Il cerio è l'elemento chimico di numero atomico 58. Il suo simbolo è Ce.

Si tratta di un metallo, duttile, di colore bianco-argenteo. Si ossida rapidamente quando esposto all'aria ed è abbastanza morbido da essere tagliato con un coltello. Il cerio è il secondo elemento della serie dei lantanidi e, mentre spesso mostra lo stato +3 caratteristico della serie, eccezionalmente si presenta anche con uno stato +4 che non si ossidano in acqua. È anche tradizionalmente considerato uno degli elementi delle terre rare. Non ha alcun ruolo biologico, ma non è eccessivamente tossico.

Nonostante si trovi sempre in combinazione con gli altri elementi delle terre rare, in minerali come la monazite e la bastnäsite, il cerio è facile da estrarre, grazie alla sua capacità unica tra i lantanidi di essere ossidato allo stato +4. È il più comune dei lantanidi, seguito dal neodimio, dal lantanio e dal praseodimio. È il 26º elemento più abbondante, costituendo 66 ppm (parti per milione) della crosta terrestre, la metà del totale del cloro e il quintuplo del piombo.

Il cerio è stato il primo dei lantanidi ad essere scoperto nel 1803, grazie al lavoro degli svedesi Jöns Jacob Berzelius e Wilhelm Hisinger e indipendentemente da Martin Heinrich Klaproth in Germania, nel 1839 è stato isolato da Carl Gustav Mosander. Oggi, il cerio e suoi composti hanno una varietà di impieghi: ad esempio, l'ossido di cerio viene utilizzato per lucidare il vetro ed è una parte importante dei convertitori catalitici. Si trova anche negli accendini per le sue proprietà piroforiche.

Caratteristiche

Il cerio è un elemento metallico, argenteo, appartenente al gruppo dei lantanoidi.
Utilizzato in alcune leghe a base di terre rare, per colore e lucentezza somiglia al ferro ma è più tenero, duttile e malleabile. All'aria si ossida rapidamente.

Fra gli elementi delle terre rare, solo l'europio è più reattivo del cerio. È attaccato rapidamente da soluzioni alcaline e da acidi, sia diluiti sia concentrati. Il metallo puro può facilmente prender fuoco se graffiato con una lama.

A causa della relativa vicinanza dell'orbitale 4f con gli orbitali più esterni, il cerio presenta interessanti caratteristiche chimiche variabili. Ad esempio la compressione o il raffreddamento di questo metallo ne cambiano lo stato di ossidazione, che passa approssimativamente da 3 a 4.
Nello stato di ossidazione +3, è denominato ceroso mentre nello stato di ossidazione +4 è detto cerico.

I sali cerici (del cerio(IV)) sono giallastri o rosso-arancioni mentre i sali cerosi (del cerio(III)) sono normalmente bianchi.

Applicazioni

Utilizzi del cerio:

In metallurgia

• il cerio è utilizzato nella produzione delle leghe di alluminio e di alcuni acciai.
• L'aggiunta di cerio alle fusioni in ghisa evita la grafitizzazione e consente la produzione di ghisa malleabile.
• Negli acciai, può aiutare a ridurre solfuri ed ossidi, inoltre consente la degasazione.
• Viene utilizzato nella produzione degli acciai inossidabili come agente indurente per precipitazione.
• Nelle leghe di magnesio, una percentuale di cerio fra il 3 ed il 4%, insieme allo 0,2-0,6% di zirconio, aiuta a ridurre la granularità e consente la realizzazione di fusioni di forme complesse, aumentando inoltre la resistenza al calore.
• Viene utilizzato in leghe per magneti permanenti.
• È un componente del Mischmetal, abbondantemente utilizzato nella produzione di leghe ad alta piroforicità per accendisigari.

Inoltre:

• Il cerio è anche utilizzato nelle lampade ad arco voltaico, particolarmente nell'industria del cinema.
• Il solfato cerico è ampiamente utilizzato come agente ossidante volumetrico nell'analisi quantitativa.
• Composti di cerio sono utilizzati nella produzione del vetro, sia come componenti sia come decoloranti.
• Composti di cerio sono anche utilizzati per produrre smalti colorati.
• Composti del cerio(III) e cerio(IV) hanno un utilizzo come catalizzatori nella sintesi di composti organici.

Ossido di cerio

Vedi Ossido di cerio(III) e Ossido di cerio(IV)

Storia

Il cerio fu scoperto nel 1803 in Svezia da Jöns Jacob Berzelius e Wilhelm Hisinger ed in Germania, indipendentemente, da Martin Heinrich Klaproth.^[1]
Il nome cerio venne dato da Berzelius dal nome del pianeta nano Cerere, scoperto due anni prima (1801).

Disponibilità

Fra gli elementi delle terre rare, il cerio è l'elemento più abbondante nella crosta terrestre, nella percentuale approssimativa dello 0,0046% (ovvero 49 ppm).

È contenuto in un certo numero di minerali, i più importanti dei quali sono l'allanite (Ca, Ce, La, Y)₂(Al, Fe)₃(SiO₄)₃(OH), la monazite (Ce, La, Th, Nd, Y)PO₄, la bastnasite (Ce, La, Y)CO₃F, l'hydroxylbastnasite (Ce, La, Nd)CO₃(OH, F), il rhabdophane (Ce, La, Nd)PO₄-H₂O e la synchysite Ca(Ce, La, Nd, Y)(CO₃)₂F.

Fra tutti questi, i più importanti industrialmente sono la monazite (prevalentemente sotto forma di giacimenti di sabbie monazitiche) e la bastnasite. Nella maggior parte dei casi, la preparazione del cerio avviene per mezzo di processi di separazione a scambio ionico. Si prevede che i depositi di monazite, allanite e bastnasite saranno in grado di fornire cerio, torio ed altri elementi delle terre rare ancora per molti anni.

Composti

Il cerio è caratterizzato da due comuni stati di ossidazione +3 e +4.
Il composto più comune è l'ossido di cerio(IV) (CeO₂), utilizzato come agente lucidante oltre che come catalizzatore, incorporato nelle pareti dei forni autopulenti. Il solfato di cerio(IV) ed ammonio (NH₄)₂Ce(SO₄)₃ ed il nitrato di cerio(IV) ed ammonio (ceric ammonium nitrate o CAN, (NH₄)₂Ce(NO₃)₆) sono due comuni reagenti ossidanti utilizzati nelle titolazioni.

Il cloruro di cerio(III), CeCl₃, viene impiegato per facilitare le reazioni sui gruppi carbonili in chimica organica. Altri composti importanti sono il carbonato di cerio(III) (Ce₂(CO₃)₃), il fluoruro di cerio(III) (CeF₃) e il solfato di cerio(IV) (solfato cerico, Ce(SO₄)₂).

Isotopi

In natura il cerio è composto di tre isotopi stabili e uno radioattivo; ¹³⁶Ce, ¹³⁸Ce, ¹⁴⁰Ce e ¹⁴²Ce, di cui il ¹⁴⁰Ce è il più abbondante (abbondanza naturale 88,48%): l'emivita dell'isotopo radioattivo naturale ¹⁴²Ce è di 5 × 10¹⁶  anni. Sono stati creati in laboratorio altri 26 radioisotopi: i più stabili fra essi sono ¹⁴⁴Ce con emivita di 284,893 giorni, ¹³⁹Ce con 137,640 giorni e ¹⁴¹Ce con 32,501 giorni. Tutti gli altri radioisotopi hanno emivite di meno di 4 giorni e la gran parte di essi non arriva a 10 minuti. Questo elemento ha anche due stati meta.

Gli isotopi del cerio hanno peso atomico che va da 123 (¹²³Ce) a 152 (¹⁵²Ce).

Precauzioni

Il cerio, come tutte le terre rare, è moderatamente tossico. È un forte riducente e si incendia spontaneamente all'aria se riscaldato fino a 65-80 °C. Il cerio può reagire con lo zinco in modo esplosivo e la sua reazione con il bismuto e l'antimonio è molto esotermica. I fumi esalanti da incendi di cerio sono tossici. Non si deve usare acqua per spegnere incendi di cerio, perché dalla reazione chimica fra cerio e acqua si sprigiona idrogeno, che è altamente infiammabile. Lavoratori esposti al cerio hanno accusato prurito, sensibilità al calore e lesioni cutanee; animali cui sono state iniettate forti dosi di cerio sono morti per collasso cardiovascolare.

L'ossido di cerio (IV) è un potente ossidante ad alte temperature e reagisce con materiale organico combustibile. Anche se il cerio in sé non è radioattivo, il cerio commercialmente disponibile può contenere tracce di torio, che invece lo è. Il cerio non svolge alcun ruolo biologico noto negli organismi viventi.

Citazioni letterarie

• Al cerio è dedicato uno dei racconti de "Il sistema periodico" di Primo Levi.

Note

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998. (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2010).

Voci correlate

• Lantanoidi
• Fluoruro ceroso
• Solfato cerico ammonico
• Ossido di cerio
• Cerimetria