సీరియం

సీరియం, ₀₀Ce

సీరియం
Pronunciation	/ˈsɪəriəm/ ​(SEER-ee-əm)
Appearance	silvery white
Standard atomic weight Ar°(Ce)
	140.116±0.001 140.12±0.01 (abridged)
సీరియం in the periodic table
Hydrogen Helium Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon Sodium Magnesium Aluminium Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Ununtrium Flerovium Ununpentium Livermorium Ununseptium Ununoctium - ↑ Ce ↓ Th లాంథనం ← సీరియం → ప్రాసియోడిమియం
Group	f-block groups (no number)
Period	period 6
Block	f-block
Electron configuration	[Xe] 4f1 5d1 6s2
Electrons per shell	2, 8, 18, 19, 9, 2
Physical properties
Phase at STP	solid
Melting point	1068 K ​(795 °C, ​1463 °F)
Boiling point	3716 K ​(3443 °C, ​6229 °F)
Density (near r.t.)	6.770 g/cm3
when liquid (at m.p.)	6.55 g/cm3
Heat of fusion	5.46 kJ/mol
Heat of vaporization	398 kJ/mol
Molar heat capacity	26.94 J/(mol·K)
Vapor pressure P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 1992 2194 2442 2754 3159 3705
Atomic properties
Oxidation states	+1, +2, +3, +4 (a mildly basic oxide)
Electronegativity	Pauling scale: 1.12
Atomic radius	empirical: 181.8 pm
Covalent radius	204±9 pm
Spectral lines of సీరియం
Other properties
Natural occurrence	primordial
Crystal structure	​face-centered cubic (fcc)
Speed of sound thin rod	2100 m/s (at 20 °C)
Thermal expansion	(r.t.) (γ, poly) 6.3 µm/(m⋅K)
Thermal conductivity	11.3 W/(m⋅K)
Electrical resistivity	(r.t.) (β, poly) 828 n Ω⋅m
Magnetic ordering	paramagnetic
Young's modulus	(γ form) 33.6 GPa
Shear modulus	(γ form) 13.5 GPa
Bulk modulus	(γ form) 21.5 GPa
Poisson ratio	(γ form) 0.24
Mohs hardness	2.5
Vickers hardness	270 MPa
Brinell hardness	412 MPa
CAS Number	7440-45-1
History
Naming	after dwarf planet Ceres, itself named after Roman deity of agriculture Ceres
Discovery	Martin Heinrich Klaproth, Jöns Jakob Berzelius, Wilhelm Hisinger (1803)
First isolation	Carl Gustaf Mosander (1839)
Isotopes of సీరియం

సీరియం (Ce), పరమాణు సంఖ్య 58 కలిగిన రసాయన మూలకం. ఇది మెత్తటి, సాగే గుణం గల, వెండి-లాంటి తెలుపు రంగులో ఉండే లోహం. ఇది గాలికి గురైనప్పుడు మసకబారుతుంది. సీరియం లాంథనైడ్ శ్రేణిలో రెండవ మూలకం. ఇది ఈ శ్రేణికి ఉండే +3 ఆక్సీకరణ స్థితి లక్షణాన్ని చూపుతుంది. దీనికి నీటిని ఆక్సీకరణం చేయని స్థిరమైన +4 స్థితి కూడా ఉంటుంది. ఇది అరుదైన భూ మూలకాలలో ఒకటి. సీరియంకు మానవులలో జీవసంబంధమైన పాత్రేమీ లేదు. తీవ్రమైన స్థాయిలో లేదా దీర్ఘ కాలం పాటు గురైతే తప్ప, ప్రత్యేకించి ఇది విషప్రాయమేమీ కాదు.

మోనాజైట్, బాస్ట్నాసైట్ వంటి ఖనిజాలలోని ఇతర అరుదైన-భూ మూలకాలతో కలిసి ఎల్లప్పుడూ లభిస్తున్నప్పటికీ, సీరియంను దాని ఖనిజాల నుండి తీయడం సులభం. ఎందుకంటే సజల ద్రావణంలో +4 ఆక్సీకరణం చెందగల ప్రత్యేక సామర్థ్యం వలన దీన్ని మిగతా లాంథనైడ్‌ల నుండి వేరుగా ఉంటుంది. ఇది లాంథనైడ్‌ లన్నిటిలోకీ సర్వసాధారణంగా లభ్యమయ్యే మూలకం. దీని తర్వాత నియోడైమియం, లాంథనమ్, ప్రసోడైమియం ఉంటాయి. భూమి పెంకులో 66 ppm తో ఇది 25వ అత్యంత సమృద్ధిగా ఉన్న మూలకం. ఇది క్లోరిన్ లో సగం, సీసం కంటే ఐదు రెట్లు.

1803లో జాన్స్ జాకోబ్ బెర్జెలియస్, విల్‌హెల్మ్ హిసింగర్‌లు స్వీడన్‌లోని బాస్ట్నాస్‌లో సీరియంను కనుగొన్నారు. లాంథనైడ్‌లలో మొదట కనుగొన్నది సీరియంనే. అదే సంవత్సరంలో జర్మనీలో మార్టిన్ హెన్రిచ్ క్లాప్రోత్ కూడా విడిగా సీరియంను కనుగొన్నాడు. 1839లో కార్ల్ గుస్తాఫ్ మొసాండర్ సీరియం లోహాన్ని వేరుచేసిన మొదటి వ్యక్తి. నేడు, సీరియంను, దాని సమ్మేళనాలనూ అనేక రకాలుగా ఉపయోగిస్తున్నారు. ఉదాహరణకు, సీరియం(IV) ఆక్సైడ్‌ను గాజును పాలిష్ చేయడానికి ఉపయోగిస్తున్నారు. ఉత్ప్రేరక కన్వర్టర్లలో ఇది ముఖ్యమైన భాగం. సీరియం పైరోఫోరిక్ లక్షణాలకు గాను, దాన్ని ఫెర్రోసీరియం లైటర్లలో ఉపయోగిస్తున్నారు. సీరియం-డోప్డ్ YAG ఫాస్ఫర్ LED లైట్లలో తెల్లని కాంతిని ఉత్పత్తి చేయడానికి నీలి కాంతి-ఉద్గార డయోడ్‌లతో కలిపి ఉపయోగిస్తారు.

లక్షణాలు

భౌతిక

సీరియం లాంథనైడ్ శ్రేణిలో రెండవ మూలకం. ఆవర్తన పట్టికలో, దానికి ఎడమవైపున లాంథనమ్, కుడి వైపున ప్రాసోడైమియం, పైన థోరియం కనిపిస్తుంది. ఇది వెండితో సమానమైన కాఠిన్యంతో, సాగే గుణం కలిగిన లోహం. కాన్ఫిగరేషన్ [Xe]4f¹5d¹6s² కాన్ఫిగరేషనులో 58 ఎలక్ట్రాన్లు అమర్చబడి ఉంటాయి. వీటిలో నాలుగు బయటి ఎలక్ట్రాన్లు వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు . 4f, 5d, 6s శక్తి స్థాయిలు ఒకదానికొకటి చాలా దగ్గరగా ఉంటాయి. కాంపాక్ట్ 4f షెల్‌లోని బలమైన ఇంటర్‌ఎలక్ట్రానిక్ వికర్షణ కారణంగా 5d షెల్‌కు ఒక ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ అవుతుంది. అణువు సానుకూలంగా అయనీకరణం అయినప్పుడు ఈ ప్రభావం అధికంగా ఉంటుంది; కాబట్టి Ce²⁺ దానంతటదే సాధారణ కాన్ఫిగరేషన్ [Xe]4f ² కలిగి ఉంది. అయితే కొన్ని ఘన మిశ్రమాలలో ఇది [Xe]4f¹5d¹ కావచ్చు. చాలా లాంథనైడ్‌లు మూడు ఎలక్ట్రాన్‌లను మాత్రమే వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్‌లుగా ఉపయోగించగలవు. ఎందుకంటే మిగిలిన 4f ఎలక్ట్రాన్‌లు చాలా బలంగా కట్టుబడి ఉంటాయి: Ce⁴⁺ లో ఖాళీగా ఉన్న f-షెల్ బాగా స్థిరంగా ఉండడం, ఇది లాంథనైడ్లలో ఆది లోనే రావడం కారణంగా సీరియం దీనికి మినహాయింపు. లాంథనైడ్ శ్రేణిలో తొలి స్థానాల నుండి నియోడైమియం వరకు న్యూక్లియర్ ఛార్జ్ తక్కువగా ఉండి రసాయన పద్ధతిలో నాల్గవ వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్‌ను తొలగించడానికి వీలు కలుగుతుంది.

రసాయన లక్షణాలు

సీరియం మెటల్ మంచి రిడక్టెంట్. తార్కికంగా, ఇది గాలిలో మసకబారుతుంది, ఇనుము తుప్పు వంటి నిష్క్రియాత్మక ఆక్సైడ్ పొరను ఏర్పరుస్తుంది. సీరియం లోహపు సెంటీమీటర్-పరిమాణంలో ఉండే నమూనా దాదాపు ఒక సంవత్సరంలో పూర్తిగా క్షీణిస్తుంది. మెటాలిక్ సీరియం అత్యంత పైరోఫోరిక్ కావచ్చు.

Ce + O ₂ → CeO ₂

అధిక ఎలక్ట్రోపోజిటివ్‌గా ఉండటం వల్ల, సీరియం నీటితో చర్య జరుపుతుంది. చల్లటి నీటితో ప్రతిచర్య నెమ్మదిగా ఉంటుంది కానీ ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ ఇది వేగవంత మవుతుంది. సీరియం(III) హైడ్రాక్సైడ్‌ను, హైడ్రోజన్ వాయువునూ ఉత్పత్తి చేస్తుంది:

2 Ce + 6 H ₂ O → 2 Ce(OH) ₃ + 3 H ₂

ఐసోటోపులు

సహజంగా లభించే సీరియంకు నాలుగు ఐసోటోపులున్నాయి. అవి: ¹³⁶Ce (0.19%), ¹³⁸Ce (0.25%), ¹⁴⁰Ce (88.4%), ¹⁴²Ce (11.1%). ఈ నాలుగూ స్థిరమైనవే. కాకపోతే, తేలిక ఐసోటోప్‌లైన ¹³⁶Ce, ¹³⁸Ce లు విలోమ డబుల్ బీటా క్షీణతకు లోనై బేరియం యొక్క ఐసోటోపులుగా మారతాయని సిద్ధాంతపరంగా అంచనా వేసారు. అత్యంత భారీ ఐసోటోపైన ¹⁴²Ce, డబుల్ బీటా క్షీణతకు లోనై, ¹⁴²Nd గాను లేదా ఆల్ఫా క్షయం జరిగి ¹³⁸Ba గాను ఏర్పడుతుందని భావిస్తున్నారు. అదనంగా, ¹⁴⁰Ce ఆకస్మిక విచ్ఛిత్తిపై శక్తిని విడుదల చేస్తుంది. ¹³⁶Ce, ¹³⁸Ce, ¹⁴²Ce ల డబుల్ బీటా క్షయం ప్రయోగాత్మకంగా శోధించబడినప్పటికీ, ఈ క్షయం మోడ్‌లను ఇంకా గమనించలేదు. వాటి అర్ధ-జీవితానికి ప్రస్తుత ప్రయోగాత్మక పరిమితులు ఇవి:

¹³⁶ Ce: > 3.8×10 ¹⁶ సం.

¹³⁸ Ce: > 5.7×10 ¹⁶ సం.

¹⁴² Ce: > 5.0×10 ¹⁶ సం.

మిగతా సీరియం ఐసోటోప్‌లన్నీ కృతెరిమమైనవి, రేడియోధార్మికత కలిగినవీను. వాటిలో అత్యంత స్థిరమైనది ¹⁴⁴Ce. దాని అర్ధ జీవితం 284.9 రోజులు, 137.6 రోజుల అర్ధ జీవితంతో ¹³⁹ Ce, 32.5 రోజుల అర్ధ జీవితంతో ¹⁴¹ Ce కూడా ఉన్నాయి. ఇతర రేడియోధార్మిక సీరియం ఐసోటోప్‌లన్నిటి అర్ధ-జీవితం నాలుగు రోజులలోపే. వాటిలో చాలా వాటికి పది నిమిషాలలోపే ఉంది. ¹⁴⁰Ce, ¹⁴⁴Ce మధ్య ఉన్న ఐసోటోపులు యురేనియం విచ్ఛిత్తి ఉత్పత్తులుగా ఏర్పడతాయి. ¹⁴⁰Ce కంటే తేలికైన ఐసోటోప్‌ల ప్రాధమిక క్షయం రీతి విలోమ బీటా క్షయం లేదా ఎలక్ట్రాన్ సంగ్రహణ ద్వారా లాంథనమ్ ఐసోటోపులవడం. అయితే భారీ ఐసోటోప్‌లు బీటా క్షయం చెంది ప్రాసియోడైమియం ఐసోటోపులవుతాయి. నియోడైమియం యొక్క కొన్ని ఐసోటోప్‌లు ఆల్ఫా క్షయం చెంది సీరియం ఐసోటోపులవుతాయని అంచనా వేసారు.

లభ్యత, ఉత్పత్తి

లాంథనైడ్‌ లన్నిటిలోకీ సీరియం అత్యంత సమృద్ధిగా లభించే మూలకం. ఇది భూమి పెంకులో 66 ppm ఉంటుంది. ఇది రాగి (68 ppm) కంటే కొంచెమే తక్కువ. సీసం (13 ppm), టిన్ (2.1 ppm) వంటి సాధారణ లోహాల కంటే సీరియం మరింత సమృద్ధిగా ఉంటుంది. అందువల్ల, అరుదైన-భూ లోహాలు అని పిలవబడే వాటిలో ఒకటిగా దాని స్థానం ఉన్నప్పటికీ, సీరియం వాస్తవానికి అరుదైనది కాదు. మట్టిలో సీరియం కంటెంట్ 2 150 ppm ల మధ్య మారుతూ ఉంటుంది (సగటు 50 ppm). సముద్రపు నీటిలో ప్రతి ట్రిలియన్‌కు 1.5 భాగాల సీరియం ఉంటుంది. సీరియం వివిధ ఖనిజాలలో సంభవిస్తుంది. అయితే అత్యంత ముఖ్యమైన వాణిజ్య వనరులు మోనాజైట్, బాస్ట్నాసైట్ సమూహాల ఖనిజాలు. వీటిలో ఉండే లాంథనైడ్లలో సగం సీరియమే ఉంటుంది. మోనాజైట్-(Ce) అనేది మోనాజైట్‌ల అత్యంత సాధారణ ప్రతినిధి, "-Ce" అనేది నిర్దిష్ట REE (అరుదైన భూ మూలకం) మూలక ఆధిపత్యాన్ని తెలియజేసే ప్రత్యయం. అలాగే సీరియం-డామినెంట్ బాస్ట్నసైట్-(Ce) బాస్ట్నసైట్లలో చాలా ముఖ్యమైనది. సీరియం దాని ఖనిజాల నుండి తీయడానికి సులభమైన లాంథనైడ్, ఎందుకంటే ఇది సజల ద్రావణంలో స్థిరమైన +4 ఆక్సీకరణ స్థితిని చేరుకోగలదు. +4 ఆక్సీకరణ స్థితిలో సీరియం యొక్క ద్రావణీయత తగ్గినందున, సీరియం కొన్నిసార్లు రాళ్లలో క్షీణించి, జిర్కాన్‌లో చేరుతుంది - ఎందుకంటే Ce ⁴⁺, Zr⁴⁺ లకు ఒకే విధమైన ఛార్జి, సారూప్య అయానిక్ వ్యాసార్థాలు ఉంటాయి. తీవ్రమైన సందర్భాల్లో, సెరియనైట్ (Ce,Th)O
₂ వంటి ఇతర అరుదైన-భూ మూలకాల నుండి వేరు చేయబడిన సీరియం(IV) దాని స్వంత ఖనిజాలను ఏర్పరుస్తుంది.(Ce,Th)O
₂</br> (Ce,Th)O
₂ (సెరియానైట్-(Ce) ).

ఉపయోగాలు

సీరియంకు రెండు ప్రధాన ఉపయోగాలున్నాయి. ఈ రెండూ CeO₂ ని ఉపయోగిస్తాయి. పారిశ్రామికంగా సెరియాను పాలిషింగ్ కోసం, ముఖ్యంగా రసాయన-మెకానికల్ ప్లానరైజేషన్ (CMP) కోసం వాడతారు. ఇతర ప్రధాన ఉపయోగాల్లో CeO₂ గాజు రంగ్యును పోగొట్టేందుకు వాడతారు. ఇది ఆకుపచ్చ-లేతరంగు ఫెర్రస్ మలినాలను దాదాపు రంగులేని ఫెర్రిక్ ఆక్సైడ్‌లుగా మార్చడం ద్వారా ఆ పని చేస్తుంది.

సెన్సార్లు

మోటారు వాహనాల నుండి వెలువడే వాయువులలో CO, NO_x ఉద్గారాల ఆక్సీకరణలో ఉత్ప్రేరక కన్వర్టరుగా దిగువ సెస్క్వియాక్సైడ్ ను వాడతారు. సీరియాను దాని రేడియోధార్మిక కంజెనర్ థోరియాకు ప్రత్యామ్నాయంగా కూడా ఉపయోగిస్తారు. ఉదాహరణకు, టంగ్‌స్టన్ ఇనర్ట్ గ్యాస్ వెల్డింగులో ఉపయోగించే ఎలక్ట్రోడ్‌ల తయారీలో ఒక మిశ్రమ మూలకం వలె సీరియా ఆర్క్ స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది.