Cerio: Propiedades, usos y características del elemento Ce (Z=58)
Cerio (Ce, Z=58): propiedades, usos y características — aplicaciones industriales, datos químicos y físicos esenciales del lantánido.
El cerio es un elemento químico con un número atómico de 58. Esto significa que el núcleo del cerio tiene 58 protones. La masa atómica del cerio es de 140,12. El símbolo químico del cerio es Ce y pertenece al grupo de los lantánidos.
Propiedades físicas y químicas
- Estado: metal de transición interna (lantánido) de aspecto plateado, blando y maleable.
- Configuración electrónica: típicamente [Xe] 4f1 5d1 6s2, lo que le confiere propiedades redox características entre +3 y +4.
- Estados de oxidación: +3 es el más frecuente; +4 es estable en compuestos como el dióxido de cerio (CeO2).
- Punto de fusión y densidad: el cerio es relativamente poco denso entre los lantánidos (densidad ≈ 6,77 g/cm³) y tiene un punto de fusión moderado (≈ 795 °C).
- Química: reacciona con el oxígeno formando óxidos (se recubre rápidamente de óxido en aire) y con halógenos, ácidos y algunos no metales; muestra una fuerte capacidad redox en soluciones y materiales sólidos (Ce(III)/Ce(IV)).
Ocurrencia y obtención
El cerio es el lantánido más abundante en la corteza terrestre y aparece en minerales de tierras raras como la monacita y la bastnäsite. Se obtiene industrialmente mediante procesos de separación de tierras raras que incluyen trituración, extracción por solventes e intercambio iónico. Tras la concentración del mineral, se aíslan fracciones ricas en cerio que se reducen y refinan para obtener el metal o compuestos industriales (óxidos, sales).
Compuestos importantes
- Dióxido de cerio (CeO2): conocido como ceria, es el compuesto más usado; actúa como material de almacenamiento de oxígeno y catalizador.
- Cloruros y nitratos (p. ej., CeCl3, Ce(NO3)3): utilizados en síntesis química y en la preparación de otros compuestos de cerio.
- Feros- y mischmetales: aleaciones de cerio con otros lantánidos y metales que se emplean en aplicaciones pirotécnicas y en pedernal para encendedores.
Usos y aplicaciones
El cerio y sus compuestos tienen numerosas aplicaciones industriales y tecnológicas:
- Catalizadores: CeO2 se usa en convertidores catalíticos automotrices como regulador de oxígeno (oxygen storage component) y en la refinación del petróleo.
- Pulido de vidrio: el óxido de cerio es el abrasivo estándar para el pulido final de lentes y componentes ópticos por su eficacia y control fino.
- Aleaciones: en mischmetal y otras aleaciones para encendedores, y como desulfurante o modificador de microestructura en metales.
- Iluminación y pantallas: sales de cerio dopan materiales fosforescentes para LED y tubos fluorescentes.
- Electrónica y energía: materiales basados en cerio se investigan para celdas de combustible y catalizadores sólidos; CeO2 también se emplea en aplicaciones de cerámica técnica.
- Nanotecnología y biomedicina: las nanopartículas de óxido de cerio (nanoceria) muestran propiedades antioxidantes en estudios preclínicos, por lo que se exploran para aplicaciones biomédicas, aunque aún se estudian su seguridad y eficacia.
Historia
El cerio fue descubierto en 1803 de forma independiente por los químicos Jöns Jakob Berzelius y Wilhelm Hisinger (en Suecia) y por Martin Heinrich Klaproth (en Alemania). Su nombre proviene del asteroide Ceres, descubierto en 1801, siguiendo la costumbre de la época de nombrar nuevos elementos en relación con descubrimientos astronómicos o mitológicos.
Seguridad y medio ambiente
El metal elemental y la mayoría de sales de cerio presentan baja toxicidad aguda, pero el polvo y los humos pueden ser irritantes para los ojos y las vías respiratorias; la inhalación prolongada de polvos de tierras raras puede causar problemas pulmonares. El manejo industrial requiere buenas prácticas de higiene, ventilación y equipo de protección personal. Los compuestos de cerio liberados al medio ambiente tienden a depositarse en sedimentos y su comportamiento ecológico depende de la forma química y el tamaño de partícula.
Datos rápidos
- Símbolo: Ce
- Número atómico: 58
- Masa atómica: ≈ 140,12 u
- Familia: lantánidos
- Estados de oxidación comunes: +3, +4
- Usos típicos: catalizadores, pulido óptico, aleaciones, fosforescentes, investigación en nanomateriales
El cerio, pese a pertenecer al grupo de las llamadas "tierras raras", es relativamente abundante y tiene un papel clave en tecnologías modernas que requieren control redox y almacenamiento de oxígeno, así como en procesos industriales tradicionales como el pulido fino de vidrio.
Propiedades
El cerio es un metal gris, brillante o lustroso. A temperatura ambiente, el cerio es un sólido. Se funde y se convierte en líquido a 798o C y hierve y se convierte en gas a 3424o C. Se quema en el aire para formar un compuesto con un átomo de cerio y dos átomos de oxígeno. El 0,0046% de la corteza terrestre contiene cerio, lo que significa que es bastante común, más que el estaño y el plomo y casi tan común como el zinc.
Descubrimiento
El cerio fue encontrado por primera vez en Suecia en 1803 por Berzelius y Hisinger y Klaproth en Alemania. Como es muy reactivo, no se purificó hasta 1875 en Washington DC. El cerio recibió su nombre del asteroide o planeta menor Ceres, que fue visto por primera vez dos años antes, en 1801.
Utiliza
El cerio no suele utilizarse como metal, ya que reacciona rápidamente con el aire y se empaña. Su uso más común es como "pedernal" en un encendedor, ya que produce fácilmente una chispa cuando se golpea con otro metal. El cerio se utiliza a veces en aleaciones porque suele hacerlas más resistentes al calor. El cerio también se utiliza en vidrios especiales, cerámicas y hornos autolimpiantes.
Oxidación
El cerio reacciona de dos maneras para producir compuestos o sales cerosas y compuestos céricos. Las sales cerosas tienen un número de oxidación de 3 y las sales céricas tienen una oxidación de 4.
Isótopos
El cerio tiene muchos isótopos. Cuatro de ellos se encuentran en la naturaleza en lugar de tener que fabricarlos,
- Cerio-136 que tiene 58 protones y 78 neutrones en su núcleo y es radiactivo
- Cerio-138 que tiene 58 protones y 80 neutrones y es estable
- Cerio-140 que tiene 58 protones y 82 neutrones y es estable
- Cerio-142 que tiene 58 protones y 84 neutrones y es radiactivo.
El cerio-140 (88,5% de todo el cerio) y el Ce-142 (11,1%) son los más comunes. La media de los pesos de cada isótopo es lo que da al cerio su masa atómica de 140,12.
Páginas relacionadas
- Tabla periódica
- Lista de elementos comunes
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