Cer

Cer ist die Bezeichnung für das chemische Element mit der Ordnungszahl 58 und dem Elementsymbol Ce. Der Name des 1803 von Jöns Jacob Berzelius und Wilhelm von Hisinger sowie gleichzeitig von Martin Heinrich Klaproth entdeckten chemischen Grundstoffs ist auf den Kleinplaneten Ceres (Entdeckungsjahr 1801) zurüchzuführen, der seinerseits nach der römischen Fruchtbarkeitsgöttin Ceres benannt wurde.

Das auch Cerium oder Zer genannte Element zählt zu den Gruppen der Lanthanoide, der Inneren Übergangselemente (f-Block) und der Seltenen Erden. In reiner Form zeigt es sich als silberweißes, weiches, mit dem Messer schneidbares und sehr dehnbares Metall, das in mehreren allotropen Formen auftritt.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Cer

 

Das Ce-Atom - und damit das chemische Element Cer - ist eindeutig durch die 58 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Ceratom sorgen ebensoviele Elektronen.

Für Varianten an Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Cer-Isotope zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort). Die auch Nuklide genannten Atomsorten unterscheiden sich in der Anzahl der Neutronen.

Die irdischen Cer-Vorkommen bestehen aus einer Mischung von vier dieser Cer-Nuklide, die insgesamt in einem relativ stabilen Verhältnis zueinander auftreten. Die relative Atommasse des Cers von 140,116(1) u ergibt sich aus den einzelnen Nuklidmassen und deren Häufigkeiten zueinander als statistischer Durchschnittswert mit einem gewissen Unsicherheitsfaktor (in Klammern).

 

Elektronenkonfiguration

Die Elektronenkonfiguration des Cers im ungeladenen Grundzustand:

Symbol

OZ

Kurzform

1s

2s

2p

3s

3p

3d

4s

4p

4d

4f

5s

5p

5d

5f

6s

6p

6d

6f

Ce

58

[Xe] 4f1 5s1 6s2

2

2

6

2

6

10

2

6

10

1

1

6

2

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE der Cers, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Ce-Atom zu trennen.

1. IE:

5,5387 eV

2. IE:

10,85 eV

3. IE:

20,198 eV

4. IE:

36,758 eV

5. IE:

66,55 eV

6. IE:

77,6 eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Cer-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p1/2	2p3/2
40443	6549	6164	5723

 

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p1/2	3p3/2	3d3/2	3d5/2
1436	1274	1187*	902,4	883,8

 

NI	NII	NIII	NIV	NV	NVI	NVII
4s	4p1/2	4p3/2	4d3/2	4d5/2	4f5/2	4f7/2
291,0	223,2	206,5	109	-	0,1	0,1

 

OI	OII	OIII	OIV	OV
5s	5p1/2	5p3/2	5d3/2	5d5/2
37,8	19,8	17,0

 

Weitere Daten

 

Spektrallinien des Cers

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Cers mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

 

 

Cer besitzt 4 Valenzelektronen, die allesamt abgegeben werden können, um Cer(IV)-Verbindungen mit dem gelben bis orangefarbigen Ce⁴⁺-Kation zu bilden.

Die meisten Lanthanoide können nur drei Elektronen als Valenzelektronen verwenden, da die verbleibenden 4f-Elektronen zu stark an den Kern gebunden sind. Cer ist damit eine Ausnahme, da die leere f-Schale in Ce⁴⁺ stabil ist.

Das farblose Ce(III)-Kation tritt bevorzugt auf.

Frisches, glänzendes Cer-Metall läuft an der Luft schnell an; es bildet sich eine Oxid-Schicht, die - ähnlich wie Rost - leicht abplatzt. Ein 1-cm dickes Stück Cer korrodiert so innerhalb eines Jahres vollständig.

 

Chemische Daten

 

Standardpotentiale

Normalpotential des Cers:

E0 (V)	Nox	Name Ox.	Ox.	e-	⇔	Red.	Name Red.	Nox
-2,336	+ III	Cer(III)-Kation	Ce3+	+ 3 e-	⇔	Ce (s)	Cer	0
1,44	+ IV	Cer(IV)-Kation	Ce4+	+ e-	⇔	Ce3+	Cer(III)-Kation	+ III

 

Die nachfolgende Übersicht führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Cer-Metalls auf.

 

 

Cer ist das am häufigsten vorkommende chemische Element der Lanthanoid-Reihe und etwa zu 66 ppm in der Erdkruste enthalten, bezogen auf die Masse; es steht gleich hinter dem Kupfer (68ppm). Cer ist damit noch häufiger als gewöhnliche Metalle wie Blei (13 ppm) oder Zinn (2,1 ppm) - und damit, trotz seiner Zugehörigkeit zu den Seltenen Erden, gar nicht so selten.

Cer kommt in verschiedenen Mineralien vor, von denen die wichtigsten kommerziellen Quellen die Mineralien der Monazit- und der Bastnäsit-Gruppe sind, bei denen der Ce-Gehalt etwa die Hälfte des Lanthanoid-Gehalts ausmacht.

 

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)

Cer ist ein entflammbarer Feststoff (H228), der oberhalb von 150 °C unter heftigem Glühen zum Cerdioxid verbrennt. Cer-Metall ist stark pyrophor, d.h. wenn es geschliffen oder zerkratzt wird, entzünden sich die entstandenen Späne.

Zusätzlich ist Cer gesundheitsschädlich beim Verschlucken, beim Einatmen und bei Berührung mit der Haut, verursacht schwere Augenreizungen und kann zu Atemwegsreizungen führen.

 

[1] - C. G. Mosander:
Ueber Cer, Lanthan und Didym, sowie über Yttererde, Erbium und Terbium.
In: Justus Lebigs Annalen der Chemie, 1843, DOI 10.1002/jlac.18430480218.

[2] - C. G. Mosander:
Ueber Cerium, Lanthanium und Didymium.
In: Archiv der Pharmazie, 1844, DOI 10.1002/ardp.18440870127.

[3] - Jörg Wittig:
Die elektronische Struktur von Lanthan und Cer.
In: Physikalische Blätter, 1977, DOI 10.1002/phbl.19770330305, open access.

[4] - Eric J. Schelter:
Cerium under the lens.
In: Nature Chemistry, 2013, DOI 10.1038/nchem.1602.

 

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Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 31.01.2020.

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