Elemento químico · lantánido
Cerio
Elemento raro que se usa como catalizador y en vidrios autolimpiables.
Propiedades rápidas
- Nº atómico
- 58
- Peso atómico
- 140.116
- Grupo
- —
- Periodo
- 6
- Estado
- sólido
- Bloque
- F
- Valencia
- +3
- Tipo
- lantánido
Qué es el cerio
El cerio es un elemento químico perteneciente a la serie de los lantánidos, célebre por su versatilidad en aplicaciones industriales y tecnológicas. Su valor reside en su capacidad para actuar como catalizador en diversos procesos químicos. Curiosamente, el cerio es el más abundante de los lantánidos en la corteza terrestre, lo que facilita su extracción y uso en múltiples industrias.
Para qué sirve el cerio
Catalizadores industriales
El cerio se utiliza en catalizadores para automóviles, ayudando a reducir las emisiones de gases nocivos. Su capacidad para oxidar y reducir compuestos lo hace ideal para mejorar la eficiencia de los catalizadores.
Vidrios autolimpiables
Se emplea en la fabricación de vidrios autolimpiables, donde mejora la resistencia a las manchas y facilita la limpieza mediante la acción de la luz solar.
Aleaciones metálicas
El cerio se utiliza en aleaciones con otros metales para mejorar su resistencia a la oxidación y la corrosión, siendo común en la industria aeronáutica y automovilística.
Encendedores
El cerio es un componente clave en las piedras de encendedores, donde su chispa facilita la ignición del gas gracias a su capacidad de generar chispas al ser raspado.
Pantallas y monitores
Se utiliza en la fabricación de pantallas de televisión y monitores, donde mejora la calidad de la imagen y la eficiencia energética.
Datos del cerio
- Número atómico (Z)
- 58
- Masa atómica
- 140,116 u
- Punto de fusión
- 795 °C
- Punto de ebullición
- 3443 °C
- Densidad
- 6,770 g/cm³
- Electronegatividad (Pauling)
- 1,12
- Radio atómico
- 181,8 pm
- Energía de 1ª ionización
- 534,4 kJ/mol
- Afinidad electrónica
- 55 kJ/mol
- Dureza (Mohs)
- 2,5
- Estructura cristalina
- FCC (γ-Ce) a temperatura ambiente; varias fases polimórficas
- Color / aspecto
- blanco plateado, se oxida rápidamente a amarillo-marrón
- Origen del nombre
- del planeta enano Ceres (descubierto en 1801, dos años antes que el elemento)
- Descubrimiento
- 1803 · Jöns Jacob Berzelius y Wilhelm Hisinger (Suecia); independientemente Martin Heinrich Klaproth (Alemania)
Propiedades del cerio
Propiedades físicas
El cerio es un metal de color gris plateado, con una densidad aproximada de 6.77 g/cm³. Tiene un punto de fusión de 798 °C y un punto de ebullición de 3443 °C. Es un buen conductor de electricidad y calor, y su maleabilidad permite que se trabaje fácilmente en diversas aplicaciones industriales.
Propiedades químicas
Químicamente, el cerio es bastante reactivo, especialmente con oxígeno, formando óxidos de cerio. Sus estados de oxidación más comunes son +3 y +4. Es capaz de reaccionar con agua fría lentamente y más rápidamente con agua caliente, liberando hidrógeno. Aunque no es altamente peligroso, debe manejarse con cuidado para evitar reacciones no deseadas.
Configuración electrónica
La configuración electrónica abreviada del cerio es:
[Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²
En notación desarrollada completa:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 4f¹ 5d¹ 6s²
El cerio distribuye sus 58 electrones siguiendo las reglas de Aufbau, Hund y el principio de exclusión de Pauli. Los electrones del último nivel energético (los electrones de valencia) son los responsables de las propiedades químicas del elemento.
Estados de oxidación y valencias del cerio
| Estado | Ejemplo(s) | Frecuencia |
|---|---|---|
| +3 | Ce₂O₃, CeCl₃, Ce(NO₃)₃, Ce₂(SO₄)₃ | común (configuración 4f¹) |
| +4 | CeO₂ (ceria), Ce(SO₄)₂, (NH₄)₂Ce(NO₃)₆ (CAN) | principal (única en lantánidos con esta estabilidad) |
Si lo que necesitas es formular, en la página de las valencias del cerio está cada estado de oxidación con su ejemplo resuelto , la nomenclatura de cada uno y de dónde sale a partir de la configuración electrónica.
Historia del cerio
El cerio fue descubierto en 1803 por los químicos suecos Jöns Jacob Berzelius y Wilhelm Hisinger, y de forma independiente por Martin Heinrich Klaproth en Alemania. Su nombre proviene del asteroide Ceres, descubierto en 1801, en honor a la diosa romana de la agricultura. El descubrimiento se produjo en un contexto de intensa investigación sobre las tierras raras, un grupo de elementos que comenzaba a despertar gran interés científico por sus propiedades únicas.
Cómo se obtiene el cerio
El cerio se extrae de dos minerales: monacita ((Ce,La,Nd,Th)PO₄), arena pesada de playas brasileñas, indias y australianas; y bastnasita ((Ce,La)FCO₃), la mena principal hoy (Mountain Pass en EE.UU., Bayan Obo en China). Tras concentrar por flotación, los lantánidos se separan por intercambio iónico y extracción por disolventes orgánicos: el cerio es el más fácil de aislar porque pasa al estado +4 (mientras los demás quedan como +3) y precipita selectivamente como CeO₂ insoluble. China produce >85 % del cerio mundial. El metal puro se obtiene por electrólisis del CeCl₃ fundido.
Compuestos habituales
| Fórmula | Nombre | Descripción |
|---|---|---|
| CeO2 | Óxido de cerio | Utilizado como catalizador y en la industria del vidrio para pulir y dar brillo. |
| CeCl3 | Cloruro de cerio | Empleado en síntesis orgánica como catalizador y agente reductor. |
| Ce2(SO4)3 | Sulfato de cerio | Usado en la industria textil y como agente oxidante en análisis químicos. |
Dónde se encuentra el cerio
El cerio es bastante abundante en la corteza terrestre, encontrándose principalmente en minerales como la monacita y la bastnasita. No se encuentra en estado libre en la naturaleza, sino combinado con otros elementos. Su extracción se realiza principalmente en China, que es el mayor productor mundial de tierras raras, incluyendo el cerio.
Isótopos del cerio
| Isótopo | Masa | Abundancia | Vida media |
|---|---|---|---|
| Ce-136 | 135,9072 u | 0,185 % | estable |
| Ce-138 | 137,9060 u | 0,251 % | estable |
| Ce-140 | 139,9054 u | 88,450 % | estable |
| Ce-142 | 141,9092 u | 11,114 % | >5 × 10¹⁶ años |
| Ce-144 | 143,9136 u | — | 284,9 días |
Curiosidades sobre el cerio
-
El cerio es el elemento más abundante de la serie de los lantánidos, lo que lo hace más accesible y económico que otros elementos de tierras raras.
-
A pesar de su abundancia, el cerio no se encuentra en estado puro en la naturaleza, sino que forma parte de minerales como la monacita y la bastnasita.
-
El óxido de cerio se utiliza en la industria del vidrio para pulir y dar brillo, gracias a su capacidad abrasiva y su efecto blanqueador.
El cerio en la tabla periódica
- Tipo: lantánido.
- Grupo: pertenece a los lantánidos, no asignado a un grupo numerado.
- Periodo: 6.
- Bloque: F (el último electrón se aloja en un orbital de tipo f).
- Valencia principal: +3.
Compara con el resto de lantánidos o con los elementos del periodo 6.
Diferencias entre cerio y lantano
Cerio y lantano son lantánidos vecinos (Z=57 y 58), ambos abundantes y plateados. La diferencia clave es la versatilidad redox: el lantano solo presenta valencia +3, mientras que el cerio tiene dos estados estables, +3 y +4 (único lantánido común con +4 fácilmente accesible). Esto convierte al cerio en un catalizador redox valioso: el CeO₂ usado en convertidores catalíticos almacena y libera oxígeno cíclicamente (Ce⁴⁺ ↔ Ce³⁺). El cerio es también más abundante en la corteza que el lantano (66 ppm frente a 39 ppm); de hecho, el cerio es más abundante que el cobre, contradiciendo su clasificación como «tierra rara».
Consulta también la ficha completa del lantano (La).
Otros elementos de la misma serie (lantánidos)
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Errores frecuentes en exámenes (EBAU / ESO)
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⚠Decir que el cerio es raro (porque es una «tierra rara»).
El cerio es la tierra rara más abundante de la corteza terrestre (~66 ppm), más abundante que el cobre (60 ppm) o el plomo (14 ppm). La etiqueta «tierras raras» es histórica: era difícil separar estos elementos químicamente, no escasos en la corteza.
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⚠Atribuir al cerio solo la valencia +3 como al resto de lantánidos.
El cerio es la excepción más notable entre los lantánidos: presenta dos valencias estables, +3 y +4. La +4 es accesible porque alcanza la configuración estable del xenón al perder los 4 electrones (4f¹ 5d¹ 6s² → [Xe]). Esto explica que el CeO₂ sea su óxido principal, no el Ce₂O₃.
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⚠Confundir cerio (Ce) con cesio (Cs).
Cerio (Ce, Z=58) es un lantánido del bloque f, periodo 6, metal grisáceo. Cesio (Cs, Z=55) es un metal alcalino del grupo 1, periodo 6, blando y dorado. Comparten la primera letra C pero son elementos totalmente distintos. Cuidado en formulación.
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⚠Olvidar el papel del cerio en los catalizadores de automóviles.
El óxido de cerio (CeO₂) es uno de los componentes clave de los convertidores catalíticos de tres vías en coches de gasolina. Su capacidad de almacenar y liberar oxígeno (Ce⁴⁺ ↔ Ce³⁺) permite optimizar la oxidación de CO e hidrocarburos y la reducción de NOₓ a la vez. Es uno de los mayores consumidores de cerio.