# Cerio

Il cerio è l'elemento chimico di numero atomico 58 e il suo simbolo è Ce.
Si tratta di un metallo, duttile, di colore bianco-argenteo. Si ossida rapidamente quando esposto all'aria ed è abbastanza morbido da essere tagliato con un coltello. Il cerio è il secondo elemento della serie dei lantanidi e, mentre spesso mostra lo stato di ossidazione +3 caratteristico della serie, eccezionalmente si presenta anche con uno stato di ossidazione +4 che non si ossida in acqua. È anche tradizionalmente considerato uno degli elementi delle terre rare. Analogamente ad altri lantanoidi di inizio serie quali lantanio, praseodimio e neodimio, il cerio ha un ruolo biologico essenziale nell'ambito del metabolismo di alcuni batteri. Non ha alcun ruolo noto nella biochimica degli eucarioti e quindi anche dell'uomo, per il quale è moderatamente tossico.
Nonostante si trovi sempre in combinazione con gli altri elementi delle terre rare, in minerali come la monazite e la bastnäsite, il cerio è facile da estrarre, grazie alla sua capacità unica tra i lantanidi di essere ossidato allo stato +4. È il più comune dei lantanidi, seguito dal neodimio, dal lantanio e dal praseodimio. È il 26º elemento più abbondante, costituendo 66 ppm (parti per milione) della crosta terrestre, la metà del totale del cloro e il quintuplo del piombo.
Il cerio è stato il primo dei lantanidi ad essere scoperto nel 1803, grazie al lavoro degli svedesi Jöns Jacob Berzelius e Wilhelm Hisinger e indipendentemente da Martin Heinrich Klaproth in Germania, nel 1839 è stato isolato da Carl Gustav Mosander. Il cerio e suoi composti hanno una varietà di impieghi: ad esempio, l'ossido di cerio viene utilizzato per lucidare il vetro ed è una parte importante dei convertitori catalitici. Si trova anche negli accendini per le sue proprietà piroforiche.

## Caratteristiche

Il cerio è un elemento metallico, argenteo, appartenente al gruppo dei lantanoidi. Utilizzato in alcune leghe a base di terre rare, per colore e lucentezza somiglia al ferro ma è più tenero, duttile e malleabile; all'aria si ossida rapidamente.
Fra gli elementi delle terre rare, solo l'europio è più reattivo del cerio. È attaccato rapidamente da soluzioni alcaline e da acidi, sia diluiti sia concentrati. Il metallo puro può facilmente prender fuoco se graffiato con una lama.
A causa della relativa vicinanza dell'orbitale 4f con gli orbitali più esterni, il cerio presenta interessanti caratteristiche chimiche variabili. Ad esempio la compressione o il raffreddamento di questo metallo ne cambiano lo stato di ossidazione, che passa approssimativamente da 3 a 4. Nello stato di ossidazione +3, è denominato ceroso mentre nello stato di ossidazione +4 è detto cerico.
I sali cerici del cerio (IV) sono giallastri o rosso-arancioni mentre i sali cerosi del cerio (III) sono normalmente bianchi.

## Applicazioni

Utilizzi del cerio:

### In metallurgia

* il cerio è utilizzato nella produzione delle leghe di alluminio e di alcuni acciai.
* L'aggiunta di cerio alle fusioni in ghisa evita la grafitizzazione e consente la produzione di ghisa malleabile.
* Negli acciai, può aiutare a ridurre solfuri e ossidi, inoltre consente la degasazione.
* Viene utilizzato nella produzione degli acciai inossidabili come agente indurente per precipitazione.
* Nelle leghe di magnesio, una percentuale di cerio fra il 3 ed il 4%, insieme allo 0,2-0,6% di zirconio, aiuta a ridurre la granularità e consente la realizzazione di fusioni di forme complesse, aumentando inoltre la resistenza al calore.
* Viene utilizzato in leghe per magneti permanenti.
* È un componente del Mischmetal, abbondantemente utilizzato nella produzione di leghe ad alta piroforicità per accendisigari.
Inoltre:
* Il cerio è anche utilizzato nelle lampade ad arco voltaico, particolarmente nell'industria del cinema.
* Il solfato cerico è ampiamente utilizzato come agente ossidante volumetrico nell'analisi quantitativa.
* Composti di cerio sono utilizzati nella produzione del vetro, sia come componenti sia come decoloranti.
* Composti di cerio sono anche utilizzati per produrre smalti colorati.
* Composti del cerio(III) e cerio(IV) hanno un utilizzo come catalizzatori nella sintesi di composti organici.

### Ossido di cerio

Vedi Ossido di cerio(III) e Ossido di cerio(IV)

## Storia

Il cerio fu scoperto nel 1803 in Svezia da Jöns Jacob Berzelius e Wilhelm Hisinger ed in Germania, indipendentemente, da Martin Heinrich Klaproth. Il nome cerio venne dato da Berzelius dal nome del pianeta nano Cerere, scoperto due anni prima (1801).

## Disponibilità

Fra gli elementi delle terre rare, il cerio è l'elemento più abbondante nella crosta terrestre, nella percentuale approssimativa dello 0,0046% (ovvero 49 ppm).
È contenuto in un certo numero di minerali, i più importanti dei quali sono l'allanite (Ca, Ce, La, Y)$_2$(Al, Fe)$_3$(SiO$_4$)$_3$(OH), la monazite (Ce, La, Th, Nd, Y)PO$_4$, la bastnasite (Ce, La, Y)CO$_3$F, l'hydroxylbastnasite (Ce, La, Nd)CO$_3$(OH, F), il rhabdophane (Ce, La, Nd)PO$_4$-H$_2$O e la synchysite Ca(Ce, La, Nd, Y)(CO$_3$)$_2$F.
Fra tutti questi, i più importanti industrialmente sono la monazite (prevalentemente sotto forma di giacimenti di sabbie monazitiche) e la bastnasite. Nella maggior parte dei casi, la preparazione del cerio avviene per mezzo di processi di separazione a scambio ionico. Si prevede che i depositi di monazite, allanite e bastnasite saranno in grado di fornire cerio, torio ed altri elementi delle terre rare ancora per molti anni.

## Composti

Il cerio è caratterizzato da due comuni stati di ossidazione +3 e +4. Il composto più comune è l'ossido di cerio(IV) (CeO$_2$), utilizzato come agente lucidante oltre che come catalizzatore, incorporato nelle pareti dei forni autopulenti. Il solfato di cerio(IV) e ammonio (NH$_4$)$_2$Ce(SO$_4$)$_3$ e il nitrato di cerio(IV) e ammonio (ceric ammonium nitrate o CAN, (NH$_4$)$_2$Ce(NO$_3$)$_6$) sono due comuni reagenti ossidanti utilizzati nelle titolazioni.
Il cloruro di cerio(III), CeCl$_3$, viene impiegato per facilitare le reazioni sui gruppi carbonili in chimica organica. Altri composti importanti sono il carbonato di cerio(III) (Ce$_2$(CO$_3$)$_3$), il fluoruro di cerio(III) (CeF$_3$) e il solfato di cerio(IV) (solfato cerico, Ce(SO$_4$)$_2$).

## Isotopi

In natura il cerio è composto dall'isotopo stabile $^{140}$Ce (88,45%) e tre isotopi debolissimamente radioattivi: $^{136}$Ce (0,185%), $^{138}$Ce (0,251%), e $^{142}$Ce (11,114%).
Il $^{136}$Ce, avente emivita di 7×10$^{13}$ anni, è soggetto al doppio decadimento β+ (374,2 keV) per dare il $^{136}$Ba, stabile.
Il $^{138}$Ce, avente emivita di 9×10$^{13}$ anni, è soggetto a doppia cattura elettronica (693 keV) per dare il $^{138}$Ba, stabile.
Il $^{142}$Ce, avente emivita di 5×10$^{16}$ anni è soggetto a doppio decadimento β- (1417 keV) per dare il $^{142}$Nd (stabile), ma è anche soggetto a decadimento α (1298 keV), per dare il $^{138}$Ba, stabile.
Sono noti altri 35 radioisotopi, con numeri di massa che vanno dal 119 ($^{119}$Ce) al 157 ($^{157}$Ce): i più stabili fra essi sono $^{144}$Ce con emivita di 284,893 giorni, $^{139}$Ce con 137,640 giorni e $^{141}$Ce con 32,501 giorni. Tutti gli altri radioisotopi hanno emivite di meno di 4 giorni e la gran parte di essi non arriva a 10 minuti. Di questo elemento si conoscono anche due stati metastabili.

## Precauzioni

Il cerio, come tutte le terre rare, è moderatamente tossico. È un forte riducente e si incendia spontaneamente all'aria se riscaldato fino a 65-80 °C. Il cerio può reagire con lo zinco in modo esplosivo e la sua reazione con il bismuto e l'antimonio è molto esotermica. I fumi esalanti da incendi di cerio sono tossici. Non si deve usare acqua per spegnere incendi di cerio, perché dalla reazione chimica fra cerio e acqua si sprigiona idrogeno, che è altamente infiammabile. Lavoratori esposti al cerio hanno accusato prurito, sensibilità al calore e lesioni cutanee; animali cui sono state iniettate forti dosi di cerio sono morti per collasso cardiovascolare.
L'ossido di cerio (IV) è un potente ossidante ad alte temperature e reagisce con materiale organico combustibile. Anche se il cerio in sé non è radioattivo, il cerio commercialmente disponibile può contenere tracce di torio, che invece lo è. Il cerio non svolge alcun ruolo biologico noto negli organismi viventi.