セリウム - 変更履歴

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2009-06-10T13:28:34Z

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<table border="1" cellpadding="2" cellspacing="0" align="right">
<tr><td colspan="2" cellspacing="0" cellpadding="2">
<table align="center" border="0">
<tr><td colspan="2" align="center">[[ランタン]] - '''セリウム''' - [[プラセオジム]]</td>
</tr>
<tr><td rowspan="3" valign="center">'''Ce'''<br />[[トリウム|Th]]  <br /> <br /> </td></tr>
<tr><td align="center">[[ファイル:Ce-TableImage.png|250px]]<br />
<div align="right"><span style="font-size:90%;">[[周期表]]</span></div> </td></tr>
</table>
</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align=center bgcolor="#ffbfff">'''一般特性'''</th></tr>
<tr>
<td>[[元素の名前順一覧|名称]], [[元素の記号順一覧|記号]], [[元素の番号順一覧|番号]]</td><td>セリウム, Ce, 58 </td></tr>
<tr>
<td>[[元素の分類]]</td><td>[[ランタノイド]]</td></tr>
<tr>
<td>[[元素の族|族]], [[元素の周期|周期]], [[元素のブロック|ブロック]]</td><td>[[第3族元素|3]], [[第6周期元素|6]] , [[fブロック元素|f]]</td></tr>
<tr>
<td>[[密度]], [[モース硬度|硬度]]</td><td>6689 kg/m<sup>3</sup>, 2.5</td></tr>
<tr>
<td>[[色]]</td><td align="center">銀白色<br />[[ファイル:Cer 1.jpg|120px|セリウム]]</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffbfff">'''原子特性'''</th></tr>
<tr>
<td>[[原子量]]</td><td>140.116 [[原子質量単位|u]]</td></tr>
<tr>
<td>[[原子半径]]（計算値）</td><td>185 (no data) [[ピコメートル|pm]]</td></tr>
<tr>
<td>[[共有結合半径]]</td><td>no data pm</td></tr>
<tr>
<td>[[ファンデルワールス半径|WDF半径]]</td><td>no data pm</td></tr>
<tr>
<td>[[電子配置]]</td><td><nowiki>[</nowiki>[[キセノン|Xe]]<nowiki>]</nowiki>4[[f軌道|f]]<sup>1</sup>5[[d軌道|d]]<sup>1</sup>6[[s軌道|s]]<sup>2</sup></td></tr>
<tr>
<td>[[エネルギー準位|e順位]]ごとの[[e|電子]]</td><td> 2, 8, 18, 19, 9, 2</td></tr>
<tr>
<td>[[酸化数]]（[[酸化物]]）</td><td>'''3''',4 ([[塩基|やや塩基性]])</td></tr>
<tr>
<td>[[結晶構造]]</td><td>[[面心立方構造]]</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffbfff">'''物理特性'''</th></tr>
<tr><td>[[相]]</td><td>固体（常温では[[常磁性体]]）</td></tr>
<tr>
<td>[[融点]]</td><td>1071 [[ケルビン|K]]<br /> (798 [[摂氏|℃]]、1463 [[華氏|°F]])</td></tr>
<tr>
<td>[[沸点]]</td><td>3716 K <br />(3443 ℃、6229 °F)</td></tr>
<tr>
<td>[[モル体積]]</td><td>20.69 ×10<sup>-3</sup> m<sup>3</sup>/mol</td></tr>
<tr>
<td>[[気化熱]]</td><td>414 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<td>[[融解熱]]</td><td>5.46 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<td>[[蒸気圧]]</td><td>n/a [[パスカル|Pa]] (1071 K)</td></tr>
<tr>
<td>[[音速|音の伝わる速さ]]</td><td>2100 m/s (293.15 K)</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffbfff">'''その他'''</th></tr>
<tr>
<td>[[クラーク数]]</td><td>0.0045 [[パーセント|%]]</td></tr>
<tr>
<td>[[電気陰性度]]</td><td>1.12 （[[ライナス・ポーリング|ポーリング]]）</td></tr>
<tr>
<td>[[比熱容量]]</td><td>190 J/(kgK)</td></tr>
<tr>
<td>[[導電率]]</td><td>1.15 ×10<sup>6</sup>/m·[[オーム|Ω]]</td></tr>
<tr>
<td>[[熱伝導率]]</td><td>11.4 W/(mK)</td></tr>
<tr>
<td>第1[[イオン化エネルギー]]</td><td>534.4 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<td>第2イオン化エネルギー</td><td>1050 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<td>第3イオン化エネルギー</td><td>1949 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<td>第4イオン化エネルギー</td><td>3547 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffbfff">'''（比較的）安定同位体'''</th></tr>
<tr>
<td colspan="2">
<table border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" width="100%">
<tr>
<th><span style="font-size:90%;">[[同位体]]</span></th><th><span style="font-size:90%;">[[天然存在比|NA]]</span></th><th><span style="font-size:90%;">[[半減期]]</span></th><th><span style="font-size:90%;">[[崩壊モード|DM]]</span></th><th><span style="font-size:90%;">[[崩壊エネルギー|DE]]</span> <span style="font-size:90%;">[[メガ|M]][[電子ボルト|eV]]</span></th><th><span style="font-size:90%;">[[崩壊生成物|DP]]</span></th></tr>
<tr>
<td><sup>134</sup>Ce</td><td>[[放射性同位体|{syn.}]]</td><td>3.16 [[日]] </td><td>[[電子捕獲|ε]]</td><td>0.500</td><td>[[ランタン|<sup>134</sup>La]]</td></tr>
<tr>
<td><sup>136</sup>Ce</td><td>0.19%</td><td colspan="4">[[中性子]]78個で安定。</td></tr>
<tr>
<td><sup>138</sup>Ce</td><td>0.25%</td><td colspan="4">中性子80個で安定。</td></tr>
<tr>
<td><sup>139</sup>Ce</td><td>{syn.}</td><td>137.640 [[日]]</td><td>ε</td><td>0.278</td><td><sup>139</sup>La</td></tr>
<tr>
<td><sup>140</sup>Ce</td><td>''' 88.48% '''</td><td colspan="4"> 中性子82個で安定。</td></tr>
<tr>
<td><sup>141</sup>Ce</td><td>{syn.}</td><td>32.501 [[日]]</td><td>[[ベータ崩壊|β<sup>-</sup>]]</td><td>0.581</td><td>[[プラセオジム|<sup>141</sup>Pr]]</td></tr>
<tr>
<td><sup>142</sup>Ce</td><td>11.08%</td><td> 5×10<sup>16</sup> [[年]]</td><td>β<sup>-</sup></td><td> </td><td>[[ネオジム|<sup>142</sup>Nd]]</td></tr>
<tr>
<td><sup>144</sup>Ce</td><td>{syn.}</td><td>284.893 [[日]]</td><td>β<sup>-</sup></td><td>0.319</td><td><sup>144</sup>Pr</td></tr>
</table>
</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffbfff">注記がない限り[[国際単位系]]使用及び[[標準状態]]下</th>
</tr>
</table>

'''セリウム''' ('''Cerium''') は、[[原子番号]] 58 の[[元素]]。[[元素記号]]は '''Ce'''。[[希土類元素]]の一つで[[ランタノイド]]にも属す。

== 概要 ==
灰色がかかった銀白色の[[金属]]で、常温・常圧での安定[[結晶構造]]は、[[面心立方格子]]構造（FCC、β型）だが 730℃以上で[[体心立方格子]]構造 (BCC) となり、低温では[[六方最密充填]]構造（HCP、α型）、更に-150℃以下で再び面心立方格子構造が安定となる。
[[比重]]は 6.77、[[融点]]は 804℃、[[沸点]]は 3470℃で、融点と沸点の開きが大きいのが特徴。

空気中で酸化されやすく、次第に酸化セリウム（CeO<SUB>2</SUB>）となるほか、加熱すると 160℃で発火する。水にはゆっくりと溶け（熱水と反応）、[[酸]]（無機酸）には易溶。[[アンモニア]]にも溶ける。原子価は、+3、+4価（ランタノイドで唯一、4価が安定なのが特徴）。

[[モナズ石]]（モナザイト）やセル石（セライト）に含まれる。最も存在量の多い希土類元素だが、資源としては90％以上を[[中国]]が産出している。

== 用途 ==
酸化物が[[研磨剤]]として用いられるほか、ガラス添加剤、製鋼原料、触媒としても使用される。化学反応における酸化剤としての用途は、使用量こそ少ないが非常に重要である。
* [[ガラス]]研磨剤：1960年代から鉱物（バストネサイト）酸化物が用いられ、[[光学]][[レンズ]][[研磨]]に欠かせないものとなった。単に[[硬度]]が高いだけでなく、酸化セリウムや[[フッ素]]がガラスと化学反応を起こす、化学機械研磨(CMP)が生じることが特長で、[[液晶パネル]]や[[水晶]]・[[石英]]など[[ケイ酸]]系の[[宝石]]研磨に利用される。
* [[電子部品]]研磨剤：他の希土類を抽出除去した高純度酸化セリウムが[[フォトマスク]]、[[ハードディスク]]などのガラス基板、多層化[[集積回路]]の[[層間絶縁膜]]平滑化に用いられている。

* [[紫外線]]吸収剤：酸化セリウムは[[屈折率]]が大きく紫外線をよく吸収・遮蔽するため、[[サングラス]]など紫外線遮断（UVカット）ガラスや[[化粧品]]に用いられる
* [[蛍光体]]：青い[[蛍光]]を発することから、[[ブラウン管]]に利用されてきた。1997年、[[YAG]]にセリウムを添加した黄色蛍光体を青色[[発光ダイオード]]の補色とすることで、白色LED灯が初めて商品化された。また、[[蓄光]]材料としても用いられる
* [[顔料]]：酸化セリウムが黄色系顔料の成分として使用されるほか、ガラスに添加して淡い黄色に発色させる着色剤、酸化雰囲気にして鉄分による着色を打ち消す脱色剤として利用される

* [[ミッシュメタル]]：20世紀初め頃からフェロセリウムが[[フリント|発火合金]]（[[ライター]]の石）として広く用いられた。現在では、[[ニッケル・水素蓄電池]]の負極（[[水素吸蔵合金]]）としても利用されている
* [[希土類元素|希土類]][[磁石]]：[[金属間化合物]]のCeCo<SUB>5</SUB>が磁性材料として利用される
* 鉄鋼添加剤：フェロセリウムとして[[ステンレス鋼]]などの硫黄や酸素原子による還元作用を、酸化作用で抑制する
* [[合金]]添加剤：腐食防止用インヒビターとして、航空機用・高強度[[アルミニウム合金]]に添加されるほか、[[マグネシウム合金]]にも3~4%添加される
* [[るつぼ]]：硫化セリウムによる機能性、耐熱るつぼ製品の製造
* [[溶接]]電極棒：交流アーク用にセリウム入り[[タングステン]]電極棒（通称セリタン）が重用されている

* [[触媒]]：酸化物の酸素貯蔵能が高いことから、自動車排ガス用[[三元触媒]]に、[[触媒化学|助触媒]]として添加されている
* [[センサー]]：抵抗型気中[[酸素]]濃度センサとして[[排ガス]]中の酸素濃度を測定し、[[エンジン]]の燃焼効率改善のため[[空燃比]]制御に使用される

* [[固体電解質]] : サマリアドープトセリア(SDC)やガドリニアドープトセリア(GDC)は[[酸素]]イオン伝導体として固体酸化物[[燃料電池]](SOFC)に用いられる

* [[ガス灯]]：硝酸セリウムが、発光体である[[ガスマントル]]製造に使用された。これが工業的利用の最初の例である。その後も発光材料として利用されている

* [[医薬品]]：シュウ酸セリウムが、鎮静・鎮吐作用を持つとして医薬品に使用される。また、抗血液凝固作用があり、血栓防止などに有用とする研究がある

* [[酸化剤]]：4価のイオンは3価になるとき、強い[[酸化]]性を示す。このことから、[[硝酸セリウムアンモニウム]]が[[有機合成化学]]や[[ウエットエッチング]]に利用されている。また、有機セリウム求核試薬やヒ素吸着剤にも利用される

* [[超伝導]]物質、強磁性物質：セリウムの化合物には[[重い電子系]]（ヘビーフェルミオン）として注目されているものがある。→CeIrIn<SUB>5</SUB>。CeCu<SUB>2</SUB>Si<SUB>2</SUB>（超伝導体でもある）。CeRu<SUB>2</SUB>Si<SUB>2</SUB>やCeCu<SUB>6</SUB>は[[近藤効果]]により、極低温まで[[磁気秩序]]を示さない。

== 産出 ==
[[レアメタル]]であり[[資源]]としては、[[中国]]、[[旧ソ連]]、[[アメリカ合衆国|アメリカ]]、[[西オーストラリア]]、[[インド]]の埋蔵量が多く、日本でも少量産出する。鉱物としてはバストネサイト(Ce,La)(CO<sub>3</sub>)F、モナザイト(Ce, La, Nd, Th)PO<sub>4</sub>が主体であり、それぞれ酸化セリウムとして50%弱と最も多く含まれている。
産出量は約90％を、中国内陸部で[[磁鉄鉱]]副産物の複雑鉱石から精製されるものが占めており、次いでアメリカ、旧ソ連、インドとなっている。
中間製品の輸出国としては他に[[フランス]]、[[台湾]]もあげられる。

== 歴史 ==
同じ年に別個に発見されたため、第一発見者を巡って国家間の論争を招いた最初の元素となった。
* 1803年、[[スウェーデン]]の[[イェンス・ベルセリウス]] (J.J.Berzelius)と[[ウィルヘルム・ヒージンガー]] (W.Hisinger)が、スウェーデンのバストネス鉱山でイットリウム鉱石の探索中に未知の酸化物を見いだし、そのころ発見された矮惑星[[ケレス (準惑星)|セレス]]にちなんでセリア(ceria)と命名
* 同年、[[ドイツ]]の[[マルティン・ハインリヒ・クラプロート]] (M.H.Klaproth) も同じ鉱山で新元素を探索した結果、新元素を発見し、その性状から黄色い土という意味でテールオクロイト(terre ochroite)と命名
* 学会で、名称としてセリウムが採用される

== 製造 ==
汎用研磨剤としては、アメリカ産バストネサイトをそのまま酸化・粉砕し、粒度分級したものが用いられている。

そのほか、[[焙焼]]したバストネサイトを[[塩酸]]浸出し他の希土類と分離したもの、モナザイトを苛性による[[アルカリ分解]]（リン酸鉱物であるため）する雰囲気で利用が遅れた。
[[水酸化物]]を塩酸抽出したものから酸化セリウムなどの化合物が製造され、各種用途に用いる。溶融電解や金属カルシウム還元により、金属セリウムが得られる。

フェロセリウムは主にアメリカで生産され、鉄鋼添加剤用途に輸入されている。

== セリウムの化合物 ==
* CeAl<SUB>3</SUB>
* CeCu<SUB>6</SUB>
* CeCu<SUB>2</SUB>Si<SUB>2</SUB>
* CeRu<SUB>2</SUB>Si<SUB>2</SUB>

* 三酸化二セリウム(Ce<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>)：酸化セリウム(III)
* 二酸化セリウム(CeO<SUB>2</SUB>)：酸化セリウム(IV)
* 塩化セリウム(III)七水和物(CeCl<SUB>3</SUB>･7H<SUB>2</SUB>O)：塩化第一セリウム
* フッ化セリウム(III)(CeF<SUB>3</SUB>)：フッ化第一セリウム
* 硫酸セリウム(III)八水和物(Ce<SUB>2</SUB>(SO<SUB>4</SUB>)<SUB>3</SUB>･8H<SUB>2</SUB>O)：硫酸第一セリウム
* 硫酸セリウム(IV)四水和物(Ce(SO<SUB>4</SUB>)<SUB>2</SUB>･4H<SUB>2</SUB>O)：硫酸第二セリウム
* 硝酸セリウム(III)アンモニウム四水和物((NH<SUB>4</SUB>)<SUB>2</SUB>[Ce(NO<SUB>3</SUB>)<SUB>5</SUB>]･4H<SUB>2</SUB>O)：ペンタニトラトセリウム(III)酸アンモニウム
* 硝酸セリウム(IV)アンモニウム((NH<SUB>4</SUB>)<SUB>2</SUB>[Ce(NO<SUB>3</SUB>)<SUB>6</SUB>])：ヘキサニトラトセリウム(IV)酸アンモニウム
* 硝酸セリウム(III)六水和物(Ce(NO<SUB>3</SUB>)<SUB>3</SUB>･6H<SUB>2</SUB>O)
* 水酸化セリウム(IV)n水和物(Ce(OH)<SUB>4</SUB>･nH<SUB>2</SUB>O)
* 炭酸セリウム(III)八水和物(Ce<SUB>2</SUB>(CO<SUB>3</SUB>)<SUB>3</SUB>･8H<SUB>2</SUB>O)
* 過塩素酸セリウム(III)八水和物(Ce(ClO<SUB>4</SUB>)<SUB>3</SUB>･8H<SUB>2</SUB>O)
* 臭化セリウム(III)六水和物(CeBr<SUB>3</SUB>･6H<SUB>2</SUB>O)：臭化第一セリウム
* 六ホウ化セリウム(CeB<SUB>6</SUB>)
* 二ケイ化セリウム(CeSi<SUB>2</SUB>)
* 硫化セリウム(III)(Ce<SUB>2</SUB>S<SUB>3</SUB>)
* ヨウ化セリウム(III)九水和物(CeI<SUB>3</SUB>･9H<SUB>2</SUB>O)：ヨウ化第一セリウム
* シュウ酸セリウム(III)九水和物(Ce<SUB>2</SUB>(C<SUB>2</SUB>O<SUB>4</SUB>)<SUB>3</SUB>・9H<SUB>2</SUB>O)
* 酢酸セリウム(III)一水和物(Ce(CH<SUB>3</SUB>COO)<SUB>3</SUB>･H<SUB>2</SUB>O)：酢酸第一セリウム

== 同位体 ==
{{main|セリウムの同位体}}

== 関連項目 ==
{{Commons|Cerium}}
* [[モナズ石]]

{{元素周期表}}

{{DEFAULTSORT:せりうむ}}
[[Category:元素]]
[[Category:セリウムの化合物|*]]

[[en:Cerium]]