- Estrutura
- Nomenclatura
- Propriedades
- Estado físico
- Dureza de Mohs
- Peso molecular
- Ponto de fusão
- Densidade
- Solubilidade
- Índice de refração
- Outras propriedades
- Formulários
- - Na indústria metalúrgica
- - Na indústria do vidro
- Polimento de vidro
- Vidro resistente à radiação
- Óculos fotossensíveis
- - Em esmaltes
- - Em cerâmica de zircônio
- - Em catalisadores para o controle de emissões veiculares
- Atua como um estabilizador para alumina de alta área superficial
- Ele se comporta como um liberador de buffer de oxigênio
- Outras
- - Na catálise de reações químicas
- - Em aplicações biológicas e biomédicas
- - Outros usos
- Referências
O óxido de cério (IV) óxido ou cérico é um sólido inorgânico branco ou amarelo pálido produzido pela oxidação do cério (Ce) por oxigênio até sua valência 4+. A fórmula química do óxido cérico é CeO 2 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 desse mineral, o CeO 2 pode ser encontrado em proporção aproximada de até 30% em peso.
Uma amostra de óxido de cério (IV). Foto tirada em agosto de 2005 pelo usuário: Walkerma. {{PD-self}} Fonte: Wikipedia Commons
CeO 2 pode ser facilmente obtido por aquecimento de hidróxido de cério (III), Ce (OH) 3, ou qualquer sal de cério (III), como oxalato, carbonato ou nitrato, no ar ou oxigênio.
O CeO 2 estequiométrico pode ser obtido pela reação em temperatura elevada do óxido de cério (III) com o oxigênio elementar. O oxigênio deve estar em excesso e tempo suficiente deve ser concedido para completar a conversão das várias fases não estequiométricas que estão sendo formadas.
Essas fases compreendem produtos multicoloridos da 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. CeO 2 é a forma de Ce mais amplamente utilizada na indústria. Possui uma classificação de baixa toxicidade, principalmente devido à sua baixa solubilidade em água.
Amostra de mineral de bastnasita. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Fonte: Wikipedia Commons
Estrutura
O óxido de cério estequiométrico (IV) cristaliza na rede cúbica semelhante à fluorita (CaF 2), com 8 íons O 2- em uma estrutura cúbica coordenada com 4 íons Ce 4+.
Estrutura cristalina do óxido de cério (IV). Benjah-bmm27 Fonte: Wikipedia Commons
Nomenclatura
- Óxido de cério (IV).
- Óxido cérico.
- Dióxido de cério.
- Ceria.
- Óxido de cério estequiométrico: material formado inteiramente por CeO 2.
- Óxido de cério não estequiométrico: material formado por óxidos mistos de CeO 2 a 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 / cm 3
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
CeO 2 é uma substância inerte, não é atacada por ácidos fortes ou álcalis. Porém, pode ser dissolvido por ácidos na presença de agentes redutores, como peróxido de hidrogênio (H 2 O 2) 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 (CeO 2.nH 2 O) é um precipitado amarelo e gelatinoso obtido pelo tratamento de soluções de cério (IV) com bases.
O CeO 2 é mal absorvido pelo trato gastrointestinal, por isso não tem efeitos tóxicos.
Formulários
- Na indústria metalúrgica
CeO 2 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 de CeO 2 oferecem maior confiabilidade do que o tungstênio sozinho.
- Na indústria do vidro
Polimento de vidro
CeO 2 pode descolorir copos de cal sodada para garrafas, jarras e similares. Ce (IV) oxida as impurezas de Fe (II), que fornecem uma cor verde-azulada, a Fe (III), que dá uma cor amarela 10 vezes mais fraca.
Vidro resistente à radiação
A adição de 1% de CeO 2 ao vidro suprime a descoloração ou escurecimento do vidro causado pelo bombardeio de elétrons de alta energia em vidros de TV. O mesmo é verdadeiro 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 Ce 4+ e Ce 3+ na estrutura do 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 CeO 2 que absorve a radiação UV e libera elétrons na matriz do vidro.
Após o tratamento, o crescimento de cristais de outros compostos no vidro é gerado, criando padrões detalhados para usos eletrônicos ou decorativos.
- Em esmaltes
Devido ao seu alto índice de refração, o CeO 2 é um agente opacificante em composições de esmalte usado como revestimento protetor de metais.
A sua elevada estabilidade térmica e a sua forma cristalográfica única em toda a gama de temperaturas atingidas durante o processo de envidraçamento, tornam-no adequado para utilização em esmaltes de porcelana.
Nesta aplicação, o CeO 2 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. Adicionar CeO 2 à zircônia produz um material com excepcional tenacidade e boa resistência.
O óxido de zircônio dopado com CeO 2 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.
Motor a jato. Jeff Dahl, tradução para o espanhol por Xavigivax Fonte: Wikipedia Commons
- Em catalisadores para o controle de emissões veiculares
CeO 2 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. Possui um catalisador que deve oxidar hidrocarbonetos não queimados, converter CO em CO 2 e reduzir os óxidos de nitrogênio, NO x, em N 2 e O 2.
Conversor catalítico para gases de escape do motor de combustão interna de um veículo motorizado. Ahanix1989 em Inglês Fonte da Wikipedia: Wikipedia Commons
Além da platina e de outros metais catalíticos, o principal componente ativo desses sistemas multifuncionais é o CeO 2.
Cada conversor catalítico contém 50-100 g de CeO 2 finamente dividido, que tem várias funções. Os mais importantes são:
Atua como um estabilizador para alumina de alta área superficial
A alumina de alta área superficial tende a sinterizar, perdendo sua alta área superficial durante a operação em alta temperatura. Isso é atrasado pela presença de CeO 2.
Ele se comporta como um liberador de buffer de oxigênio
Por 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 dos hidrocarbonetos não queimados vindos do motor e a conversão do CO em CO 2 podem continuar, mesmo quando o oxigênio gasoso é insuficiente.
Então, no período do ciclo rico em oxigênio, ele retira oxigênio e se reoxida, recuperando sua forma estequiométrica CeO 2.
Outras
Atua como um melhorador da capacidade catalítica do ródio na redução dos óxidos de nitrogênio NO x em nitrogênio e oxigênio.
- Na catálise de reações químicas
Nos processos de craqueamento catalítico de refinarias, o CeO 2 atua como um oxidante catalítico que auxilia na conversão de SO 2 em SO 3 e promove a formação de sulfatos em armadilhas específicas do processo.
CeO 2 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
Descobriu-se que as nanopartículas de CeO 2 atuam eliminando os radicais livres, como o superóxido, o peróxido de hidrogênio, a hidroxila e o radical de 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 angiogênese ou formação de vasos sanguíneos.
Além disso, certas nanofibras contendo nanopartículas de CeO 2 têm se mostrado tóxicas contra cepas bacterianas, sendo candidatas promissoras para aplicações bactericidas.
- Outros usos
O CeO 2 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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- Kirk-Othmer (1994). Enciclopédia de Tecnologia Química. Volume 5. Quarta edição. John Wiley & Sons.
- Enciclopédia de Química Industrial de Ullmann. (1990). Quinta edição. Volume A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
- Casals, Eudald et al. (2012). Análise e Risco de Nanomateriais em Amostras Ambientais e Alimentares. Em Comprehensive Analytical Chemistry. Recuperado de sciencedirect.com.
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- Gottardi V., et al. (1979). Polir a superfície de um vidro investigado com uma técnica nuclear. Boletim da Sociedade Espanhola de Cerâmica e Vidro, Vol. 18, No. 3. Recuperado de boletines.secv.es.