Opaline

Kristallstruktur
Ce4+: __ O2-: __
Allgemeines
Name	Cer(IV)-oxid
Andere Namen	Cerdioxid
Verhältnisformel	CeO2
CAS-Nummer	1306-38-3
Kurzbeschreibung	schwach gelbes Pulver
Eigenschaften
Molare Masse	172,1148 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	7,3 g/cm3[1]
Schmelzpunkt	ca. 2000 °C [2]
Löslichkeit	in Wasser unlöslich
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung [1] keine Gefahrensymbole R- und S-Sätze R: keine R-Sätze S: keine S-Sätze
LD50	338 mg/kg (Maus, intraperitoneal) [3] >5000 mg/kg (Ratte, oral) [2][4]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Cer(IV)-oxid oder Cerdioxid ist ein Oxid des Seltenerd-Metalls Cer. Neben diesem existiert auch Cer(III)-oxid (Ce₂O₃) und das dunkelblaue Mischoxid Cer(III,IV)-oxid (Ce₃O₄). Im Jahr 1808 zeigte der englische Chemiker Sir Humphry Davy, dass die seltene Erde Ceria (Cerit) kein Element, sondern eine Verbindung aus metallischem Element, Silicium und Sauerstoff ist. Zwischen 1839 und 1843 gelang Carl Gustav Mosander die Auftrennung und der Nachweis, dass es sich um eine Mischung verschiedener Metalloxide mit Siliciumdioxid bzw. ein Inselsilikat handelt ((Ce,La,Ca)₉(Fe³⁺,Mg)[(OH)₃|SiO₃(OH)|(SiO₄)₆]).^[5]

Eigenschaften

Wie alle Oxide der seltenen Erden emittiert Cer(IV)-oxid beim Erhitzen ein starkes Licht. Es kristallisiert in der Fluoritstruktur.

Reaktionen

Durch die Umsetzung von Cerdioxid mit konz. Schwefelsäure unter Erhitzen entsteht Cer(IV)-sulfat:

$\mathrm{CeO_2 + 2 \ H_2SO_4 \longrightarrow Ce(SO_4)_2 + 2 \ H_2O}$

Durch Erhitzen von Cer(III)-nitrat, Ce(NO₃)₃ oder Cer(III)-oxalat Ce₂(C₂O₄) bildet sich ebenfalls Cer(IV)-oxid.

Verwendung

Katalysator

Cer(IV)-oxid wird in Katalysatoren von Kraftfahrzeugen eingesetzt und oxidiert bei Sauerstoffmangel Kohlenstoffmonoxid und überschüssige Kohlenwasserstoffe gemäß:

$\mathrm{4 \ CeO_2 + 2 \ CO \longrightarrow 2 \ Ce_2O_3 + 2 \ CO_2}$

Bei Sauerstoffüberschuss im Abgas reaktiviert sich der Katalysator wieder:

$\mathrm{2 \ Ce_2O_3 + O_2 \longrightarrow 4 \ CeO_2}$

Glühstrümpfe

Eine optimale Lichtausbeute lässt sich aus einer Mischung von ca. 99% Thorium(IV)-oxid und 1% Cer(IV)-oxid erzielen. Dies wird bei der Herstellung von Glühstrümpfen für Gaslampen (Gasglühlicht oder Auerlicht) ausgenutzt, indem diese in die entsprechenden Nitratlösungen getränkt werden. Beim Anbrennen entstehen dann die Oxide, die für die hohe Lichtausbeute sorgen.

Schleifmittel

Auf Cer(IV)-oxid basierendes Poliermittel wird als Opaline in der optischen Industrie zur Politur von Gläsern eingesetzt. Es wird normalerweise als trockenes, weißes Pulver geliefert und weist eine Dichte von etwa 1,6 g/cm³ auf. Die mittlere Korngröße beträgt etwa 1 µm. Die Poliersuspension, die mit entionisiertem Wasser hergestellt wird, enthält ungefähr 60 g Opaline pro Liter Wasser.^[6]

Quellen

• Trust, Paul u. Schimmels, Michael: Einführung in die Chemie - auf einfachster Grundlage; Teil II; 2. Auflage, Franz Steiner Verlag GmbH, Wiesbaden (1956)
• The New Encyclopæedia Britannica; Macropæedia Vol. 15; 15th Ed.; Encyclopedia Britannica, Inc. (1974)
• Motorlexikon.de

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} Eintrag zu Cer(IV)-oxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 4.1.2008 (JavaScript erforderlich)
2. ↑ ^{a b} ChemDAT(Merck)
3. ↑ Katalog Sigma-Aldrich
4. ↑ United States National Library of Medicine
5. ↑ Mineralienatlas: Cerit
6. ↑ Optimierung der chemischen Einflüsse bei der mechanischen Politur von Glas