Il cerio è un metallo appartenente alla serie dei lantanidi che si trova, insieme ad altri metalli delle terre rare, nei minerali appartenenti al gruppo della monazite e della bastnäsite.
Esso ha configurazione elettronica [Xe]4f15d16s2 ed è un metallo duttile e malleabile di colore argenteo che presenta numeri di ossidazione +3 e +4.
Storia
I chimici svedesi Jacob Berzelius e Wilhelm von Hisinger nel 1803 e nello stesso anno dal chimico tedesco Martin Klaproth scoprirono per primi il metallo.
Berzelius e Hisinger scoprirono il nuovo elemento in un minerale raro di colore bruno-rossastro costituito da silicati attualmente noto come cerite.
Da tale minerale prepararono dei sali e indagarono sulle loro reazioni; sebbene non fossero riusciti ad ottenere il metallo allo stato puro scoprirono che questo nuovo elemento aveva due numeri di ossidazione.
Da uno stato di ossidazione si ottenevano sali incolori e dall’altro sali di colore giallo-rosso. Chiamarono cerio il nuovo elemento in quanto due anni prima l’astronomo italiano Giuseppe Piazzi aveva scoperto l’asteroide Cerere.
Berzelius e Hisinger pubblicarono per primi la nuova scoperta e venne accettato questo nome dalla comunità scientifica.
Indipendentemente Martin Klaproth dall’analisi della cerite trovò l’ossido di questo nuovo elemento a cui diede il nome di ockroite.
Ottenimento
Il chimico svedese Carl Gustav Mosander, allievo di Berzelius, nel 1825 isolò l’elemento partendo dal solfuro di cerio (III). Trattò Ce2S3 con cloro ottenendo cloruro di cerio:
Ce2S3 + 3 Cl2 → 2 CeCl3 + 3 S
Dalla reazione di CeCl3 con potassio ottenne il cerio metallico:
CeCl3 + 3 K → Ce + 3 KCl
Proprietà
E’ un metallo piroforico e quindi tende facilmente a infiammarsi anche a seguito di una stimolazione minima. Ha 4 forme allotropiche, tra cui due forme sono cubiche a facce centrate, una è cubica a corpo centrato e una è una struttura esagonale compatta. E’ un metallo duttile grigio la cui durezza è simile all’argento.
Reagisce in soluzioni sia acide che basiche
Reazioni
Reagisce con l’ossigeno dell’aria per dare ossido di cerio (IV) di colore scuro:
Ce(s) + 2 O2(g)→ CeO2(s)
Reagisce lentamente in presenza di acqua a freddo e più velocemente a caldo per dare idrossido di cerio (III) e idrogeno gassoso:
2 Ce(s) + 3 H2O(l) → 2 Ce(OH)3(s) + 3 H2(g)
Reagisce con gli alogeni per dare gli alogenuri di cerio (III) solidi di colore bianco ad eccezione dello ioduro di cerio (III) che è di colore giallo secondo la reazione generale:
2 Ce(s) + 3 X2(g)→ 2 CeX3(s)
In ambiente basico lo ione Ce3+ precipita come idrossido di cerio (III) di colore bianco e lo ione cerio (IV) come idrossido di cerio (IV) di colore giallo:
Ce3+(aq) + 3 OH–(aq) → Ca(OH)3(s)
Ce4+(aq) + 4 OH–(aq) → Ca(OH)4(s)
Usi
Viene utilizzato in una lega metallica piroforica detta mischmetal unitamente a lantanio, neodimio e praseodimio utilizzata nelle pietrine per accendisigari.
L’ossido, come catalizzatore, viene utilizzato nei forni autopulenti per prevenire l’accumulo di residui di cottura e per lucidare le superfici vetrate.
È utilizzato nei convertitori catalitici perché aiuta a ridurre le emissioni di scarico delle automobili.
Le nanoparticelle di ossido di cerio sono aggiunte al diesel per ridurre l’emissione di fuliggine e migliorare le prestazioni del motore dei veicoli.
Il solfuro di cerio dal tipico colore rosso è usato come pigmento.
Unitamente ad alcuni metalli di transizione o delle terre rare è utilizzato come rivestimento nei tubi catodici e nelle lampadine a risparmio energetico.
Il nitrato insieme alla sulfadiazina argentica C10H9AgN4O2S è utilizzato in un unguento ad uso topico per il trattamento delle infezioni nelle ferite da ustione.
Per la sua elevata azione ossidante il cerio (IV) è utilizzato nella cerimetria, tecnica analitica di tipo volumetrico, per la determinazione di molti analiti tra cui Fe(II) e ione nitrito