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Cerio

Il cerio è un metallo appartenente alla serie dei lantanidi che si trova, insieme ad altri metalli delle terre rare, nei minerali appartenenti al gruppo della monazite e della bastnäsite.

Esso ha configurazione elettronica  [Xe]4f¹5d¹6s² ed è  un metallo duttile e malleabile di colore argenteo che presenta numeri di ossidazione +3 e +4.

Storia

I chimici svedesi Jacob Berzelius e Wilhelm von Hisinger nel 1803 e nello stesso anno dal chimico tedesco Martin Klaproth scoprirono per primi il metallo.

Berzelius e Hisinger scoprirono il nuovo elemento in un minerale raro di colore bruno-rossastro costituito da silicati attualmente noto come cerite.

Da tale minerale prepararono dei sali e indagarono sulle loro reazioni; sebbene non riuscirono ad ottenere il metallo allo stato puro scoprirono che questo nuovo elemento aveva due numeri di ossidazione.

Da uno stato di ossidazione si ottenevano sali incolori e dall’altro sali di colore giallo-rosso. Chiamarono cerio il nuovo elemento in quanto due anni prima l’astronomo italiano Giuseppe Piazzi aveva scoperto l’asteroide Cerere.

Berzelius e Hisinger pubblicarono per primi la nuova scoperta e venne accettato questo nome dalla comunità scientifica.

Indipendentemente Martin Klaproth dall’analisi della cerite trovò l’ossido di questo nuovo elemento a cui diede il nome di ockroite.

Ottenimento

Il chimico svedese Carl Gustav Mosander, allievo di Berzelius, nel 1825 isolò l’elemento partendo dal solfuro di cerio (III). Trattò Ce₂S₃ con cloro ottenendo cloruro di cerio:

Ce₂S₃ + 3 Cl₂ → 2 CeCl₃ + 3 S

Dalla reazione di CeCl₃  con potassio ottenne il cerio metallico:

CeCl₃ + 3 K → Ce + 3 KCl

Reazioni

Reagisce con l’ossigeno dell’aria per dare ossido di cerio (IV) di colore scuro:

Ce_(s) + 2 O_2(g)→ CeO_2(s)

Reagisce lentamente in presenza di acqua a freddo e più velocemente a caldo per dare idrossido di cerio (III) e idrogeno gassoso:

2 Ce_(s) + 3 H₂O_(l) → 2 Ce(OH)_3(s) + 3 H_2(g)

Reagisce con gli alogeni per dare gli alogenuri di cerio (III) solidi di colore bianco ad eccezione dello ioduro di cerio (III) che è di colore giallo secondo la reazione generale:

2 Ce_(s) + 3 X_2(g)→ 2 CeX_3(s)

In ambiente basico lo ione cerio (III) precipita come idrossido di cerio (III) di colore bianco e lo ione cerio (IV) come idrossido di cerio (IV) di colore giallo:

Ce³⁺_(aq) + 3 OH^–_(aq) → Ca(OH)_3(s)

Ce⁴⁺_(aq) + 4 OH^–_(aq) → Ca(OH)_4(s)

Usi

Viene utilizzato in una lega metallica piroforica detta mischmetal unitamente a lantanio, neodimio e praseodimio utilizzata nelle pietrine per accendisigari.

L’ossido di cerio, come catalizzatore, viene utilizzato nei forni autopulenti per prevenire l’accumulo di residui di cottura e per lucidare le superfici vetrate.

È utilizzato nei convertitori catalitici perché aiuta a ridurre le emissioni di scarico delle automobili.

Le nanoparticelle di ossido di cerio sono aggiunte al diesel per ridurre l’emissione di fuliggine e migliorare le prestazioni del motore dei veicoli.

Il solfuro di cerio dal tipico colore rosso è usato come pigmento.

Unitamente ad alcuni metalli di transizione o delle terre rare è utilizzato come rivestimento nei tubi catodici e nelle lampadine a risparmio energetico.

Il nitrato  insieme alla sulfadiazina argentica C₁₀H₉AgN₄O₂S è utilizzato in un unguento ad uso topico per il trattamento delle infezioni nelle ferite da ustione.

Per la sua elevata azione ossidante il cerio (IV) è utilizzato nella cerimetria, tecnica analitica di tipo volumetrico, per la determinazione di molti analiti tra cui Fe(II) e ione nitrito