铈

铈是周期系第ΙΙΙ族副族镧系元素，一种稀土元素。原子序数58。稳定同位素：136、138、140、142。灰色金属，有展性。密度：正方晶体6.9，立方晶体6.7。熔点799℃，沸点3426℃。

铈是一种银灰色的活泼金属，粉末在空气中易自燃，易溶于酸。铈的名称来源于小行星谷神星的英文名。铈在地壳中的含量约0.0046%，是稀土元素中丰度最高的。金属铈主要做还原剂。

主要用途

用作还原剂、催化剂。

用作合金添加剂，及用于生产铈盐等，也用于医药、制革、玻璃、纺织等工业。

铈可作催化剂、电弧电极、特种玻璃等。铈的合金耐高热，可以用来制造喷气推进器零件。

铈是地壳中最丰的稀土金属。用钙还原氧化亚铈或电解氯化亚铈可制得金属铈。

合成方法

70g三氯化铈、18.5g钙在惰性气氛下彻底混合摇匀装入钽坩埚或用机动压力机压成圆柱体放在钽坩埚中，坩埚配有打孔的钽盖子以便通气，置于密闭MgO坩埚（d=0.0508m,h=0.1778m）中。然后放在石英管（d=0.11615m）中，管的一端熔封，另一端打磨后嵌入55/50锥形接头中。用石蜡将石英管密封在真空体系中（0.133Pa）。充入Ar（先通过热的金属铀纯化）到P=101.325kPa，用6kW感应炉加热到550～600℃，使反应发生（钽坩埚温度突然上升为据）。5min后达到1000℃，维持13min使产生的稀土金属完全结块。冷却到室温，用水浸泡钽坩埚以除掉CaCl2、Ca，稀土金属融块保留在底部（1%～3%Ca）。

1752年瑞典化学家克龙斯泰德发现一种新的矿石。西班牙矿物学家唐·福斯图·德埃尔乌耶分析后认为它是钙和铁的硅酸盐。1803年德国化学家克拉普罗特分析了该矿石，确定有一种新的金属氧化物存在，称它为ochra（赭色土），矿石称为赭色矿（ochroite），因为它在受灼烧时出现赭色。同时瑞典化学家贝采利乌斯（J-öns Jakob Berzelius，1779-1848）和瑞典矿物学家希辛格（Wilhelm Hisinger，1766-1852）也分析发现了同一新元素氧化物，不同于钇土。钇土溶于碳酸铵溶液，在煤气灯焰上灼烧时呈现红色，而这种土不溶于碳酸铵溶液，在煤气灯焰上灼烧没有呈现特征焰色。于是称它为ceria（铈土），元素命名为cerium（铈），元素符号定为Ce，矿石称为铈硅石（cerite），以纪念当时发现的一颗小行星谷神星Ceres。其实这种铈硅石是一种水合酸盐，含铈66%~70%，其余是钙、铁和钇的化合物。[3]

应用发展

在稀土这个元素大家族中，铈是当之无愧的“老大哥”。其一，稀土在地壳中总的丰度为238ppm，其中铈为68ppm，占稀土总配分的28%，居第一位;其二，铈是在发现钇(1794年)9年之后，被发现的第二个稀土元素[4]  。

1803年，瑞典化学家伯采利乌斯(J.J.Berzelius)和他的老师黑新格尔(W.Hisingerr)在分析瑞典产的Tungsten矿(“重石”之意)时，发现了一种与“钇土”性质十分相似但又完全不同的新元素一“铈土”。在他们提出的发现报告中，将其命名为Cemm(铈)，以纪念1801年发现的小行星一谷神星(Ceres)。

严格说来，最初发现的“铈士”只能算作是饰的富集物，或者说是与镧镨钕等共生在一起的轻稀土混合氧化物，当时镧镨钕等尚隐藏在“铈土”中未被发现。但无论如何，在稀土这17个相貌极为相似的孪生兄弟姐妹中，铈最容易辨认。因为铈有个显著的化学特性，除丁象其他稀土元素通常以三价状态存在外，他还会以四价状态稳定存在。这种离子价态的差异性必然会扩大化学性质的差异性，利用这种差异性就能比较容易地把铈同相邻的其他稀土元素分离开来，因而就出现了化学法提铈。这便于化学家们对铈的提取和认识，加上他资源丰富易提取，比其他稀土产品价格便宜，也就使他成为最早有实际用途的稀土。

尽管如此，由于化学家们最初被困惑在不断发现新稀土的“迷宫”中，直到发现“铈土”的83年后，才为铈(也是稀土)找到第一个用途一用作汽灯纱罩的发光增强剂。1886年，奥地利人韦尔斯巴赫(AuerVonWeldach)发现，将99%的氧化钍和1%的氧化铈加热时，会发出强光，用于煤汽灯纱罩可以大大提高汽灯的亮度。而汽灯在当时电灯尚未普及的欧洲是照明的主要光源，对于工业生产、商贸和生活至关重要。而18世纪90年代开始，汽灯纱罩的大规模生产，增加了钍和铈需求，有力推动了世界范围内对稀土矿藏的勘察，在巴西和印度陆续发现了大型独居石矿，遂发展成为所谓的独居石工业，也就是早期稀土工业。尽管第一次世界大战后，电灯逐步取代了煤气灯，但铈又不断开拓出新的用途。

1903年，找到了铈的第二大用途一还是那位奥地利人韦尔斯巴赫，发现铈铁合金在机械摩擦下能产生火花，可以用来制造打火石。铈的这种经典用途，至今已有100年的历史。吸烟的人都知道打火机要用打火石，但许多人却不了解稀土，更不知道是其中的铈在给人们带来了火种。只是如今，打火石遭遇压电陶瓷的有力挑战，产量已经大减。这期间，还发现铈基合金(如Th2dl-RE)可用作电子设备和真空管的吸气剂。

1910年，发现了铈的第三大用途，用于探照灯和电影放映机的电弧碳棒。与汽灯纱罩类似，铈可以提高可见光转换效率。探照灯曾是战争防空的重要用具。电弧碳棒也曾是放映电影不可缺少的光源。

以上铈的三大用途也代表了稀土早期的三大用途，甚至可以说，早期的稀土工业完全建立在对铈的性能开发和利用上。50年代初，我国稀土工业也起步于这三大应用。这些用途都与发光有关。可以说铈作为稀土元素家族的优秀代表，一开始就作为”光明使者”在为人类造福。

20世纪30年代起，氧化铈开始用作玻璃脱色剂、澄清剂、着色剂和研磨抛光剂。二氧化铈作为化学脱色剂和澄清剂可以取代有剧毒的白磁(氧化碑)从而减少操作和环境污染。铈钛黄颜料用作玻璃着色剂可以制造出漂亮的亮黄色工艺美术玻璃。氧化铈作为主成分制造各种规格的抛光粉，已完全取代铁红抛光粉，大大提高了抛光效率和抛光质量，早期用于平板玻璃和眼睛片抛光，如今已广泛应用于阴极射线管(CRT)玻壳、各种平板显示，光学玻璃镜头和计算机芯片等，既是铈的经典用途，也是目前铈的主要应用领域之一。铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，已被大量应用于汽车玻璃。不仅能防紫外线，还可降低车内温度，从而节约空调用电。从1997年起，日本汽车玻璃全加人氧化饰，1996年用于汽车玻璃的氧化铈至少有2000吨，美国用量超过1000吨。

铈的化学活泼性使他在冶金领域中也大展身手。1948年，英国人莫勒(HMomgh)宣布用铈处理铸铁可以获得球墨铸铁，随后冶金学家发现镁是球墨铸铁的高效球化剂，但续易燃烧会产生强烈镁光，单独加镁反应过于激烈不够安全。

20世纪50年代，我国著名科学家邹元燨研究成功用硅铁还原含稀土包头高炉渣制取稀土硅铁合金的独特工艺，进而制得稀土硅铁镁中间合金用作球化剂，既克服了单独用镁的弊病，又取得更稳定的球化效果，从此开始了稀土在球墨铸铁以及蠕墨铸铁中的广泛应用。以铈为主成分的混合稀土金属，还广泛用于稀土处理钢(脱氧、脱硫、变性)、稀土电工铝和稀土铸造镁合金(净化变质、细化晶粒、合金化)等金属材料。