CERIUM (IV) OKSIDA: STRUKTUR, SIFAT, KEGUNAAN - KIMIA - 2025

The cerium oksida (IV) oksida atau Ceric adalah putih atau kuning pucat padat anorganik yang dihasilkan oleh oksidasi cerium (Ce) untuk oksigen ke valensi 4 +. Rumus kimia oksida ceric adalah CeO ₂ dan merupakan oksida paling stabil dari serium.

Cerium (Ce) merupakan salah satu unsur rangkaian lantanida yang termasuk dalam kelompok rare-earth. Sumber alami oksida ini adalah mineral bastnasite. Dalam konsentrat komersial mineral ini, CeO ₂ dapat ditemukan dalam proporsi perkiraan hingga 30% berat.

Sampel cerium (IV) oksida. Gambar diambil Agustus 2005 oleh Pengguna: Walkerma. {{PD-self}} Sumber: Wikipedia Commons

CeO ₂ dapat dengan mudah diperoleh dengan memanaskan serium (III) hidroksida, Ce (OH) ₃ , atau garam serium (III), seperti oksalat, karbonat atau nitrat, di udara atau oksigen .

Stoikiometri CeO ₂ dapat diperoleh dengan reaksi suhu tinggi dari cerium (III) oksida dengan oksigen elemental. Oksigen harus berlebih dan waktu yang cukup harus disediakan untuk menyelesaikan konversi berbagai fase non-stoikiometri yang sedang terbentuk.

Fase ini terdiri dari produk warna-warni dari rumus CeO _x (di mana x bervariasi antara 1,5 dan 2,0). Mereka juga disebut CeO _2-x , di mana x dapat memiliki nilai hingga 0,3. CeO ₂ adalah bentuk Ce yang paling banyak digunakan di industri. Ini memiliki klasifikasi toksisitas rendah, terutama karena kelarutannya yang buruk dalam air.

Sampel mineral Bastnasite. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 Sumber: Wikipedia Commons

Struktur

Stoikiometrik cerium (IV) oksida mengkristal dalam kisi kubik mirip fluorit (CaF ₂ ), dengan 8 ion O ^2- dalam struktur kubik yang dikoordinasikan dengan 4 ion Ce ⁴⁺ .

Struktur kristal oksida serium (IV). Benjah-bmm27 Sumber: Wikipedia Commons

Tata nama

- Cerium (IV) oksida.

- Ceric oksida.

- Serium dioksida.

- Ceria.

- Stoikiometrik cerium oksida: material yang dibentuk seluruhnya oleh CeO ₂ .

- Cerium oksida non-stoikiometrik: bahan yang dibentuk oleh campuran oksida dari CeO ₂ sampai CeO _1.5

Properti

Keadaan fisik

Padatan kuning pucat. Warna sensitif terhadap stoikiometri dan keberadaan lantanida lainnya. Oksida non-stoikiometri seringkali berwarna biru.

Kekerasan Mohs

6-6.1 kira-kira.

Berat molekul

172,12 g / mol.

Titik lebur

Sekitar 2600 ºC.

Massa jenis

7.132 g / cm ³

Kelarutan

Tidak larut dalam air panas dan dingin. Larut dalam asam sulfat pekat dan asam nitrat pekat. Tidak larut dalam asam encer.

Indeks bias

2.2.

Sifat lainnya

CeO ₂ adalah zat inert, tidak diserang oleh asam kuat atau basa. Namun, dapat dilarutkan oleh asam dengan adanya zat pereduksi, seperti hidrogen peroksida (H ₂ O ₂ ) atau timah (II), antara lain menghasilkan larutan serium (III).

Ini memiliki stabilitas termal yang tinggi. Itu tidak mengalami perubahan kristalografi selama interval pemanasan biasa.

Its derivatif terhidrasi ( CeO ₂ .nH ₂ O) adalah endapan kuning dan agar-agar yang diperoleh dengan memperlakukan solusi cerium (IV) dengan basis.

CeO ₂ diserap dengan buruk dari saluran gastrointestinal sehingga tidak memiliki efek toksik.

Aplikasi

- Dalam industri metalurgi

CeO ₂ digunakan dalam elektroda teknologi pengelasan tertentu, seperti pengelasan busur tungsten gas inert.

Oksida tersebar halus di seluruh matriks tungsten. Pada tegangan rendah, partikel CeO _{2 ini} memberikan keandalan yang lebih baik daripada tungsten saja.

- Di industri kaca

Pemolesan kaca

CeO ₂ dapat mengubah warna gelas soda-lime untuk botol, kendi, dan sejenisnya. Ce (IV) mengoksidasi pengotor Fe (II), yang menghasilkan warna hijau kebiruan, menjadi Fe (III) yang memberikan warna kuning 10 kali lebih lemah.

Kaca tahan radiasi

Penambahan 1% CeO ₂ ke kaca menekan perubahan warna atau penggelapan kaca yang disebabkan oleh penembakan elektron berenergi tinggi dalam kaca TV. Hal yang sama berlaku untuk kaca yang digunakan di jendela dalam sel panas di industri nuklir, karena kaca ini menekan perubahan warna yang disebabkan sinar gamma.

Mekanisme supresi diyakini bergantung pada keberadaan ion Ce ⁴⁺ dan Ce ³⁺ pada kisi kaca.

Kacamata fotosensitif

Beberapa formulasi kaca dapat mengembangkan gambar laten yang kemudian dapat diubah menjadi struktur atau warna permanen.

Kaca jenis ini mengandung CeO ₂ yang menyerap radiasi UV dan melepaskan elektron ke dalam matriks kaca.

Setelah perawatan, pertumbuhan kristal senyawa lain di kaca dihasilkan, menciptakan pola detail untuk penggunaan elektronik atau dekoratif.

- Dalam enamel

Karena indeks biasnya yang tinggi, CeO ₂ merupakan zat pengeruh dalam komposisi email yang digunakan sebagai pelapis pelindung pada logam.

Stabilitas termal yang tinggi dan bentuk kristalografinya yang unik di seluruh rentang suhu yang dicapai selama proses pelapisan, membuatnya cocok untuk digunakan dalam kaca porselen.

Dalam aplikasi ini CeO ₂ memberikan lapisan putih yang diinginkan selama enamel burnout. Ini adalah bahan yang memberikan opasitas.

- Dalam keramik zirkonium

Keramik zirkonia adalah isolator termal dan digunakan dalam aplikasi suhu tinggi. Ini membutuhkan aditif untuk memiliki kekuatan dan ketangguhan tinggi. Menambahkan CeO ₂ ke zirconia menghasilkan material dengan ketangguhan dan kekuatan yang luar biasa.

CeO _2- doped zirkonium oksida digunakan dalam pelapis untuk bertindak sebagai penghalang termal pada permukaan logam.

Misalnya, di bagian-bagian mesin pesawat, pelapis ini melindungi dari suhu tinggi yang menyebabkan logam terpapar.

Mesin jet. Jeff Dahl, terjemahan bahasa Spanyol oleh Xavigivax Sumber: Wikipedia Commons

- Dalam katalis untuk pengendalian emisi kendaraan

CeO ₂ merupakan komponen aktif dalam penghilangan polutan dari emisi kendaraan. Ini sebagian besar karena kemampuannya untuk menyimpan atau melepaskan oksigen tergantung pada kondisi di sekitarnya.

Konverter katalitik pada kendaraan bermotor terletak di antara mesin dan saluran keluar gas buang. Ia memiliki katalis yang harus mengoksidasi hidrokarbon yang tidak terbakar, mengubah CO menjadi CO ₂ , dan mereduksi nitrogen oksida, NO _x , menjadi N ₂ dan O ₂ .

Konverter katalitik untuk gas buang dari mesin pembakaran internal kendaraan bermotor. Ahanix1989 di Wikipedia bahasa Inggris Sumber: Wikipedia Commons

Selain platina dan logam katalitik lainnya, komponen aktif utama dari sistem multifungsi ini adalah CeO ₂ .

Tiap catalytic converter berisi 50-100 g CeO ₂ yang terbagi halus, yang memiliki beberapa fungsi. Yang terpenting adalah:

Bertindak sebagai stabilisator untuk alumina dengan luas permukaan tinggi

Alumina dengan luas permukaan tinggi cenderung mengalami sinter, kehilangan luas permukaannya yang tinggi selama operasi suhu tinggi. Ini ditunda dengan hadirnya CeO ₂ .

Ini berperilaku sebagai pelepas penyangga oksigen

Karena kemampuannya untuk membentuk oksida non-stoikiometri CeO _2-x , serium (IV) oksida menyediakan oksigen unsur dengan strukturnya sendiri selama periode siklus kaya bahan bakar / tanpa oksigen.

Dengan demikian, oksidasi hidrokarbon yang tidak terbakar yang berasal dari mesin dan konversi CO menjadi CO _{2 dapat berlanjut} , bahkan ketika oksigen dalam bentuk gas tidak mencukupi.

Kemudian, pada periode siklus yang kaya oksigen, dibutuhkan oksigen dan re-mengoksidasi, memulihkan bentuk stoikiometrik yang CeO ₂ .

Lainnya

Ia bekerja sebagai improver dari kapasitas katalitik dari rhodium dalam pengurangan nitrogen oksida NO _x untuk nitrogen dan oksigen.

- Dalam katalisis reaksi kimia

Dalam proses pemecahan katalitik kilang, CeO ₂ bertindak sebagai oksidan katalitik yang membantu dalam konversi SO ₂ menjadi SO ₃ dan mendorong pembentukan sulfat dalam perangkap proses tertentu.

CeO ₂ meningkatkan aktivitas katalis berbasis oksida besi yang digunakan untuk memperoleh stirena mulai dari etilbenzena. Hal ini mungkin karena interaksi positif antara pasangan reduksi oksida Fe (II) - Fe (III) dan Ce (III) - Ce (IV).

- Dalam aplikasi biologi dan biomedis

CeO ₂ nanopartikel telah ditemukan untuk bertindak dengan radikal bebas, seperti superoksida, hidrogen peroksida, hidroksil, dan oksida nitrat radikal.

Mereka dapat melindungi jaringan biologis dari kerusakan akibat radiasi, kerusakan retina akibat laser, meningkatkan masa hidup sel fotoreseptor, mengurangi cedera tulang belakang, mengurangi peradangan kronis, dan meningkatkan angiogenesis atau pembentukan pembuluh darah.

Selain itu, nanofiber tertentu yang mengandung nanopartikel CeO ₂ telah terbukti beracun terhadap strain bakteri, menjadi kandidat yang menjanjikan untuk aplikasi bakterisida.

- Penggunaan lainnya

CeO ₂ adalah bahan isolasi listrik karena kestabilan kimianya yang sangat baik, permitivitas relatif tinggi (memiliki kecenderungan tinggi untuk berpolarisasi saat medan listrik diterapkan) dan kisi kristal yang mirip dengan silikon.

Ini telah menemukan aplikasi di kapasitor dan lapisan redaman bahan superkonduktor.

Ini juga digunakan dalam sensor gas, bahan elektroda sel bahan bakar oksida padat, pompa oksigen, dan monitor oksigen.

Referensi

1. Cotton, F. Albert dan Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kimia Anorganik Lanjut. Edisi keempat. John Wiley & Sons.
2. Dance, JC; Emeléus, HJ; Sir Ronald Nyholm dan Trotman-Dickenson, AF (1973). Kimia Anorganik Komprehensif. Volume 4. Pergamon Press.
3. Kirk-Othmer (1994). Ensiklopedia Teknologi Kimia. Volume 5. Edisi Keempat. John Wiley & Sons.
4. Ensiklopedia Kimia Industri Ullmann. (1990). Edisi Kelima. Volume A6. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
5. Casals, Eudald dkk. (2012). Analisis dan Risiko Nanomaterials dalam Sampel Lingkungan dan Makanan. Dalam Kimia Analitik Komprehensif. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
6. Mailadil T. Sebastian. (2008). Alumina, Titania, Ceria, Silikat, Tungstate dan bahan lainnya. Dalam Bahan Dielektrik untuk Komunikasi Nirkabel. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
7. Afeesh Rajan Unnithan, dkk. (2015). Perancah dengan Sifat Antibakteri. Dalam Aplikasi Nanoteknologi untuk Rekayasa Jaringan. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
8. Gottardi V., dkk. (1979). Pemolesan permukaan kaca diselidiki dengan teknik nuklir. Buletin Masyarakat Keramik dan Kaca Spanyol, Vol. 18, No. 3. Diperoleh dari boletines.secv.es.