Cerium behoort tot de zeldzame aardmetalen maar komt op aarde bijna net zoveel voor als koper. Het is een ijzer grijs glanzend metaal dat zich makkelijk laat vervormen. Het oxideert gemakkelijk, vooral in vochtige lucht. Cerium is één van de meer reactieve zeldzame aarden; bij bewerking met een mes kan het zomaar ontbranden. Het wordt langzaam aangetast door koud water en snel door heet water, net zoals door basische en zure oplossingen. Je vindt cerium in aanstekers, zelfreinigende ovens en uitlaatgaskatalysatoren.

Symbool

Ce

Protonen/elektronen

58

Groep

-

Isotopen

140Ce, 142Ce

Periode

6

Elektronenconfiguratie

[Xe] 6s2 4f2

Blok

f

Elektronencofiguratie Bohr

2,8,18,19,9,2

Bij kamertemperatuur

vast

Elektronegativiteit

1,1 (Pauling)

Dichtheid

6770 kg m-3

Atoomstraal

183 10-12m

Smeltpunt

799 oC (1072 K)

Relatieve atoommassa

140.116

Kookpunt

3453 oC (3716 K)

Soortelijke warmte

190 J kg-1K-1

Warmtegeleidingscoëfficiënt

11,4 W m-1K-1

Selecteer

Toepassingen
Naam & ontdekking
Voorkomen
Bereiding
Beeld en audio
Toepassingen

Toepassingen

Naam & ontdekking

Voorkomen

Bereiding

Beeld en audio

Toepassingen

Vuursteentjes

De vuur’steentjes’ in wegwerpaanstekers en klassieke benzineaanstekers (Zippo’s) zijn gemaakt van mischmetaal. Dat is een legering van zeldzame aardmetalen met pyrofore eigenschappen. Bij het draaien van het aanstekerwieltje komen zeer kleine deeltjes van het mischmetaal los, die spontaan verbranden. Daardoor ontbrandt het gas of de benzinedamp uit het aanstekerreservoir.

Doorgaans is cerium het hoofdbestanddeel van het mischmetaal. De samenstelling hangt af van de mineralen die bij de productie voorhanden zijn. Bij benadering bevat mischmetaal 45-60% cerium, 15-30% lanthaan, 10-20% neodymium, 4-6% praseodymium, 1-2% samarium en 0,5-1% yttrium.

Roetfilter

Ceriumverbindingen maken het mogelijk bepaalde types keramische roetfilters in dieselauto’s tijdens het gebruik te reinigen. Daardoor gaan deze probleemloos 120.000 km mee. Ceriumoxide verlaagt de temperatuur waarbij de roetdeeltjes in het filter verbranden.

Om dit te bereiken voegt een elektronisch regelsysteem vanuit een apart tankje in de auto organische ceriumverbindingen aan de brandstof toe. Bij de verbranding in de automotor ontstaat dan ceriumoxide, dat met de roetdeeltjes op het keramisch roetfilter terecht komt. De katalytische werking van het ceriumoxide verlaagt de temperatuur waarbij de roetdeeltjes verbranden, zodat dit bij de normale bedrijfstemperatuur van het filter (rond 400 °C) kan plaatsvinden. Het zelfreinigende filter moet overigens vanwege de ophoping van het ceriumoxide na verloop van tijd toch vervangen worden.

Uitlaatgaskatalysator

Katalysatoren voor uitlaatgassen bevatten zeer fijn verdeeld ceriumoxide, aangebracht op zeoliet. Het dient voor de omzetting van CO in CO2 en van NOx in N2.

Polijstpoeder voor glas

Ceriumoxide is zeer hard en is daarom in poedervorm een heel geschikt polijstmateriaal. Glas is ook te polijsten met ijzeroxide, zirkoniumoxide en silica, maar ceriumoxide werkt schoner en tot vijftig maal sneller. Het wordt gebruikt bij het polijsten van lenzen en spiegels en bij het verwijderen van krassen uit autoruiten. Ook allerlei andere materialen zijn met ceriumoxide te polijsten, zoals edelstenen en silicium (voor gebruik in zonnecellen).

Zelfreinigende ovens

In de wand van zelfreinigende ovens is vaak een kleine hoeveelheid ceriumoxide te vinden, dat door zijn katalytische werking het aankoeken van kookresten helpt voorkomen.

Meer toepassingen

Als element en in legeringen

  • gasvanger (getter) in vacuümbuizen (Ce, Mischmetaal, CeSi)
  • pyrotechniek (Mischmetaal/Fe/Mg)
  • reductor in de metallurgie (Cercal®, een legering van Ce,Ca,Si); 0,2 % cerium, toegevoegd aan gietijzer, verhoogt de trekweerstand en de hardheid.
  • Doteringselement in witte led.

In verbindingen

Brandstofcel, anodeCeO2
fosforescerende stof in TL-buizen(Tb,Ce,Gd,Mg)BO3
kousjes voor gaslampen (camping)CeO2
labelstof of tracer144Ce-verbindingen
pigmentCeO2 (wit)

Naam

Cerium is op voorstel van de Zweedse chemici Jöns Jacob Berzelius en Wilhelm Hisinger, vernoemd naar de twee jaar eerder ontdekte planetoïde Ceres (1801). Deze zeer heldere planetoïde is weer vernoemd naar de Romeinse godin van de landbouw.

Ontdekking

De Duitse chemicus Martin Heinrich Klaproth ontdekte cerium in 1803 met behulp van spectraalanalyse van ceria, een oxidenmengsel afkomstig van het mineraal ceriet. Ook Berzelius en Von Hisinger toonden, onafhankelijk van Klaproth, de aanwezigheid van het nieuwe element aan.

In 1825 was de Zweed Carl Gustaf Mosander de eerste die er in slaagde cerium in redelijk zuivere toestand in handen te krijgen, via reductie van ceriumfluoride (CeF4) met natrium.

Toelichting: Zeldzame aardmetalen

Cerium behoort tot de zeldzame aardmetalen. De groep omvat de elementen scandium (21) en yttrium (39) en de elementen 57 tot en met 71. Die laatste reeks is ook bekend als de lanthaniden (naar het eerste element uit de reeks: lanthaan).

Zeldzaam wil niet zeggen dat de betreffende elementen weinig op aarde voorkomen. Het gaat hier om een groep elementen die allemaal ontdekt zijn via de isolatie van hun oxide. De term ‘zeldzaam’ vindt zijn oorsprong in het feit dat deze oxiden (aarden) bijzonder moeilijk te herkennen en scheiden zijn. Het duurde meer dan een eeuw voordat ze allemaal ontdekt waren. In dezelfde periode werd bijna honderd keer de ontdekking van andere nieuwe elementen geclaimd.

Na verloop van tijd kwam de term ‘zeldzaam’ ook in zwang als aanduiding van de elementen zelf. Ze werden vaak pas vele jaren na hun ontdekking in zuivere vorm geïsoleerd.

De nieuwe oxiden vinden hun oorsprong voor het grootste deel in twee mineralen: gadoliniet en ceriet. Daaruit werden respectievelijk de oxidenmengsels yttria en ceria ontsloten.

Het relatief ‘zware’ mineraal gadoliniet was in 1787 door de Zweedse chemicus Carl Axel Arrhenius ontdekt in een wingebied voor veldspaat bij Ytterby (in de buurt van Stockholm). Het heette eerst ytteriet, vandaar dat het verwerkingsproduct in 1794 yttria werd genoemd. Men beschouwde Yttria aanvankelijk als het oxide van één enkel element; het latere yttrium (Y). Uiteindelijk bleek het een mengsel van zowel yttriumoxide als de oxiden van de zwaardere lanthaniden: gadolinium, terbium, erbium, dysprosium, holmium, thulium, ytterbium en lutetium.

Ceria werd in 1803 voor het eerst bereid uit ceriet, dat in 1751 was gevonden door de Zweedse chemicus/mineraloog Axel Fredrik Cronstedt. Het leverde de oxiden op van lanthaan en de lichtere lanthaniden: cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium.

Tot het einde van de 19e eeuw waren er geen toepassingen voor (verbindingen van) de zeldzame aarden. De Oostenrijkse wetenschapper Carl Auer Freiherr von Welsbach bracht daar verandering in. Hij gebruikte thorium en cesium ter verhoging van de lichtopbrengst van een gasvlam. De gaspitten werden daartoe in een mengsel van thorium- en ceriumnitraat gedompeld. Bij de verbranding ontstaan dan de oxiden. Ceriumoxide katalyseert de verbranding en door de zeer slechte geleidbaarheid van het thoriumoxide werden de deeltjes zeer heet en geven ze een helder licht.

Met de vinding van Von Welsbach kwam zowel het grootschaliger speuren naar de zeldzame aarden als het zoeken naar toepassingen in een stroomversnelling. Inmiddels zijn meer dan 100 mineralen bekend met zeldzame aardmetalen. Deze metalen kennen specialistische toepassingen in allerlei hoogtechnologische (elektronische) apparatuur. China is verreweg de belangrijkste producent van deze elementen.

Voorkomen

Cerium komt op aarde ongeveer net zoveel voor als koper. Met een aandeel van 0,00665% staat het op plaats 25e op de ranglijst van meest voorkomende elementen. Koper staat op plaats 26.

Cerium is te vinden in de mineralen:

allaniet-(Ce)(Ce, Ca,Y)2(Al,Fe+2, Fe+3)3 (SiO4)3 OH
bastnaesiet-(Ce)(Ce,La)CO3F
ceriet-(Ce)Ce+39Fe+3(SiO4)6[(SiO3)(OH)](OH)3
euxeniet-(Y)(Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ti,Ta)2O6
fergusoniet-(Ce)(Ce,La,Nd)NbO4
gadoliniet-(Ce) (foto)(Ce,La,Nd,Y)2Fe,+2Be2Si2O10
lanthaniet-(Ce)(Ce,La,Nd)2(CO3)3.8H2O
monaziet-(Ce)(Ce,La,Nd,Th)PO4

Winning

De belangrijkste wingebieden liggen in Australië, China, Mongolië India, Brazilië, de Verenigde Staten van Amerika, Maleisië, Rusland, Tanzania, Burundi, Zambia, Madagaskar, Noorwegen, Zweden en Canada.

Bereiding

Vroeger

Cerium behoort tot de lanthaniden en de zeldzame aarden. Deze werden oorspronkelijk gescheiden op grond van de uiterst kleine verschillen in oplosbaarheid van de metaalhydroxiden en -oxiden in loog. Ook bleek het mogelijk te scheiden op basis van de oplosbaarheid van hun zouten, voornamelijk de oxalaten en sulfaten (met name Ln2(SO4)3.Na2SO4.xH2O, met Ln als symbool voor de lantaniden). De oplosbaarheid neemt licht toe naarmate de atoommassa van het lanthanide toeneemt.

De verschillen zijn echter zo klein dat voor een redelijke scheiding vele malen herkristalliseren nodig is. Duizend maal is daarbij geen uitzondering. Om een geringe hoeveelheid zuiver thuliumbromaat te verkrijgen werd bijvoorbeeld zelfs tot vijftienduizend keer geherkristalliseerd.

Tegenwoordig

Na 1950 maakten moderne scheidingsmethoden het makkelijker de zouten van de zeldzame aarden in redelijke hoeveelheden te scheiden. Continue vloeistofextractie bijvoorbeeld, waarbij de waterige oplossing van de zouten wordt geëxtraheerd met tri-n-butylfosfaat. Een andere methode is ionenwisseling, die zouten met een hoge zuiverheid oplevert en doorgaans op wat kleinere schaal wordt toegepast

De nieuwe scheidingstechnieken dienden in de eerste plaats voor de productie van goede splijtstof voor kernreactoren. Daarbij is het van belang uraan- en thoriumertsen te ontdoen van alle sterk neutronen remmende elementen, zoals de lanthaniden. Dit stimuleerde vervolgens ook het zoeken naar toepassingen en daarmee kwam ook een bredere zoektocht naar zeldzame aarden op gang.

Winning uit erts

Het mineraal monaziet bevat (naast 5 – 10 % thoriumoxide, ThO2) enkele procenten van de oxiden uit de zogenaamde yttria-groep (zie tabblad Naam&Ontdekking); andere lanthaniden komen in veel mindere mate voor. Bastnaesiet en allaniet bevatten enkele procenten van – voornamelijk – de oxiden van cerium, lanthaan, neodymium en praseodymium.

Om de lanthaniden te verkrijgen behandelt men het erts, bijvoorbeeld monaziet, met geconcentreerd zwavelzuur bij 200 °C. Daarbij ontstaat een oplossing van de sulfaten van lanthaan, thorium en de aanwezige lanthaniden. Na toevoegen van ammonia slaat eerst het thoriumzout neer. Na toevoegen van natriumsulfaat slaan vervolgens de zouten van de lichtere lanthaniden neer. Na scheiding van de diverse zouten volgt zuivering.

De bereiding van de elementen in zuivere vorm verloopt meestal via elektrolyse van gesmolten zouten. Een andere mogelijkheid is de reductie van oxiden met lanthaan of calcium, of van fluoriden en chloriden met calcium, kalium of natrium. Daarbij wordt het zout gesmolten in een tantalen kroes, gevolgd door reductie (in vacuüm of in een argonatmosfeer) met bijvoorbeeld calciumdamp.

Bekijk foto’s en filmpjes
filmpje icoon Cerium - Periodic Videos
Filmpje
Cerium - Periodic Videos
Bekijk het filmpje
afbeelding icoon Elektronenschillen Cerium
Afbeelding
Elektronenschillen Cerium
Bekijk de afbeelding
afbeelding icoon Cerium
Afbeelding
Cerium
Bekijk de afbeelding
afbeelding icoon Cerium
Afbeelding
Cerium
Bekijk de afbeelding
afbeelding icoon Cerium in glas
Afbeelding
Cerium in glas
Bekijk de afbeelding
Beluister podcasts (Engels)
podcast icoon Cerium - Royal Society of Chemistry
Podcast
Cerium - Royal Society of Chemistry
Luister de podcast

Scheikunde studeren

Wat vinden zij van de studies en het werk?

studieorientatie icoon Je hoeft geen nerd of slimbo te zijn Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Je hoeft geen nerd of slimbo te zijn
Proef de sfeer bij de opleiding Chemie in Rotterdam.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Hoe is dat eigenlijk, chemie studeren?
Hbo | Chemie
Studie
Hoe is dat eigenlijk, chemie studeren?
De wereld van chemie is groter dan je denkt.
Bekijk het interview
studieorientatie icoon Diploma (bijna) gehaald en nu!?
Hbo | Chemie
Studie
Diploma (bijna) gehaald en nu!?
Lees waarom Femke koos voor het hbo na het vwo.
Bekijk het artikel
studieorientatie icoon In het eerste jaar deed ik een project over bier Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
In het eerste jaar deed ik een project over bier
Livai was nog maar 16 jaar toen hij begon met Chemie.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Werken aan nieuwe technieken voor windenergie Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Werken aan nieuwe technieken voor windenergie
Vierdejaars student Mart vindt zijn hbo-opleiding top!
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Scheikunde ontdek je pas tijdens het studeren Indicatie dat de post een filmpje is
Wo | Chemie
Studie
Scheikunde ontdek je pas tijdens het studeren
De studie scheikunde iets voor jou?
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Inge studeert nu verder aan de TU Eindhoven Indicatie dat de post een filmpje is
Wo | Techniek & Ontwerp
Studie
Inge studeert nu verder aan de TU Eindhoven
Daarvoor rondde ze met succes de hbo-opleiding Applied Science af.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon We hebben hier een geweldig lab Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
We hebben hier een geweldig lab
Sanne, Justus en Boyd vertellen waarom zij kozen voor Utrecht.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Ik voelde mij snel thuis in deze studie
Hbo | Chemie
Studie
Ik voelde mij snel thuis in deze studie
Volgens Hylke doorgrond je met de juiste formules elk proces.
Bekijk het interview
studieorientatie icoon Ik leer ook van dingen naast mijn studie Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Ik leer ook van dingen naast mijn studie
Nick studeert Chemie en heeft een top tijd.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Chemie is meer dan alleen maar deeltjes Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Chemie is meer dan alleen maar deeltjes
Ontdek de studie Chemische Technologie samen met Miriam!
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Medicijnen maken van rotte appels Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Medicijnen maken van rotte appels
Uniek project van studenten Chemische Technologie.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Het mooie aan deze studie zijn de grote labs Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Het mooie aan deze studie zijn de grote labs
Studenten laten je alle ins and outs zien van hbo Chemie.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Ik haalde vroeger zesjes voor scheikunde Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Ik haalde vroeger zesjes voor scheikunde
Student Sanne vertelt over de studie Chemie aan de HAN.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Chemische Technologie studeren in Groningen Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Chemische Technologie studeren in Groningen
Wenke en Jeroen laten je zien wat de opleiding inhoudt.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Jij en chemie? Dat geloof ik niet Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Jij en chemie? Dat geloof ik niet
Elisa is nu vierdejaarsstudent Chemie in Amsterdam.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Vicky vond de bètavakken leuk Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Vicky vond de bètavakken leuk
Bij Chemische Technologie zit ze nu op haar plek.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Tom loopt stage bij Teijin Aramid Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Stage
Tom loopt stage bij Teijin Aramid
Tom is student Chemische Technologie en laat zijn stagewerkplek zien.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Wij studeren Chemische Technologie Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Wij studeren Chemische Technologie
Valerie en Roel geven je een rondleiding bij hun opleiding.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Je bent bij deze studie geen nummer!
Hbo | Chemie
Studie
Je bent bij deze studie geen nummer!
Lees hoe Marjolein Chemische Technologie vindt.
Bekijk het interview
studieorientatie icoon Foute keuzes bestaan niet
Hbo | Chemie
Studie
Foute keuzes bestaan niet
Judesha vertelt over haar studiekeuze proces.
Bekijk het artikel
studieorientatie icoon Risheet doet twee hbo-opleidingen Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Risheet doet twee hbo-opleidingen
Hij vertelt hoe hij de hbo-opleidingen BML en Chemie combineert.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Goed persoonlijk contact met docenten Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Goed persoonlijk contact met docenten
Matthew koos na het mbo voor de opleiding Chemie.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Je bent wel met serieus werk bezig Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Je bent wel met serieus werk bezig
Docenten en studenten vertellen over de hbo-studie Chemie.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Positief bijdragen aan het leven van mensen
Hbo | Chemie
Studie
Positief bijdragen aan het leven van mensen
Anna, David en Joeri kijken terug op hun studietijd.
Bekijk het interview
studieorientatie icoon Chemie is alles op kleine schaal Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Chemie is alles op kleine schaal
Adinda neemt je mee naar de hbo-opleiding Chemie.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Praktijklessen vind ik leuk om te doen Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Praktijklessen vind ik leuk om te doen
Nighel studeert Chemie, bekijk zijn filmpje!
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Bo koos voor Chemische Technologie Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Bo koos voor Chemische Technologie
Bo is enthousiast over haar hbo-opleiding. Bekijk de filmpjes.
Bekijk het filmpje