सेरियम (IV) ऑक्साइड: संरचना, गुण, उपयोग - रसायन विज्ञान - 2025

सैरियम ऑक्साइड (चतुर्थ) ऑक्साइड या Ceric एक सफेद है या हल्के पीले ठोस अकार्बनिक इसके संयोजक 4+ को ऑक्सीजन के लिए सैरियम (CE) के ऑक्सीकरण द्वारा उत्पादित। सेरिक ऑक्साइड का रासायनिक सूत्र CeO _{2 है} और यह सेरियम का सबसे स्थिर ऑक्साइड है।

सेरियम (Ce) लैंथेनाइड्स की श्रृंखला का एक तत्व है, जो दुर्लभ-पृथ्वी के समूह में शामिल हैं। इस ऑक्साइड का प्राकृतिक स्रोत खनिज बस्तनसाइट है। इस खनिज के वाणिज्यिक ध्यान में, CeO ₂ को वजन से लगभग 30% तक अनुमानित अनुपात में पाया जा सकता है।

सेरियम (IV) ऑक्साइड का एक नमूना। अगस्त 2005 में उपयोगकर्ता द्वारा ली गई तस्वीर: वॉकर्मा। {{पीडी-स्व}} स्रोत: विकिपीडिया कॉमन्स

सेओओ ₂ को आसानी से हवा या ऑक्सीजन में ऑर्किड, कार्बोनेट या नाइट्रेट जैसे सीरियम (III) हाइड्रॉक्साइड, Ce (OH) ₃, या सेरियम (III) के किसी भी नमक से आसानी से प्राप्त किया जा सकता है ।

Stoichiometric CeO ₂ मौलिक ऑक्सीजन के साथ सेरियम (III) ऑक्साइड के ऊंचे तापमान प्रतिक्रिया से प्राप्त किया जा सकता है। ऑक्सीजन अधिक और पर्याप्त समय में होनी चाहिए जो कि बनने वाले विभिन्न गैर-स्टोइकोमेट्रिक चरणों के रूपांतरण को पूरा करने की अनुमति होनी चाहिए।

इन चरणों में सूत्र CeO _x (जहाँ x 1.5 और 2.0 के बीच भिन्न होता है) के बहुरंगी उत्पाद शामिल हैं । उन्हें CeO _2-x भी कहा जाता है, जहाँ x का मान 0.3 तक हो सकता है। CeO ₂ उद्योग में Ce का सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला रूप है। इसका विषाक्तता वर्गीकरण कम है, खासकर पानी में इसकी खराब घुलनशीलता के कारण।

बस्तरनासाइट खनिज का नमूना। Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 स्रोत: विकिपीडिया कॉमन्स

संरचना

Stoichiometric cerium (IV) ऑक्साइड फ्लोराइट-प्रकार क्यूबिक जाली (CaF ₂) में क्रिस्टलीकृत होता है, जिसमें 8 O ^2- आयन एक घन संरचना में 4 Ce ⁴⁺ आयनों के साथ समन्वित होता है ।

सेरियम (IV) ऑक्साइड क्रिस्टलीय संरचना। बेन्जाह- bmm27 स्रोत: विकिपीडिया कॉमन्स

शब्दावली

- सेरियम (IV) ऑक्साइड।

- सेरी ऑक्साइड।

- सेरियम डाइऑक्साइड।

- सेरिया।

- स्टोइकोमेट्रिक सेरियम ऑक्साइड: पूरी तरह से सीईओ ₂ द्वारा निर्मित सामग्री ।

- नॉन-स्टोइकोमेट्रिक सेरियम ऑक्साइड: मिश्रित ऑक्साइड द्वारा सीओओ ₂ से सीईओ _{1.5 तक सामग्री}

गुण

भौतिक अवस्था

पीला पीला ठोस। रंग stoichiometry और अन्य lanthanides की उपस्थिति के प्रति संवेदनशील है। गैर-स्टोइकोमेट्रिक ऑक्साइड अक्सर नीले होते हैं।

मोह कठोरता

6-6.1 लगभग।

आणविक वजन

172.12 ग्राम / मोल।

गलनांक

2600 ºC लगभग।

घनत्व

7.132 ग्राम / सेमी ³

घुलनशीलता

गर्म और ठंडे पानी में अघुलनशील। केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड और केंद्रित नाइट्रिक एसिड में घुलनशील। तनु अम्लों में अघुलनशील।

अपवर्तक सूचकांक

2.2।

अन्य गुण

CeO ₂ एक अक्रिय पदार्थ है, यह मजबूत एसिड या क्षार द्वारा हमला नहीं किया जाता है। हालांकि, इसे कम करने वाले एजेंटों की उपस्थिति में एसिड द्वारा भंग किया जा सकता है, जैसे कि हाइड्रोजन पेरोक्साइड (एच ₂ ओ ₂) या टिन (II), दूसरों के बीच, सेरियम (III) समाधान पैदा करते हैं।

इसमें उच्च तापीय स्थिरता है। यह सामान्य हीटिंग अंतराल के दौरान क्रिस्टलोग्रैफिक परिवर्तनों से नहीं गुजरता है।

इसका हाइड्रेटेड व्युत्पन्न (CeO ₂.nH ₂ O) एक पीला और जिलेटिनस अवक्षेप है जो आधारों के साथ सेरियम (IV) के समाधानों का उपचार करके प्राप्त किया जाता है।

CeO ₂ गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल ट्रैक्ट से खराब अवशोषित होता है इसलिए इसका कोई विषैला प्रभाव नहीं होता है।

अनुप्रयोग

- धातुकर्म उद्योग में

CeO ₂ का उपयोग कुछ वेल्डिंग प्रौद्योगिकियों के इलेक्ट्रोड में किया जाता है, जैसे कि अक्रिय गैस टंगस्टन आर्क वेल्डिंग।

ऑक्साइड टंगस्टन मैट्रिक्स में बारीक रूप से फैला होता है। कम वोल्टेज पर ये CeO ₂ कण अकेले टंगस्टन की तुलना में अधिक विश्वसनीयता देते हैं।

- कांच उद्योग में

कांच की पॉलिश

CeO ₂ बोतल, गुड़ और पसंद के लिए सोडा-लाइम ग्लास डिस्क्लोज कर सकता है। Ce (IV) Fe (II) अशुद्धियों का ऑक्सीकरण करता है, जो Fe (III) को एक नीला-हरा रंग प्रदान करता है, जो 10 गुना कमजोर पीला रंग देता है।

विकिरण प्रतिरोधी ग्लास

ग्लास में 1% CeO _{2 के} अलावा टीवी ग्लास में उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों की बमबारी के कारण कांच के मलिनकिरण या अंधेरा को दबा देता है। परमाणु उद्योग में गर्म कोशिकाओं में खिड़कियों में इस्तेमाल होने वाले कांच का भी यही हाल है, क्योंकि यह गामा-रे-प्रेरित मलिनकिरण को दबा देता है।

माना जाता है कि दमन तंत्र कांच की जाली में Ce ⁴⁺ और Ce ³⁺ आयनों की उपस्थिति पर निर्भर करता है ।

प्रकाशयुक्त चश्मा

कुछ ग्लास योगों में अव्यक्त छवियां विकसित हो सकती हैं जिन्हें तब एक स्थायी संरचना या रंग में परिवर्तित किया जा सकता है।

इस प्रकार के ग्लास में CeO _{2 होता है} जो UV विकिरण को अवशोषित करता है और ग्लास मैट्रिक्स में इलेक्ट्रॉनों को छोड़ता है।

उपचार के बाद, ग्लास में अन्य यौगिकों के क्रिस्टल का विकास होता है, जो इलेक्ट्रॉनिक या सजावटी उपयोगों के लिए विस्तृत पैटर्न बनाता है।

- एनामेल्स में

अपने उच्च अपवर्तक सूचकांक के कारण, CeO ₂ तामचीनी रचनाओं में एक ओपेकिंग एजेंट है जिसका उपयोग धातुओं पर सुरक्षात्मक कोटिंग्स के रूप में किया जाता है।

इसकी उच्च तापीय स्थिरता और ग्लेज़िंग प्रक्रिया के दौरान पहुंची तापमान की पूरी श्रृंखला में इसकी अनूठी क्रिस्टलोग्राफिक आकृति, इसे पोर्सिलेन ग्लेज़ में उपयोग के लिए उपयुक्त बनाती है।

इस आवेदन में CeO ₂ तामचीनी बर्नआउट के दौरान वांछित सफेद कोटिंग प्रदान करता है। यह वह घटक है जो अपारदर्शिता प्रदान करता है।

- जिरकोनियम सिरेमिक में

ज़िरकोनिया सिरेमिक एक थर्मल इन्सुलेटर है और इसका उपयोग उच्च तापमान अनुप्रयोगों में किया जाता है। यह उच्च शक्ति और क्रूरता के लिए एक योजक की आवश्यकता है। जिरकोनिया में CeO ₂ को जोड़ना असाधारण क्रूरता और अच्छी ताकत के साथ एक सामग्री का उत्पादन करता है।

CeO _2- डोपेड ज़िरकोनियम ऑक्साइड का उपयोग कोटिंग्स में धातु सतहों पर थर्मल बैरियर के रूप में कार्य करने के लिए किया जाता है।

उदाहरण के लिए, विमान के इंजन के हिस्सों में ये कोटिंग्स उच्च तापमान से बचाती हैं जिससे धातुएं उजागर होंगी।

जेट इंजिन। जेफ डाहल, Xavigivax द्वारा स्पेनिश अनुवाद: विकिपीडिया कॉमन्स

- वाहन उत्सर्जन के नियंत्रण के लिए उत्प्रेरक में

CeO ₂ वाहन उत्सर्जन से प्रदूषकों को हटाने में एक सक्रिय घटक है। यह काफी हद तक इसके आस-पास की स्थितियों के आधार पर ऑक्सीजन को स्टोर करने या छोड़ने की क्षमता के कारण है।

मोटर वाहनों में उत्प्रेरक कनवर्टर इंजन और निकास गैस आउटलेट के बीच स्थित है। इसमें एक उत्प्रेरक होता है जो अप्रकाशित हाइड्रोकार्बन को ऑक्सीकरण करना चाहिए, सीओ को सीओ _{2 में} बदलना चाहिए, और एन ₂ और ओ ₂ को नाइट्रोजन ऑक्साइड, एनओ _{एक्स को} कम करना चाहिए ।

मोटर वाहन के आंतरिक दहन इंजन से निकास गैसों के लिए उत्प्रेरक कनवर्टर। अंग्रेजी विकिपीडिया स्रोत पर Ahanix1989: विकिपीडिया कॉमन्स

प्लैटिनम और अन्य उत्प्रेरक धातुओं के अलावा, इन बहुक्रियाशील प्रणालियों का मुख्य सक्रिय घटक CeO _{2 है} ।

प्रत्येक उत्प्रेरक कनवर्टर में 50-100 ग्राम बारीक विभाजित CeO _{2 होता है}, जो कई कार्य करता है। सबसे महत्वपूर्ण हैं:

उच्च सतह क्षेत्र एल्यूमिना के लिए एक स्टेबलाइजर के रूप में कार्य करता है

उच्च सतह क्षेत्र एल्यूमिना उच्च तापमान संचालन के दौरान इसकी उच्च सतह क्षेत्र को खोने से, पापी को जाता है। यह CeO ₂ की उपस्थिति से विलंबित है ।

यह ऑक्सीजन बफर-रिलीजर के रूप में व्यवहार करता है

नॉन-स्टोइकोमेट्रिक ऑक्साइड CeO _2-x बनाने की अपनी क्षमता के अनुसार, सेरियम (IV) ऑक्साइड ऑक्सीजन दुबला / ईंधन समृद्ध चक्र अवधि के दौरान अपनी संरचना से मौलिक ऑक्सीजन प्रदान करता है।

इस प्रकार, इंजन से आने वाले अप्रसारित हाइड्रोकार्बन का ऑक्सीकरण और CO ₂ का CO में रूपांतरण तब भी _{जारी रह सकता है}, जब ऑक्सीजन गैस अपर्याप्त हो।

फिर, ऑक्सीजन युक्त चक्र अवधि में, यह ऑक्सीजन और पुन: ऑक्सीकरण करता है, इसके स्टोइकोमेट्रिक फॉर्म CeO _{2 को} पुनर्प्राप्त करता है ।

अन्य

यह नाइट्रोजन ऑक्साइड की कमी में _x और नाइट्रोजन और ऑक्सीजन में रोडियाम की उत्प्रेरक क्षमता का एक काम करता है ।

- रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कटैलिसीस में

रिफाइनरियों की उत्प्रेरक क्रैकिंग प्रक्रियाओं में, CeO ₂ एक उत्प्रेरक ऑक्सीडेंट के रूप में कार्य करता है जो SO ₂ से SO ₃ के रूपांतरण में मदद करता है और प्रक्रिया के विशिष्ट जाल में सल्फेट्स के गठन को बढ़ावा देता है।

CeO ₂ आयरन ऑक्साइड-आधारित उत्प्रेरक की गतिविधि में सुधार करता है जिसका उपयोग एथिलबेनज़ीन से शुरू होने वाले स्टाइलिन को प्राप्त करने के लिए किया जाता है। यह संभवतः Fe (II) - Fe (III) और Ce (III) - Ce (IV) ऑक्सीकरण कटौती जोड़े के बीच सकारात्मक बातचीत के कारण है।

- जैविक और बायोमेडिकल अनुप्रयोगों में

सुपरओक्साइड, हाइड्रोजन पेरोक्साइड, हाइड्रॉक्सिल, और नाइट्रिक ऑक्साइड कट्टरपंथी जैसे मुक्त कणों को परिमार्जन करके CEO ₂ नैनोकणों को पाया गया है ।

वे जैविक ऊतकों को विकिरण-प्रेरित क्षति, लेजर-प्रेरित रेटिनल क्षति से बचा सकते हैं, फोटोरिसेप्टर कोशिकाओं के जीवन काल को बढ़ा सकते हैं, रीढ़ की चोटों को कम कर सकते हैं, पुरानी सूजन को कम कर सकते हैं और एंजियोजेनेसिस या रक्त वाहिका निर्माण को बढ़ावा दे सकते हैं।

इसके अतिरिक्त, CeO ₂ नैनोकणों वाले कुछ नैनोफिबर्स को बैक्टीरिया के उपभेदों के खिलाफ विषाक्त होना दिखाया गया है, जो जीवाणुनाशक अनुप्रयोगों के लिए आशाजनक उम्मीदवार हैं।

- अन्य उपयोग

CeO ₂ एक उत्कृष्ट रासायनिक स्थिरता, उच्च सापेक्ष पारगम्यता (यह एक विद्युत क्षेत्र लागू होने पर ध्रुवीकरण करने की उच्च प्रवृत्ति है) और सिलिकॉन के समान एक क्रिस्टलीय जाली के कारण एक विद्युत इन्सुलेट सामग्री है।

इसमें कैपेसिटर में आवेदन और सुपरकंडक्टिंग सामग्री की परतों को डुबोना पाया गया है।

इसका उपयोग गैस सेंसर, ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल इलेक्ट्रोड सामग्री, ऑक्सीजन पंप और ऑक्सीजन मॉनिटर में भी किया जाता है।

संदर्भ

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