pó têm tamanhos de partícula definidos e dispersibilidade controlada em sistemas aquosos.

O processo de polimento do vidro requer água e o que é removido ou reformado é uma camada superficial hidratada mais macia. O agente de polimento deve ter uma dureza de Mohs de aproximadamente 6,5, próxima à dureza da maioria dos vidros.

O óxido de cério na água contém o par Ce (IV) / Ce (III) que, com suas reações de oxidação-redução, pode fornecer assistência química durante a quebra da rede de silicato de vidro.

O CEO₂ Com alto grau de pureza, é utilizado no tratamento de espelhos, televisores, lentes oftálmicas e materiais óticos de precisão.

Descoloração do vidro

O CEO₂ pode descolorir o vidro de cal sodada para garrafas, jarros e similares. Ce (IV) oxida as impurezas de Fe (II), que fornecem uma cor verde-azulada, a Fe (III) que confere uma cor amarela 10 vezes mais fraca.

Vidro resistente à radiação

A adição de 1% CeO₂ Todo o vidro suprime a descoloração ou escurecimento do vidro causado pelo bombardeio de elétrons de alta energia em vidros de TV. O mesmo é verdade para o vidro usado em janelas de células quentes na indústria nuclear, pois suprime a descoloração induzida por raios gama.

Acredita-se que o mecanismo de supressão dependa da presença de íons Ce⁴⁺ e Ce³⁺ na rede de vidro.

Óculos fotossensíveis

Algumas formulações de vidro podem desenvolver imagens latentes que podem então ser convertidas em uma estrutura ou cor permanente.

Este tipo de vidro contém CeO₂ Ele absorve a radiação UV e libera elétrons na matriz de vidro.

Por meio do pós-tratamento, é gerado o crescimento de cristais de outros compostos no vidro, criando padrões detalhados para usos eletrônicos ou decorativos.

- Em esmaltes

Devido ao seu alto índice de refração, CeO₂ é um agente opacificante em composições de esmalte usadas como revestimentos protetores em metais.

A sua elevada estabilidade térmica e a sua forma cristalográfica única em toda a gama de temperaturas atingidas durante o processo de esmaltação, tornam-no adequado para utilização em esmaltes de porcelana.

Neste aplicativo o CeO₂ Fornece o revestimento branco desejado durante a queima do esmalte. É o ingrediente que fornece opacidade.

- Em cerâmica de zircônio

A cerâmica de zircônia é um isolante térmico e é usada em aplicações de alta temperatura. Requer um aditivo para ter alta resistência e tenacidade. Adicionando CeO₂ O óxido de zircônio produz um material com excepcional tenacidade e boa resistência.

Zircônia dopada com CeO₂ É usado em revestimentos para atuar como barreira térmica em superfícies metálicas.

Por exemplo, em peças de motores de aeronaves, esses revestimentos protegem das altas temperaturas às quais os metais seriam expostos.

- Em catalisadores para o controle de emissões veiculares

O CEO₂ É um componente ativo na remoção de poluentes das emissões veiculares. Isso se deve em grande parte à sua capacidade de armazenar ou liberar oxigênio, dependendo das condições ao seu redor.

O conversor catalítico em veículos motorizados está localizado entre o motor e a saída dos gases de escape. Tem um catalisador que deve oxidar hidrocarbonetos não queimados, converter CO em CO₂, e reduzir os óxidos de nitrogênio, NO_x, tonelada₂ Eu₂.

Além da platina e outros metais catalíticos, o principal componente ativo desses sistemas multifuncionais é o CeO₂.

Cada conversor catalítico contém 50-100 g de CeO₂ finamente dividido, que cumpre várias funções. Os mais importantes são:

Atua como um estabilizador para alumina de alta área superficial

A alumina com área superficial elevada tende a sinterizar, perdendo sua área superficial elevada durante a operação em alta temperatura. Isso é atrasado pela presença de CeO₂.

Ele se comporta como um liberador de buffer de oxigênio

Devido à sua capacidade de formar óxidos não estequiométricos CeO_2-x, o óxido de cério (IV) fornece oxigênio elementar de sua própria estrutura durante o período do ciclo pobre em oxigênio / rico em combustível.

Assim, a oxidação de hidrocarbonetos não queimados vindos do motor e a conversão de CO em CO podem continuar.₂, mesmo quando o oxigênio gasoso é insuficiente.

Então, no período do ciclo rico em oxigênio, ele absorve oxigênio e se reoxida, recuperando sua forma estequiométrica CeO₂.

Outras

Atua como melhorador da capacidade catalítica do ródio na redução dos óxidos de nitrogênio NO_x para nitrogênio e oxigênio.

- Na catálise de reações químicas

Nos processos de craqueamento catalítico de refinarias, CeO₂ atua como um oxidante catalítico que auxilia na conversão de SO₂ para então₃ e promove a formação de sulfatos em armadilhas específicas do processo.

O CEO₂ melhora a atividade do catalisador à base de óxido de ferro que é usado para obter estireno a partir do etilbenzeno. Isso possivelmente se deve à interação positiva entre os pares de redução do óxido Fe (II) - Fe (III) e Ce (III) - Ce (IV).

- Em aplicações biológicas e biomédicas

Nanopartículas de CeO foram encontradas₂ Eles atuam eliminando os radicais livres, como o superóxido, o peróxido de hidrogênio, o radical hidroxila e o óxido nítrico.

Eles podem proteger os tecidos biológicos de danos induzidos por radiação, danos retinais induzidos por laser, aumentar a expectativa de vida das células fotorreceptoras, reduzir lesões na coluna, reduzir a inflamação crônica e promover a angiogênese ou a formação de vasos sanguíneos.

Além disso, certas nanofibras que contêm nanopartículas de CeO₂ têm se mostrado tóxicos contra cepas bacterianas, sendo candidatos promissores para aplicações bactericidas.

- Outros usos

O CEO₂ é um isolante elétrico devido à sua excelente estabilidade química, alta permissividade relativa (tem alta tendência a polarizar quando um campo elétrico é aplicado) e uma rede cristalina semelhante ao silício.

Encontrou aplicação em condensadores e camadas de amortecimento de materiais supercondutores.

Ele também é usado em sensores de gás, materiais de eletrodo de célula de combustível de óxido sólido, bombas de oxigênio e monitores de oxigênio.

Referências

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