Óxido de cério (IV): estrutura, propriedades, usos

O óxido de cério (IV) ou óxido de cério é um inorgânico sólido branco ou amarelo pálido produzido pela oxidação de cério (Ce) de oxigénio para a sua valência 4+.A fórmula química do óxido de coric é CeO 2 e é o óxido de cério mais estável.

O cério (Ce) é um elemento da série dos lantanídeos, incluído no grupo de terras raras.A fonte natural desse óxido é o mineral Bastnasita. No concentrado comercial desse mineral, a CeO 2 pode ser encontrada em uma proporção aproximada de até 30% em peso.

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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 em ar ou oxigénio de hidróxido de cério (III), Ce (OH) 3 , ou qualquer sal de cério (III), como oxalato, carbonato ou nitrato.

CeO 2 estequiométrica pode ser obtida por reacção a uma temperatura elevada do óxido de cério (III) com oxigénio elementar.O oxigênio deve estar em excesso e tempo suficiente para concluir a conversão das várias fases não estequiométricas formadas.

Essas fases compreendem produtos multicoloridos da fórmula CeO x (onde x varia entre 1,5 e 2,0). Eles também são chamados CeO 2-x , onde x pode ter um valor de até 0,3.CeO 2 é a forma de Ce mais amplamente usada na indústria.Possui baixa classificação de toxicidade, principalmente por sua baixa solubilidade em água.

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Amostra de minério de Bastnasita. Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)] Fonte: Wikipedia Commons

Estrutura

O óxido estequiométrico de cério (IV) cristaliza na rede cúbica do tipo fluorita (CaF 2 ), com 8 íons O- 2 em uma estrutura cúbica coordenada com 4 íons Ce 4+ .

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Estrutura cristalina do óxido de cério (IV). Benjah-bmm27 [Domínio público] Fonte: Wikipedia Commons

Nomenclatura

– Óxido de cério (IV).

– óxido corico.

– Dióxido de cério.

Ceria.

– Óxido estequiométrico de cério: material formado inteiramente por CeO 2 .

– Óxido de cério não estequiométrico: material formado por óxidos misturados 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 costumam ser azuis.

Dureza de Mohs

6-6.1 aproximadamente.

Peso molecular

172,12 g / mol.

Ponto de fusão

2600 ° C 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

A CeO 2 é uma substância inerte, não é atacada por ácidos fortes ou álcalis.No entanto, ele pode ser dissolvido por ácido na presença de agentes redutores tais como peróxido de hidrogénio (H 2 O 2 ) ou de estanho (II), entre outros, a geração de soluções de cério (III).

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

Seu derivado hidratado ( CeO 2 .nH 2 O) é um precipitado amarelo e gelatinoso obtido por tratamento com soluções de cério (IV) com bases.

A CeO 2 é pouco absorvida pelo trato gastrointestinal, portanto não apresenta efeitos tóxicos.

Usos

– Na indústria metalúrgica

O CeO 2 é usado nos eletrodos de certas tecnologias de soldagem, como a soldagem a arco de tungstênio com gás inerte.

O óxido é finamente disperso por 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

O óxido de cério é o agente de polimento mais eficiente para a maioria das composições de vidro comerciais.A CeO 2 substituiu quase completamente outros óxidos de polimento, como Fe 2 O 3 , sílica e ZrO 2 , devido à sua maior velocidade de polimento e limpeza, que aumentam à medida que o grau de pureza do óxido aumenta .

Os polidores de vidro comerciais baseados em pós de óxido de cério definiram tamanhos de partículas e dispersibilidade controlada em sistemas aquosos.

O processo de polimento de 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 Mohs de aproximadamente 6,5, próxima à dureza da maioria dos óculos.

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

A CeO 2 com alto grau de pureza é usada para tratar espelhos, aparelhos de televisão, lentes oftálmicas e material óptico de precisão.

Descoloração de vidro

O CeO 2 pode descolorir copos de refrigerante para garrafas, jarros e similares. O Ce (IV) oxida as impurezas do Fe (II), que fornecem uma cor verde azulado, ao Fe (III), que confere 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 causada pelo bombardeio de elétrons de alta energia nos vidros da TV. O mesmo se aplica ao vidro usado nas janelas das células quentes da indústria nuclear, pois suprime a descoloração induzida pelos raios gama.

Acredita-se que o mecanismo de supressão dependa da presença de íons Ce 4+ e Ce 3+ na rede de vidro.

Óculos fotossensíveis

Algumas formulações de vidro podem desenvolver imagens latentes que podem 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 de vidro.

Através do tratamento subsequente, 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, a CeO 2 é um agente de opacidade em composições de esmalte usadas como revestimentos de proteção em metais.

Sua alta estabilidade térmica e sua forma cristalográfica única em toda a gama de temperaturas atingidas durante o processo de esmaltagem, o tornam adequado para uso em esmaltes de porcelana.

Nesta aplicação, o CeO 2 fornece a cobertura branca desejada durante a queima do esmalte. É o ingrediente que fornece opacidade.

– Em cerâmica de zircônio

A cerâmica de zircônio é um isolante térmico e é usada em aplicações de alta temperatura. Requer um aditivo para possuir alta resistência e tenacidade. A adição de CeO 2 ao óxido de zircônio produz um material com excepcional resistência e boa resistência.

O óxido de zircônio dopado com CeO 2 é usado em revestimentos para atuar como uma 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.

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Motor a jato. Jeff Dahl, tradução em espanhol por Xavigivax [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)] Fonte: Wikipedia Commons

– Em catalisadores para controle de emissões de veículos

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 de veículos a motor 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 óxidos de nitrogênio, NO x , em N 2 e O 2 .

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Conversor catalítico de gases de escape do motor de combustão interna de um veículo a motor. Ahanix1989 na Wikipédia em inglês [Domínio público] Fonte: 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 serve várias funções. Os mais importantes são:

Atua como um estabilizador de alumina de alta área superficial

Alumina com alta área superficial tende a sinterizar, perdendo sua alta área superficial durante a operação em altas temperaturas. Isso é adiado pela presença de CeO 2 .

Ele se comporta como uma loja de liberação de oxigênio

Devido à sua capacidade de formar óxidos não estequiométricos de CeO 2-x , o óxido de cério (IV) fornece oxigênio elementar de sua própria estrutura durante o período de ciclo pobre em oxigênio / rico em combustível.

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

Em seguida, no período do ciclo rico em oxigênio, ele retoma o oxigênio e oxida novamente, recuperando sua forma estequiométrica de CeO 2 .

Outros

Funciona como um aprimorador da capacidade catalítica do ródio na redução dos óxidos de nitrogênio NO x para nitrogênio e oxigênio.

– Em catálise de reações químicas

Nos processos de craqueamento catalítico das refinarias, o CeO 2 atua como um oxidante catalítico que ajuda na conversão de SO 2 em SO 3 e promove a formação de sulfato 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 de etilbenzeno. Isto é possivelmente devido à interação positiva entre os parceiros de redução de óxido de Fe (II) – Fe (III) e Ce (III) – Ce (IV).

– Em aplicações biológicas e biomédicas

Verificou-se que as nanopartículas de CeO 2 funcionam eliminando os radicais livres, como superóxido, peróxido de hidrogênio, hidroxila e radical óxido nítrico.

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

Além disso, certas nanofibras contendo nanopartículas de CeO 2 provaram ser tóxicas contra cepas bacterianas, sendo promissoras candidatas a aplicações bactericidas.

– Outros usos

CeO 2 é um material isolante elétrico devido à sua excelente estabilidade química, alta permissividade relativa (possui alta tendência a polarizar antes da aplicação de um campo elétrico) e rede cristalina semelhante ao silício.

Ele encontrou aplicação em condensadores e camadas de amortecimento de materiais supercondutores.

Também é usado em sensores de gás, materiais de eletrodos de células de combustível de óxido sólido, bombas de oxigênio e monitores de oxigênio.

Referências

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