セリウム

セリウム、  58 Ce
セリウム
発音/ ˈ s ɪər i ə m / ⓘ ​( SEER -ee-əm )
外観銀白色
標準原子量 A r °(Ce)
  • 140.116 ± 0.001 [1]
  • 140.12 ± 0.01  （要約）[2]
周期表におけるセリウム
水素ヘリウム
リチウムベリリウムボロン炭素窒素酸素フッ素ネオン
ナトリウムマグネシウムアルミニウムシリコンリン硫黄塩素アルゴン
カリウムカルシウムスカンジウムチタンバナジウムクロムマンガン鉄コバルトニッケル銅亜鉛ガリウムゲルマニウム砒素セレン臭素クリプトン
ルビジウムストロンチウムイットリウムジルコニウムニオブモリブデンテクネチウムルテニウムロジウムパラジウム銀カドミウムインジウム錫アンチモンテルルヨウ素キセノン
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインシュタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
–
↑
Ce
↓
Th
ランタン←セリウム→プラセオジム
原子番号 （Z）58
グループfブロックグループ（番号なし）
期間6期
ブロック  fブロック
電子配置[ Xe ] 4f 1 5d 1 6s 2 [3]
殻あたりの電子数2、8、18、19、9、2
物理的特性
STPでの 位相固体
融点1068  K (795 °C、1463 °F)
沸点3716 K (3443 °C、6229 °F)
密度（20℃）β-Ce: 6.689 g/cm 3
γ-Ce: 6.769 g/cm 3  [4]
液体の場合（  mp）6.55 g/cm 3
融解熱5.46  kJ/モル
蒸発熱398 kJ/モル
モル熱容量26.94 J/(モル·K)
蒸気圧
P （パ）1101001キロ1万10万
T （K）で 199221942442275431593705
原子の性質
酸化状態共通：+3、+4
+2 [5]
電気陰性度ポーリングスケール：1.12
イオン化エネルギー
  • 1位: 534.4 kJ/モル
  • 2番目: 1050 kJ/モル
  • 3位: 1949 kJ/mol
  • （もっと）
原子半径経験的： 午後181.8
共有結合半径午後204±9時
スペクトル範囲における色の線
セリウムのスペクトル線
その他の特性
自然発生原始的な
結晶構造β-Ce:二重六方最密充填（dhcp）（hP4）
格子定数
β-Ceの二重六方最密充填結晶構造：セリウム
a  = 0.36811 nm
c  = 1.1857 nm (20℃) [4]
結晶構造γ-Ce:面心立方（fcc）（cF4）
格子定数
γ-Ceの面心立方結晶構造：セリウム
a  = 0.51612 nm (20℃) [4]
熱膨張β-Ce:6.1 × 10 −6 /K
γ-Ce:6.1 × 10 −6 /K（20℃）[4]
熱伝導率11.3 W/(m⋅K)
電気抵抗率β-Ce、ポリ：828 nΩ⋅m ( 室温で)
磁気秩序常磁性[6]
モル磁化率β-Ce:+2 450 .0 × 10 -6  cm 3 /mol (293 K) [7]
ヤング率γ-Ce: 33.6 GPa
せん断弾性率γ-Ce: 13.5 GPa
体積弾性率γ-Ce: 21.5 GPa
音速の 細い棒2100 m/s（20℃時）
ポアソン比γ-Ce: 0.24
モース硬度2.5
ビッカース硬度210～470MPa
ブリネル硬度186～412 MPa
CAS番号7440-45-1
歴史
ネーミング準惑星ケレスにちなんで名付けられ、ケレス自身はローマの農業の神ケレスにちなんで名付けられました。
発見マルティン・ハインリヒ・クラプロート、ヴィルヘルム・ハイジンガー、イェンス・ヤコブ・ベルゼリウス(1803)
最初の隔離ウィリアム・フランシス・ヒルブランド(1875)
セリウムの同位体
主な同位体[8]減衰
アイソトープ豊富半減期 （t 1/2）モード製品
西暦134年シンセ3.16日ε134ラ
西暦136年0.186%安定した
西暦138年0.251%安定した
西暦139年シンセ137.64日ε139ラ
西暦140年88.4%安定した
西暦141年シンセ32.505日β −141 Pr
西暦142年11.1%安定した
西暦143年シンセ33.039時間β −143 Pr
西暦144年シンセ284.89日β −144 Pr
 カテゴリー: セリウム
|参照

セリウムは化学元素です。記号 Ce、原子番号58で、柔らかく延性のある銀白色の金属で、空気に触れると変色します。セリウムはランタノイド系列の2番目の元素であり、この系列の特徴である+3の酸化状態を示すことが多いですが、水を酸化しない安定した+4の状態も持っています。希土類元素の一つと考えられています。セリウムはヒトにおける生物学的役割は知られていませんが、強いまたは継続的な曝露を除き、特に毒性はありません。

セリウムは、モナザイトやバストネサイトなどの鉱物中に常に他の希土類元素と共存しているにもかかわらず、水溶液中で+4価に酸化されるという独特の性質によってランタノイドの中で区別できるため、鉱石からの抽出が容易です。セリウムはランタノイドの中で最も多く、次いでネオジム、ランタン、プラセオジムが続きます。地殻中の推定存在量は68  ppmです。

セリウムは、スウェーデンのバストネスで発見された最初のランタノイドです。1803年にイェンス・ヤコブ・ベルセリウスとヴィルヘルム・ヒジンガーによって発見され、同年ドイツではマルティン・ハインリヒ・クラプロートが独立に発見しました。1839年にカール・グスタフ・モサンダーが他の希土類元素から酸化セリウム(III)を分離し、1875年にウィリアム・フランシス・ヒレブランドが初めてこの金属を単離しました。今日、セリウムとその化合物はさまざまな用途に使用されています。たとえば、酸化セリウム(IV)はガラスの研磨に使用され、触媒コンバーターの重要な部分です。セリウム金属は、自然発火性があるため、フェロセリウムライターに使用されます。セリウムをドープしたYAG蛍光体は、青色発光ダイオードと組み合わせて使用​​され、ほとんどの市販の白色LED光源で白色光を生成します。

特徴

物理的な

セリウムはランタノイド系列の2番目の元素である。周期表では、左側のランタンと右側のプラセオジムの間に、アクチノイドの トリウムの上に位置している。銀と同程度の硬度を持つ延性のある金属である。[9] 58個の電子は[Xe]4f 1 5d 1 6s 2の構成で配置されており、そのうち4つの外側の電子は価電子である。[10] 4f、5d、6sのエネルギー準位は互いに非常に近く、1つの電子が5d殻に移動するのは、コンパクトな4f殻における強い電子間反発によるものである。この効果は原子が正イオン化されると打ち消される。そのため、Ce 2+ は単独では通常の構成 [Xe]4f 2になりますが、一部の固溶体では [Xe]4f 1 5d 1になることがあります。[11]ほとんどのランタノイドは、残りの 4f 電子が強く結合しすぎるため、価電子として 3 つの電子しか使用できません。セリウムは例外で、Ce 4+の空の f 殻が安定しており、ランタノイド系列の非常に初期に出現するため、ネオジムまで核電荷が十分に低く、化学的手段によって 4 番目の価電子を除去することができます。[12]

セリウムは可変の電子構造を有する。4f電子のエネルギーは、金属状態で非局在化する外側の5dおよび6s電子のエネルギーとほぼ同じであり、これらの電子準位の相対的な占有率を変化させるのに必要なエネルギーはわずかである。これにより、二重の価数状態が生じる。例えば、セリウムを高圧または低温にさらすと、約10%の体積変化が生じる。高圧相（α-セリウム）では、4f電子も非局在化して移動し、低圧相（γ-セリウム）では4f電子が局在化する。[13]冷却または圧縮されると、価数は約3から4に変化すると思われる。[14]

元素の化学的性質

他のランタノイドと同様に、金属セリウムは優れた還元剤であり、 Ce 3+ /Ce対の標準還元電位はE ⦵ = −2.34 Vです。 [15]空気中では変色し、鉄錆のような不動態酸化層を形成します。1センチメートルサイズの金属セリウムは約1年で完全に腐食します。さらに劇的なことに、金属セリウムは非常に自然発火性があります。[16]

Ce + O 2 → CeO 2

セリウムは電気陽性率が高いため、水と反応します。冷水では反応は遅く、温度が上昇すると反応が速くなり、水酸化セリウム(III)と水素ガスを生成します。[17]

2Ce + 6H2O → 2Ce (OH) 3 + 3H2

同素体

セリウムの状態図
セリウムの状態図

標準圧力下ではセリウムには4つの同素体が存在することが知られており、αからδまでの共通のラベルが付けられている。[18]

  • 高温形態の δ-セリウムは、bcc (体心立方) 結晶構造を持ち、726 °C を超える温度で存在します。
  • 726 °C 以下から室温付近までの安定した形態は、fcc (面心立方) 結晶構造を持つ γ-セリウムです。
  • DHCP（二重六方最密充填）型のβ-セリウムは、およそ室温から-150℃までの平衡構造です。
  • fcc 型の α-セリウムは約 -150 °C 以下で安定しており、密度は 8.16 g/cm 3です。
  • 高圧下でのみ発生するその他の固相は、相図に示されています。
  • γ型とβ型はどちらも室温では非常に安定しているが、平衡変態温度は75℃と推定されている。[18]

低温では、セリウムの挙動は変態速度が遅いため複雑になります。変態温度には大きなヒステリシスがあり、ここで示した値は概算値です。-15℃以下に冷却すると、γ-セリウムはβ-セリウムへと変化し始めますが、変態には体積増加が伴い、βの形成が増えるにつれて内部応力が蓄積され、それ以上の変態が抑制されます。[18]約-160℃以下に冷却するとα-セリウムの形成が始まりますが、これは残留γ-セリウムからのみ生成されます。β-セリウムは、応力や変形が生じない限り、α-セリウムに大きく変態することはありません。[18]大気圧下では、液体セリウムは融点における固体セリウムよりも密度が高くなります。[9] [19] [20]

同位体

特に記載がない限り、すべての核データは標準的な情報源からのものです: [21]

天然に存在するセリウムは、136 Ce（0.19%）、138 Ce（0.25%）、140 Ce（88.45%）、142 Ce（11.11%）の4つの同位体から構成されています。いずれも観測的に安定していますが、軽い同位体である136 Ceと138 Ceは理論的にはバリウムの同位体への二重電子捕獲を起こすと予想されており、最も重い同位体である142 Ceは142 Ndへの二重ベータ崩壊、または138 Baへのアルファ崩壊を起こすと予想されています。したがって、140 Ceは理論的に唯一安定な同位体です。これらの崩壊モードはまだ観測されていませんが、 136 Ce、138 Ce、142 Ceの二重ベータ崩壊は実験的に探索されています。現在の実験的限界の半減期は約 1×10 17、 4×10 17、 3×10 18年であり、いずれも既知の二重ベータ半減期と比較すると短い。

その他のセリウム同位体はすべて合成され、放射性である。最も安定しているのは、半減期が284.9日の144 Ce、半減期が137.6日の139 Ce、半減期が32.5日の141 Ceである。その他の放射性セリウム同位体の半減期はすべて4日未満で、そのほとんどは10分未満である。140 Ceから144 Ceまでの同位体は、ウランの核分裂生成物として発生する。[22] 140 Ceより軽い同位体の主な崩壊モードは、逆ベータ崩壊またはランタン同位体への電子捕獲であるのに対し、140 Ceより重い同位体の主な崩壊モードは、プラセオジム同位体へのベータ崩壊である。ネオジムの一部の同位体はアルファ崩壊するか、セリウム同位体に崩壊すると予測されている。[23]

化合物

セリウムは、Ce(III)とCe(IV)という2つの主要な酸化状態をとる。この隣接する酸化状態のペアは、この元素の化学的性質のいくつかの面を支配している。セリウム(IV)水溶液は、セリウム(III)水溶液を強酸化剤であるペルオキソ二硫酸塩またはビスマス酸塩と反応させることで調製できる。E⦵ ( Ce 4+ / Ce 3+ )の値は、様々な陰イオンとの錯形成および加水分解の比較的容易さから、条件によって大きく変化するが、+1.72 Vが代表的な値である。セリウムは、+4の酸化状態において重要な水溶液化学および配位化学を示す唯一のランタノイドである。[15]

ハロゲン化物

セリウムは、通常、酸化物とハロゲン化水素との反応により、4種類の三ハロゲン化物CeX 3 （X = F, Cl, Br, I）を形成する。無水ハロゲン化物は淡色で常磁性の吸湿性固体である。水和すると、三ハロゲン化物はアクア錯体[Ce(H 2 O) 8-9 ] 3+を含む錯体に変換される。ほとんどのランタノイドとは異なり、Ceは白色固体の四フッ化物を形成する。また、金属的性質を持つ青銅色の二ヨウ化物も形成する。[24]二元ハロゲン化物相以外にも、多くの陰イオン性ハロゲン化物錯体が知られている。フッ化物はCe(IV)誘導体CeFを与える。4−8およびCeF2−6塩化物はオレンジ色のCeClを与える。2−6. [15]

酸化物とカルコゲニド

酸化セリウム(IV)（「セリア」）は、プラセオジムやテルビウムの二酸化物と同様に、蛍石型構造を有する。セリアは非化学量論的化合物であり、実際の化学式はCeO 2−x（xは約0.2）である。したがって、この物質はCe(IV)と完全には言い表せない。セリアは水素ガスによって還元され、酸化セリウム(III)となる。[25]多くの非化学量論的カルコゲニドも知られており、三価のCe 2 Z 3（Z = S、Se、Te ）も知られている。モノカルコゲニドCeZは電気伝導性があり、Ce 3+ Z 2− e −と表記するのが適切である。CeZ 2は知られているが、これらはセリウム(III)を含むポリカルコゲニドであり、S、Se、およびTeのセリウム(IV)誘導体は知られていない。[25]

セリウム(IV)錯体

硝酸セリウムアンモニウム
硝酸セリウムアンモニウム

硝酸セリウムアンモニウム（CAN）（NH 4）2 [Ce(NO 3 ) 6 ]化合物は、研究室で遭遇する最も一般的なセリウム化合物である。6つの硝酸塩配位子は二座配位子として結合する。錯体[Ce(NO 3 ) 6 ] 2−は12配位であり、Ce 4+イオンのサイズが大きいことを強調する高い配位数である。CANは、化学量論的試薬[26]としても触媒[27 ] としても有機合成で人気の酸化剤である。CANは安価で、空気中で安定しており、取り扱いが容易で、毒性が低い。[27]一電子酸化還元によって作用する。硝酸セリウムは、18-クラウン-6 （硝酸塩とクラウンエーテルの比率を指す）と4：3および1：1の錯体も形成する。伝統的に、CANは定量分析の主要標準である。[9] [28] セリウム(IV)塩、特に硫酸セリウム(IV)は、セリウム滴定における容量分析用の標準試薬としてよく使用されます。[29]

作動中の白色LED
動作中の白色 LED: ダイオードは単色の青色光を生成しますが、Ce:YAG 蛍光体がその一部を黄色の光に変換します。この組み合わせにより、人間の目には白色として認識されます。

リガントから金属への電荷移動により、水性セリウム(IV)イオンはオレンジがかった黄色を呈する。[30]水性セリウム(IV)は水中で準安定であり[31]、強力な酸化剤として塩酸を酸化して塩素ガスを生成する。[15]ベロウソフ・ジャボチンスキー反応では、セリウムは+4と+3の酸化状態の間を振動して反応を触媒する。[32]

有機セリウム化合物

有機セリウムの化学は他のランタノイドと類似しており、シクロペンタジエニル配位子やシクロオクタテトラエニル配位子の錯体を形成することが多い。セロセン （Ce(C 8 H 8 ) 2）はウラノセン分子構造をとっている。 [33]セロセンの4f電子は局在と非局在の間で曖昧なバランスをとっており、この化合物は中間原子価であると考えられている。[34]アルキル、アルキニル、アルケニル有機セリウム誘導体は、それぞれの有機リチウム試薬またはグリニャール試薬のトランスメタル化によって調製され、前駆体よりも求核性は高いが塩基性は低い。[35] [36]

歴史

準惑星セレス。
セリウムの名前の由来となった準惑星および小惑星 ケレス
ヨンス・ヤコブ・ベルセリウス
ヨンス・ヤコブ・ベルゼリウス、セリウム発見者の一人

セリウムは、スウェーデンのバストネスでイェンス・ヤコブ・ベルセリウスとヴィルヘルム・ヒジンガーによって、またドイツではマルティン・ハインリヒ・クラプロートによってそれぞれ独立に1803年に発見されました。 [37]セリウムは、2年前に発見された小惑星ケレス（正式には1ケレス）にちなんでベルセリウスによって命名されました。 [37] [38]ケレスは当初、惑星と考えられていました。この小惑星自体は、農業、穀物、豊穣、母性関係の女神であるローマの女神ケレスにちなんで名付けられました。 [37]

セリウムはもともと酸化物として単離され、セリアと名付けられました。この名称は現在も使われています。金属自体は当時の精錬技術では単離できないほど電気陽性であり、これは希土類金属全般に共通する特徴でした。 5年後、ハンフリー・デービーによる電気化学の発展により、地金はすぐにその含有金属を産出するようになりました。1803年に単離されたセリアには、スウェーデンのバストネス産のセライト鉱石に含まれるランタノイド元素がすべて含まれていたため、現在純粋なセリアとして知られているものの約45%しか含まれていませんでした。1830年代後半にカール・グスタフ・モザンダーがランタナと「ジディミア」の除去に成功して初めて、純粋なセリアが得られるようになりました。ヴィルヘルム・ヒジンガーは裕福な鉱山所有者であり、アマチュア科学者でもあり、ベルセリウスの後援者でもありました。彼はバストネス鉱山を所有・管理しており、鉱山に豊富に産出する重質鉱石（「バストネスのタングステン」と呼ばれ、その名に反してタングステンを含まない）（現在ではセライトとして知られている）の組成を解明しようと長年試みていた。[38]モサンダーとその家族は長年ベルセリウスと同じ家に住んでおり、モサンダーはベルセリウスからセリアのさらなる研究を促されたことは間違いない。[39] [40] [41] [42]

この元素はマンハッタン計画において重要な役割を果たし、バークレー施設においてウランおよびプルトニウム鋳造用のるつぼの材料としてセリウム化合物が研究されました。[43]このため、エイムズ計画（現在のエイムズ研究所）の範囲内で、セリウムの製造と鋳造のための新しい方法が開発されました。 [44]エイムズ研究所における極めて純度の高いセリウムの生産は1944年半ばに開始され、1945年8月まで続きました。[44]

発生と生成

セリウムはランタノイドの中で最も豊富で、25番目に多い元素であり、 地殻の68 ppmを構成しています。 [45]この値は銅と同じで、セリウムは鉛（13 ppm）やスズ（2.1 ppm）などの一般的な金属よりもさらに豊富です。したがって、いわゆる希土類金属の1つとしての地位にもかかわらず、セリウムは実際にはまったく希少ではありません。[46]土壌中のセリウム含有量は2～150 ppmの間で変化し、平均50 ppmです。海水には1兆分の1.5のセリウムが含まれています。[38]セリウムはさまざまな鉱物に含まれていますが、最も重要な商業的供給源はモナザイトとバストネサイトグループの鉱物であり、セリウムはランタノイド含有量の約半分を占めています。モナザイト (Ce) はモナザイトの中で最も一般的な代表であり、「-Ce」は特定の REE 元素の代表が優勢であることを示すレビンソン接尾辞である。[47] [48] [49]また、セリウムが優勢なバストネサイト (Ce) もバストネサイトの中で最も重要なものである。[50] [47]セリウムは、水溶液中で安定した +4 の酸化状態に達することができる唯一の元素であるため、鉱物から抽出するのが最も容易なランタノイドである。[51] +4 の酸化状態ではセリウムの溶解度が低下するため、セリウムは他の希土類元素に比べて岩石から枯渇することがあり、Ce 4+とZr 4+は同じ電荷と類似のイオン半径を持つため、ジルコンに組み込まれる。 [52]極端な場合には、セリウム(IV)は他の希土類元素から分離して、セリアナイト-(Ce) [53] [49] [47]や(Ce,Th)O2 [ 54]などの独自の鉱物を形成することがあります。

バスタサイト（Ce）の結晶構造。
バストネサイト（Ce）の結晶構造。カラーコード：炭素（C）、青灰色；フッ素（F）、緑；セリウム（Ce）、白；酸素（O）、赤。

バストネサイト（Ln III CO 3 F）は通常、トリウムやサマリウムとユーロピウム以外の重ランタノイド元素を欠いているため、セリウムの抽出は非常に直接的です。まず、バストネサイトは希塩酸を用いて炭酸カルシウムの不純物を除去して精製されます。次に、鉱石を空気中で焙焼してランタノイド酸化物に酸化します。ランタノイドの大部分は三二酸化物Ln 2 O 3に酸化されますが、セリウムは二酸化ケイ素CeO 2に酸化されます。これは水に不溶性であり、0.5 M塩酸で浸出することができ、他のランタノイド元素は残ります。[51]

通常、トリウムだけでなく全ての希土類元素を含むモナザイト（(Ln,Th)PO 4 ）の分離手順はより複雑である。モナザイトは磁性を有するため、電磁分離を繰り返すことで分離できる。分離後、熱濃硫酸で処理し、水溶性の希土類元素硫酸塩を生成する。酸性濾液は水酸化ナトリウムでpH 3～4に部分的に中和する。トリウムは水酸化物として溶液から沈殿するため、除去する。その後、溶液をシュウ酸アンモニウムで処理し、希土類元素を不溶性のシュウ酸塩に変換する。シュウ酸塩は焼鈍処理によって酸化物に変換される。酸化物は硝酸に溶解するが、酸化セリウムは硝酸に不溶であるため沈殿する。[20]残留物の中には、強いガンマ線放出核種である232 Thの娘核種である228 Raが含まれるため、取り扱いには注意が必要である。[51]

アプリケーション

カール・アウアー・フォン・ウェルスバッハ
セリウムの多くの用途を発見したカール・アウアー・フォン・ウェルスバッハ

セリウムには主に2つの用途があり、どちらもCeO 2を使用しています。セリアの工業用途は研磨、特に化学機械平坦化（CMP）です。もう一つの主な用途は、ガラスの脱色です。緑色の鉄不純物をほぼ無色の酸化鉄（III）に変換することで機能します。[55]セリアは、放射性同族体であるトリアの代替品としても使用されており、例えばガスタングステンアーク溶接用電極の製造に用いられています。合金元素としてのセリウムは、アークの安定性と始動性を向上させ、同時に焼損を抑制します。[56]

ガスマントルと自然発火性合金

セリウムの最初の用途は、オーストリアの化学者カール・アウアー・フォン・ヴェルスバッハによって発明されたガスマントルでした。1885年、彼はマグネシウム、ランタン、イットリウムの酸化物の混合物で実験を行いましたが、緑色がかった光を発し、成功しませんでした。[57] 6年後、彼は純粋な酸化トリウムが、青色ではあるもののはるかに優れた光を発することを発見し、それを二酸化セリウムと混合すると明るい白色光が得られることを発見しました。[58]二酸化セリウムは、酸化トリウムの燃焼触媒としても作用します。[要出典]

この結果、フォン・ウェルスバッハと彼の発明は商業的に成功し、トリウムの需要が急増しました。トリウムの生産に伴い、副産物として大量のランタノイドが同時に抽出されました。[59]これらの用途はすぐに発見され、特に「ミッシュメタル」として知られる自然発火性合金が注目されました。この合金はセリウム50%、ランタン25%、残りは他のランタノイドで構成され、ライターのフリント（火打ち石）として広く使用されています。[59]通常、鉄を加えてフェロセリウム合金を形成しますが、これもフォン・ウェルスバッハによって発明されました。[60]ランタノイドの化学的類似性により、ミッシュメタルを鋼に添加して機械的特性を向上させる介在物改質剤として使用する場合や、石油分解触媒として使用する場合など、用途によっては化学的分離が通常必要ありません。[51]セリウムのこの性質は、アウシュビッツ強制収容所で作家プリモ・レーヴィの命を救った。彼はフェロセリウム合金を見つけ、それを食料と交換したのである。[61]

顔料と蛍光体

セリウムを添加すると顔料の光安定性が向上する。セリウムは顔料に耐光性を付与し、透明なポリマーが日光で黒ずむのを防ぐからである。[62]無機顔料として単独で使用されるセリウム化合物の例としては、鮮やかな赤色の硫化セリウム(III)（硫化セリウムレッド）があり、これは非常に高い温度まで化学的に不活性である。この顔料は、耐光性はあるものの毒性のあるセレン化カドミウムをベースとした顔料の安全な代替品である。[38]昔のブラウン管テレビのガラス板に酸化セリウムを添加すると、動作中に連続的に電子が衝突することでF中心欠陥が生成されて黒ずむのを抑制する効果がある。セリウムは、CRTテレビ画面、蛍光灯、後の白色発光ダイオードに使用される蛍光体のドーパントとしても必須の成分である。[63] [64]最も一般的に使用される例は、セリウム(III)をドープしたイットリウムアルミニウムガーネット（Ce:YAG）であり、これは黄色の光（530-540 nm）を放射し[65] 、シンチレーターとしても機能します。[66]

その他の用途

マンハッタン計画では、硫化物Ce 2 S 3や Ce 3 S 4などのセリウム塩が、プルトニウム金属を鋳造する際の高温と強い還元条件に耐えられるるつぼの製造のための高度な耐火材料として検討されました。 [43] [44]望ましい特性があるにもかかわらず、これらの硫化物は合成時の実際的な問題のために広く採用されることはありませんでした。[43]セリウムは、6～16 wt.% の Ce を含む鋳造可能な共晶アルミニウム合金を作成するためにアルミニウムの合金元素として使用されます。この合金には、Mg、Ni、Fe、Mn などの他の元素を加えることができます。これらの Al-Ce 合金は優れた高温強度を持ち、自動車用途（シリンダーヘッドなど）に適しています。[67]セリウムの他の合金には、核燃料として使用されているPu-Ce および Pu-Ce-Coプルトニウム合金があります。[68]

酸化セリウムは、自動車の排気ガス中の低酸素条件下でのCOおよびNOx排出の酸化効率を高めるために触媒コンバーターに使用することができます。 [69] [70]

生物学的役割と注意事項

セリウム
危険
GHSラベル： [71]
GHS02: 可燃性
危険
H228
P210
NFPA 704（ファイアダイヤモンド）
NFPA 704 4色ダイヤモンドHealth 2: Intense or continued but not chronic exposure could cause temporary incapacitation or possible residual injury. E.g. chloroformFlammability 0: Will not burn. E.g. waterInstability 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazards (white): no code
2
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初期のランタノイドは、火山泥沼に生息するメチルアシディフィラム・フマリオリカムなどのメタン資化細菌にとって必須であることが分かっており、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジムはほぼ同等の効果があります。[72] [73]セリウムは、他の生物において生物学的役割を持つことは知られていませんが、それほど毒性が強くなく、食物連鎖の中で著しく蓄積することはありません。[74] [75] [76]セリウムはリン酸鉱物中にカルシウムと一緒に存在することが多く、骨は主にリン酸カルシウムであるため、セリウムは少量であれば骨に蓄積しますが、危険とは考えられません。[77]

硝酸セリウムはⅢ度熱傷の有効な局所抗菌治療薬であるが[38] [78]、大量に摂取するとセリウム中毒やメトヘモグロビン血症を引き起こす可能性がある。[79] すべての希土類金属と同様に、セリウムの毒性は低から中程度である。[80]強力な還元剤であり、空気中で 65～80 °C で自然発火する。セリウム火災の煙は有毒である。[38]セリウムは水と反応して水素ガスを発生するため、セリウム火災はクラス D の乾燥粉末消火剤を使用してのみ効果的に消火できる。 [81]セリウムにさらされた労働者は、かゆみ、熱に対する過敏症、皮膚病変を経験した。セリウムは食べても無毒だが、大量のセリウムを注射された動物は心血管虚脱で死亡した。セリウムは細胞膜​​を損傷するため、水生生物に対してより危険である。水に溶けにくいため、環境汚染を引き起こす可能性があります。[38]

工業用途で最も普及しているセリウム化合物である酸化セリウムは、米国では労働安全衛生局（OSHA）によって危険物質として規制されていません。[82]ロシアでは、その職業上の暴露限界は5 mg/m 3です。[80]元素セリウムは、OSHAまたは米国産業衛生専門家会議によって確立された職業上または許容暴露限界はありませんが、可燃性固体に分類され、化学物質の分類および表示に関する世界調和システムの下でそのように規制されています。[83]セリウム化合物に関する毒性学的報告では、その細胞毒性[80]と労働者の肺間質線維症への寄与が指摘されています。[84]

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