Cerium
Cerium ist das 1. Element der Reihe der Lanthanoide und damit das erste 4f-Element. Es ist das häufigste Element dieser Gruppe. Entsprechend seiner Valenzelektronenkonfiguration 4f1 5d1 6s2 kann es neben Ce(III)-Verbindungen auch solche mit der Oxidationszahl IV bilden, wobei allerdings infolge der festeren Bindung des 4f-Elektrons die Oxidationsstufe III bevorzugt ausgebildet wird. Das dehnbare Schwermetall reagiert mit Sauerstoff und mit den Halogenen oberhalb 200°C. Wichtigster Rohstoff ist der Monazitsand. Nach Abtrennung der anderen Seltenerdmetalle wird CeF3 abgeschieden, aus dem durch Reduktion mit Calcium das Metall gewonnen wird. Cer-Mischmetall (50% Ce, 50% Fe) wird zu Zündsteinen verarbeitet. Ce(IV)-Verbindungn werden als Oxidationsmittel in der Organischen Chemie verwendet.
Eigenschaften des Elements
| Einordnung in das Periodensystem der Elemente und Eigenschaften | Atombau |
| Ordnungszahl: 58 | 58 Protonen 58 Elektronen |
| 6. Periode | 6 besetzte Elektronenschalen |
| Gruppe der Lanthanoide | 3 (4) Außenelektronen |
| Elektronenkonfiguration im Grundzustand | [Xe] 6s24f15d1 |
| Elektronegativität | 1,1 |
| Ionisierungsenergie in eV | 5,47 |
| häufigste Oxidationszahlen | IV, III |
| Atommasse des Elements in u | 140,12 |
| Atomradius in 10- 1 0m | 1,825 |
| Ionenradius in 10- 1 0m | 1,07 (+3); 0,94 (+4) |
| Aggregatzustand im Normalzustand | fest |
Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur
Dichte in  bei 25 °C | 6,78 |
| Härte nach Mohs | 1,5 |
Schallgeschwindigkeit in  | 2100 |
| Schmelztemperatur in °C | 795 |
spezifische Schmelzwärme in  | 39,1 |
| Siedetemperatur in °C | 3470 |
| spezifische Verdampfungswärme in | 2242 |
Standardentropie S0 in  | 58 |
Wärmeleitfähigkeit in  bei 27 °C | 11,3 |
spezifische Wärmekapazität in  | 0,192 |
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3  | |
spez. elektrischer Widerstand in  | 0,7350 |
| Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe) | 0,004 3 |
Isotope des Elements
In der Natur vorkommendes Cerium besteht aus einem Gemisch aus vier stabilen Isotopen. Weitere künstliche, radioaktive Isotope sind erzeugt worden.
| Ordnungszahl Z | Massen- zahl A | Atommasse in u | Häufigkeit in % | Art der Strahlung und Energie in MeV | Halbwertszeit |
| 58 | 136 | 135,907 | 0,19% | ||
| 138 | 137,905 | 0,26% | |||
| 140 | 139,905 | 88,5% | |||
| 141 | 140,908 | künstlich | β  : 0,4 | 32,5 d | |
| 142 | 141,909 | 11,05% | 5 · 101 5 a | ||
| 143 | 142,912 | künstlich | β : 1,1 | 33 h | |
| 144 | 143,913 | künstlich | β : 0,3 | 284 d |
Energieniveauschema
Weitere Eigenschaften
Cerium ist ein gut dehnbares, weiches, silberweiß glänzendes Schwermetall. An der Luft läuft es aufgrund von Oxidation schnell eisengrau an. Cerium hat eine relativ niedrige Schmelz-und Siedetemperatur. Cerium gehört zu den Lanthanoiden. In seinen Verbindungen bildet es die Oxidationsstufen III und IV aus. Es ist ein unedles, stark elektropositives Metall und daher ein starkes Reduktionsmittel. Cerium(IV)-Maßlösungen können in der Cerimetrie bei Redox-Titrationen eingesetzt werden. Cerium ist das reaktionsfreudigste Element aller Lanthanoide. An Luft verbrennt es unter blendend weißer Flamme zu Cerium(IV)-oxid. Mit den Halogenen reagiert Cerium ab 150 °C zu den Ceriumhalogeniden, bei höheren Temperaturen reagiert es mit Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Selen und Tellur unter Bildung der entsprechenden Salze. Heißes Wasser greift Cerium an. In Säuren ist es unter Bildung von Ce3 +-Ionen löslich. Das Element bildet zwei Oxide: Cerium(III)-oxid und Cerium(IV)-oxid.
Entdeckung
Der deutsche Chemiker MARTIN H. KLAPROTH entdeckte bei der Analyse des Minerals «Cerit von Bastnäs» Cerium in Form des Oxids. Er nannte die neue Erde Ochroiterde. Unabhängig voneinander fanden die schwedischen Chemiker JÖNS JACOB BERZELIUS und WILHELM HISINGER (1766 - 1852) auch diese Erde und nannten das Element nach dem kurz zuvor entdeckten Planetoiden Ceres «Cerium». Das chemische Symbol «Ce» wurde 1814 von BERZELIUS vorgeschlagen. CARL GUSTAV MOSANDER (1797 - 1858) gelang es 1825, Cerium durch Reduktion von Cerchlorid mit Natrium herzustellen. 1875 wurde metallisches Cerium von WILLIAM FRANCiES HILLEBRAND (1853 - 1925) und T.H. NORTON durch Schmelzflusselektrolyse von Ceriumchlorid hergestellt.
Vorkommen/Herstellung
Cerium steht an 28. Stelle der Elementhäufigkeit, es ist das häufigste Seltenerdmetall. In der Natur kommt Cerium stets zusammen mit anderen Seltenerdmetallen vor. Wichtige Lagerstätten befinden sich in Skandinavien, den GUS-Staaten, Indien, Südafrika und den USA. Wichtige ceriumhaltige Minerale sind u. a. Cerit, Monazit, Bastnäsit. Ausgangsmaterial für die Herstellung von Cerium ist vorwiegend Monazitsand. Das Mineral wird fein zerkleinert und mit Schwefelsäure aufgeschlossen, die Lanthanoidsulfate durch Zusatz von Oxalsäure ausgefällt und durch Glühen in die Oxide überführt. Cerium wird mithilfe von Ktionenaustausch und Komplexbildung von den anderen Lanthanoiden getrennt und in Ce-Halogenide überführt. Hergestellt wird Cerium dann durch Schmelzflusselektrolyse von CeCl3 oder metallothermisch durch Reduktion von CeCl3 oder CeF3 mit Kalium, Natrium oder Calcium in inerter Atmosphäre.
Verwendung
Zur Verbesserung der Festigkeit, Dehnbarkeit, Gießfähigkeit von Grauguss, Guss-Stahl, Eisen- und Aluminiumlegierungen wird Cerium sowohl als Metall und auch als Cer-Mischmetall verwendet. Mit Eisen legiert (Cereisen), dient es als Zündmetall oder Feuerstein für Feuerzeuge oder Gasanzünder. Cer dient auch zur Desoxidation und Entschwefelung von Stählen, zur Bindung von Spurenelementen wie Antimon, Arsen etc., als Trübungsmittel in Emaillestoffen für Bleche, zur Stabilisierung von Gläsern gegen radioaktive Strahlung und Röntgenstrahlung für die Kerntechnik. Zum Färben und Entfärben von Gläsern werden Ceriumverbindungen verwendet.
Wichtige Verbindungen
Zu den wichtigsten Verbindungen zählen CeCl3 sowie die Halogenide CeF4 und [CeCl6]2-. Auch Komplexe, [Ce(NO3)6]3 -und [CeCl6]2 - sind bekannt.
