ცერიუმი

ცერიუმი (; ქიმიური სიმბოლო — ) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეექვსე პერიოდის, ჯგუფგარეშე (ძველი კლასიფიკაციით მესამე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, ბ) ქიმიური ელემენტი. განეკუთვნება ლანთანოიდების ოჯახს. ატომური ნომერია — 58, ატომური მასა — 140.12, დნ — 795 °, დუღ — 3443 °, სიმკვრივე — 6.770 გ/სმ3. რუხი ფერის იშვიათ მიწათა ელემენტი. ცერიუის ჟანგვის ხარისხია +3 და +4. ოთახის ტემპერატურაზე რეაგირებს 2, , 3, 24, გახურებისას — ჰალოგენებთან, 2, , . ღებულობენ ცერიუმის ტრიფთორიდის ლითონთერმული აღდგენით, ქლორიდის ნალღობის ელექტროლიზით. იყენებენ შენადნობებში და სხვაგან.

ისტორია
სახელი მიენიჭა მცირე პლანეტებს შორის ყველაზე დიდი პლანეტის, ცერერას პატივსაცემად, რომელსაც თავის მხრივ რომაული ნაყოფიერების ქალღმერთის პატივსაცემად დაარქვეს ცერერა.

გერმანელმა ქიმიკოსმა მ. გ. კლაპროტმა, აღმოაჩინა ცერიუმის მიწა თითქმის ერთდროულად თავის შვედ კოლეგებთან - ვილჰელმ ჰიზინგერთან და იენს ბერცელიუსთან ერთად, და სურდა «ცერიუმის» მაგივრად «ცერერიუმი» სახელის მიცემა. ბერცელიუსმა შეძლო თავისი ვარიანტის გატანა რადგან კლაპროტის ვარიანტი უფრო ძნელად წარმოსანთქმელი იყო.

ბუნებაში
დედამიწის ქერქში ცერიუმის შემცველობა მიახლოებით 70 გრ/ტ, ოკეანის წყალში 5,2 მგრ/ლ.

საბადოები
ცერიუმის მთავარი საბადოები არის აშშ, ყაზახეთში, რუსეთში, უკრაინაში, ავსტრალიაში, ინდოეთში და სკანდინავიაში.

იზოტოპები
ბუნებრივი ცერიუმი შედგება ოთხი სტაბილური იზოტოპის ნარევისაგან: 136 (0,185 %), 138 (0,251 %), 140 (88,450 %) და 142 (11,114 %). ორმა მათგანმა (136 და 142) პრინციპში შეიძლება ორმაგი ბეტა-დაშლა განიცადოს, თუმცა მათი რადიოაქტიურობა არ შეიმჩნევა, დადგენილია მხოლოდ ნახევარდაშლის პერიოდის ქვედა ზღვარი (3,8 წელი და 5,0 წელი, შესაბამისად). ცნობილია ასევე ცერიუმის 26 რადიონუკლიდი. მათ შორის ყველაზე სტაბილურია 144 (ნახევრდაშლის პერიოდით 284,893 დღე), 139 (137,640 დღე) და 141 (32,501 დ). დანარჩენ ცნობილ ცერიუმის რადიონუკლიდებს აქვთ 4 დღეზე ნაკლები ნახევარდაშლის პერიოდი, ხოლო მათ უმრავლესობას — 10 წთ-ზე ნაკლები. ცნობილია ასევე ცერიუმის იზოტოპის 2 იზომერული მდგომარეობა.

ცერიუმ-144 (ნახევარდაშლის პერიოდი 285 დღეღამე) წარმოადგენს ურან-235-ის დაშლის ერთ-ერთ პროდუქტს, რის გამოც დიდი რაოდენობით გამომუშავდება ბირთვულ რეაქტორებში. გამოიყენება დიოქსიდის სახით (სიმკვრივე მიახლოებით 6,4 გრ/სმ³) დენის რადიოიზოტოპურ წყაროებში როგორც სითბოს წყარო, მისი ენერგო გამოყოფა შეადგენს მიახლოებით 12,5 ვტ/სმ³.

სტანდარტული ატომური მასა
ცერიუმის სტანდარტულ ატომურ მასად მიღებულია — 140.12 (140.115686), რომელიც როგორც წესი იანგარიშება ბუნებაში არსებულ ყველა სტაბილურ იზოტოპტთა საშუალო შეწონილი მასით, მათი დედამიწის ქერქსა და ატმოსფეროში გავრცელების პროპორციულად.

მიღება
მიიღებენ ცერიუმის ფტორიდის 3 ელექტროლიზით.

ფიზიკური თვისებები
მოვერცხლისფრო-თეთრი ფერის ლითონია. სიმკვრივეა 6,77 გრ/სმ³. ლღვობის ტემპერათურა 804 °. დუღილის ტემპერატურაა 3260 °.

ქიმიური თვისებები
ცერიუმი იშვიათმიწა ლითონია, ჰაერზე არამდგრადია და თანდათანობით იჟანგება, გარდაიქმნება თეთრ ცერიუმის ოქსიდად.

გამოყენება
მეტალურგია
თანამედროვე ტექნიკაში ფართოდ გამოიყენება მისი განსაკუთრებული თვისება (როგორც ყველა ლანთანოიდი) რკინის და მაგნიუმის საფუძველზე შენადნობების მოდიფიცირებისა, 1 %-მდე ცერიუმის დამატება მაგნიუმზე მკვეთრად ზრდის მის სიმტკიცეს ხლეჩაზე და წინაღობას დენადობის მიმართ.
ცერიუმი ზრდის ალუმინის, სპილენძის, ნიობიუმის და ტიტანის ელექტროგამტარობას.

კონსტრუქციული ფოლადის ლეგირება ცერიუმით მნიშვნელოვნად ზრდის მის სიმტკიცეს. აქ ცერიუმი ჩვეულებრივ მოქმედებს ლანთანის ანალოგიურად. მაგრამ რადგანაც ცერიუმი და მისი ნაერთები ლანთანზე უფრო იაფი და ხელმისაწვდომია, ცერიუმის მნიშვნელობა როგორც მალეგირებელი დანამატი უფრო მეტია ვიდრე ლანთანის.

ალუმინის ლეგირება ცერიუმით მკვეთრად ზრდის მის სიმტკიცეს და ელექტროგამტარობას (რამდენიმე პროცენტით).

აღსანიშნავია ის გარემოება, რომ ცერიუმი ზოგ ლითონთან შედუღებისას რეაგირებენ აქტიურად ინტერმეტალიდების წარმოქმნით. ცერიუმის დამახასიათებელი თვისებაა აქტიური რეაქცია თუთიასთან შედუღებისას ან თუთიისა და ცერიუმის ფხვნილების ლოკალური გახურებისას. ეს რექცია მიმდინარეობს ძლიერი აფეთქების ფორმით, ამიტომაც მეტად საშიშია ცერიუმის ნაჭერის დამატება გამდნარ თუთიაზე — მიმდინარეობს კაშკაშა და ძლიერი აფეთქება.

კატალიზატორები
ქიმიურ და ნავთობის მრეწველობაში ცერიუმის დიოქსიდი 2 (გალღვ. ტემპერატურა 2600 °) გამოიყენებენ როგორც კატალიზატორს. კერძოდ, 2 კარგად აჩქარებს პრაქტიკულად მნიშვნელოვან რეაქციას წყალბადსა და ნახშირბადის ჟანგთან. ასევე კარგად და საიმედოდ მუშაობს ცერიუმის დიოქსიდი აპარატებში, სადაც ხდება სპირტების დეჰიდროგენიზაცია. ცერიუმის სხვა ნაერთი - ცერიუმის სულფატი (4)2 — ითვლება პერსპექტიულ კატალიზატორად გოგირდჟანგების წარმოებაში. ის მეტად აჩქარებს ჟანგვის რეაქციას.

თერმოელექტრული მასალები
ცერიუმის სულფიდი გამოიყენება როგორც მაღალეფექტური მაღალტემპერატურული თერმოელექტრული მასალა, ეფექტურობის ასამაღლებლად ჩვეულებრივ სტრონციუმის სულფიდით ლეგირდება.

მინის წარმოება
ატომურ ტექნიკაში ფართოდ გამოიყენება ცერიუმ-შემცველი მინა — ისინი არ ფერმკრთალდებიან რადიაციის ზემოქმედებით, რაც იძლევა საშუალებას სქელი მინის დასამზადებლად პერსონალის დასაცავად.

ცერიუმის დიოქსიდი ცერიტი შედის სპეციალური მინების შემადგენლობაში როგორც დამაღიავებელი და ზოგჯერ ღია-ყვითელი საღებავი.

აბრაზიული მასალები
ცერიუმის დიოქსიდი — პოლირიტის ძირითადი კომპონენტია, პოლირების ყველაზე ეფექტიანი ფხვნილისათვის, რომლითაც ხდება ოპტიკური და სარკის მინის პოლირება. პოლირიტი — ყავისფერი ფხვნილია, რომელიც შედგება იშვიათმიწა ელემენტების ოქსიდებისაგან. ცერიუმის ოქსიდი მასში 45 %-ზე ნაკლები არა არის. ცნობილია, რომ პოლირიტზე გადასვლის შემდეგ პოლირების ხარისხმა გაცილებით იმატა. ხარკოვის ძერჟინსკის სახელობის ქარხანაში, მაგალითად, პირველხარისხოვანი სარკის წარმოება პოლირიტზე გადასვლის შემდეგ გაიზარდა 10-ჯერ. გაიზარდა კონვეიერის მწარმოებლურობაც — იმავე დროში პოლირიტი ორჯერ მეტ მასალას აცილებს, ვიდრე სხვა პოლირების საშუალებები.

პიროფორული შენადნობები
ცერიუმის შენადნობი სადაც, 50 % რკინაა (ფეროცერიუმი), ზოგჯერ კი მიშმეტალი გამოიყენება როგორც ხელოვნური «კაჟი» სანთებელაში.

შუქის წყაროები
ცერიუმის ტრიფტორიდი გამოიყენება როგორც მინარევი ნახშირის დამზადებისას რკალური შუქის წყაროებში, მისი დამატება ნახშირის მასალაში მკვეთრად ზრდის ნათების სიკაშკაშეს.

ცერიუმის ოქსიდი ტიტანის დიოქსიდთან ერთად გამოიყენება ფერადი მინების მოსახარშად, რომლის შეფერილობა ღია-ყვითელიდან ნარინჯისფრამდეა.

ცეცხლგამძლე მასალები
როგორც უაღრესად ცეცხლგამძლე მასალებს, გამოიყენებენ ცერიუმის დიოქსიდს (2300 °-მდე მჟანგავ და ინერტულ ატმოსფეროში), ცერიუმის სულფიდს (1800 °-მდე აღმდგენ ატმოსფეროში).

ცერიუმი მედიცინაში
ცერიუმის მარილები გამოიყენებიან «ზღვის დაავადების» სამკურნალოდ და სიმტომების თავიდან ასაცილებლად. სტომატოლოგიაში გამოიყენება ცერიუმიანი ფოლადი და კერამიკა ცერიუმოს დიოქსიდის შემცველობით.

საწავავის ელემენტები
ცერიუმის დიოქსიდი გამოიყენება როგორც მაღალტემპერატურული საწვავის ელემენტების მყარი ელექტროლიტის კომპონენტი.

დენის ქიმიური წყაროები
ვერიუმის ტრიფტორიდი სტრონციუმის ფტორიდთან შედუღებული გამოიყენება ძალიან მძლავრი მყარსხეულიანი აკუმულატორების/ბატარეების წარმოებაში. ასეთი ბატარეების ანოდები წარმოადგენენ სუფთა ლითონურ ცერიუმს.

ტოქსიკურობა
ტოქსიკურად ზემოქმედებს თევზებზე და დაბალ წყლის ორგანიზმებზე. გააჩნია ბიოაკუმულაციის თვისება. ზღვრული დასაშვები კონცენტრაცია სასმელ წყალში შეადგენს 0-0,05 მგ/ლ.