TÍNH CHẤT HÓA HỌC, ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG CỦA XERI (Ce)

1. Lịch sử về nguyên tố Xeri

 -  Xeri được Jöns Jakob Berzelius và Wilhelm Hisinger phát hiện tại Bastnäs, Thụy Điển và độc lập với họ là Martin Heinrich Klaproth tại Đức, đều vào năm 1803. Xeri được Berzelius đặt tên theo hành tinh lùn Ceres, phát hiện hai năm trước đó (1801). Như ban đầu được cô lập, xeri thực ra ở dạng ôxít của nó, và được gọi là Xeria, một thuật ngữ hiện nay vẫn còn dùng. Bản thân kim loại này là quá dương điện để có thể cô lập bằng công nghệ nung chảy khi đó, một đặc trưng của các kim loại đất hiếm nói chung.

2. Tính chất vật lí

 -  Xeri là kim loại màu trắng bạc, thuộc về nhóm Lantan. Nó tương tự như sắt là Kim loại trắng bạc (dạng bột màu đen) nặng, dẻo, thuận từ.

 -  Xe có khối lượng riêng là 6,668 g/cm³, có nhiệt độ nóng chảy là 804⁰C và sôi ở 3450⁰C.

3. Tính chất hóa học

 -  Ce là kim loại có tính khử mạnh, có trạng thái oxi hóa phổ biến +3, +4.

a. Tác dụng với phi kim

 -  Tác dụng với oxi.

Ce + O₂ → CeO₂

 * Lưu ý: Điều kiện thường, Ce Bị phủ màng oxit trong không khí ẩm.

 -  Tác dụng với các phi kim khác: Ce tác dụng được với các phi kim như halogen lưu huỳnh, hidro,... 

         2Ce + 3Cl₂ → 2CeCl₃

2Ce + 3S → Ce₂S₃

b. Tác dụng với axit

 -  Tác dụng axit HCl và H₂SO₄ loãng.

       2Ce + 6HCl → 2CeCl₃ + 3H₂ .

 -  Tác dụng với H₂SO₄ đặc, nóng và HNO₃. Ce khử được S⁺⁶ và N⁺⁵ xuống những mức oxi hoá thấp hơn.

         Ce + 4HNO₃ (loãng) → Ce(NO₃)₃ + NO  + 2H₂O.

c. Tác dụng với nước nóng

          2Ce + 6H₂O → 2Ce(OH)₃  + 3H₂ .

4. Trạng thái tự nhiên

 -  Xeri là nguyên tố phổ biến nhất trong số các nguyên tố đất hiếm, chiếm khoảng 0,0046% trọng lượng lớp vỏ Trái Đất. Nó được tìm thấy trong một số khoáng vật như allanit (còn gọi là orthit)—(Ca, Ce, La, Y)₂(Al, Fe)₃(SiO₄)₃(OH), monazit (Ce, La, Th, Nd, Y)PO₄, bastnasit (Ce, La, Y)CO₃F, hydroxylbastnasit (Ce, La, Nd)CO₃(OH, F), rhabdophan (Ce, La, Nd)PO₄-H₂O, zircon (ZrSiO₄), và synchysit Ca(Ce, La, Nd, Y)(CO₃)₂F. Monazit và bastnasit hiện nay là hai nguồn cung cấp xeri quan trọng nhất.

5. Điều chế

 -  Xeri thông thường được điều chế thông qua công nghệ trao đổi ion sử dụng cát monazit như là nguồn xeri của nó.

6. Ứng dụng

 -  Ứng dụng của xeri bao gồm:

  + Trong luyện kim:

• Xeri được dùng để sản xuất các hợp kim nhôm.
• Bổ sung xeri vào gang sẽ ngăn ngừa quá trình graphit hóa và sinh ra gang mềm.
• Trong thép, xeri khử khí và hỗ trợ làm giảm các sulfua và ôxít.
• Xeri cũng được dùng trong thép không gỉ như là tác nhân làm cứng phân tán.
• Xeri được dùng trong các hợp kim để chế tạo nam châm vĩnh cửu.
• Xeri được dùng làm thành phần tạo hợp kim trong các điện cực vonfram cho hàn hồ quang vonfram khí.
• Xeri là thành phần chính của ferrocerium, còn gọi là "đá lửa". Mặc dù các hợp kim hiện nay của kiểu này nói chung sử dụng Mischmetal chứ không phải xeri tinh khiết, nhưng nó vẫn là thành phần hợp thành phổ biến nhất.
• Xeri được sử dụng trong chiếu sáng hồ quang cacbon, đặc biệt trong công nghiệp điện ảnh.

  + Oxalat xeri là thuốc chống gây nôn.

  + Ôxít xeri (IV)

• Ôxít được dùng trong các măng sông nóng sáng, chẳng hạn trong măng sông Welsbach, trong đó nó kết hợp với các ôxít của thori, lantan, magiê hay yttri.
• Làm chất xúc tác cho hydrocacbon trong các lò tự làm sạch trong tường thành lò.
• Ôxít xeri (IV) đã thay thế phần lớn cho phấn kim hoàn trong công nghiệp thủy tinh/kính như là chất đánh bóng.
• Ôxít xeri (IV) dùng làm chất xúc tác trong cracking dầu mỏ.
• Các phụ gia xeri (IV) vào nhiên liệu diesel làm cho chúng cháy hoàn toàn hơn, giảm gây ô nhiễm môi trường.
• Trong thủy tinh, ôxít xeri (IV) cho phép hấp thụ có tính chọn lựa các tia cực tím.

  + Sulfat xeri (IV) được sử dụng rộng rãi trong phân tích định lượng như là một tác nhân ôxi hóa.

  + Nitrat amoni xeric là một chất ôxi hóa một electron hữu ích trong hóa hữu cơ, được dùng để khắc axít có tính ôxi hóa cho các bộ phận cấu thành trong công nghiệp điện tử cũng như là tiêu chuẩn cơ bản trong phân tích định lượng.

  +  Các hợp chất xeri được sử dụng trong thủy tinh như là một thành phần hay như là chất khử màu.

  +  Xeri kết hợp với titan tạo ra màu vàng kim đẹp cho thủy tinh.

  +  Các hợp chất xeri được dùng để tạo màu cho men gốm sứ.

  +  Các hợp chất xeri (III) và xeri (IV) như clorua xeri (III) được sử dụng làm chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ.

Trung tâm luyện thi, gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng