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Poudre de sulfate de cériumégalement connu sous le nom de CeSO4, est un composé inorganique de formule chimique CeSO4. C'est une poudre blanche d'une grande pureté. Sa forme cristalline est monoclinique, mais elle devient souvent opaque en raison de l'absorption d'humidité. Il peut se dissoudre dans l'eau et former une solution incolore. Sa solubilité dans l’eau n’est pas élevée, mais elle augmente avec l’augmentation de la température. De plus, il peut également être légèrement soluble dans l’éthanol et l’éther. Il a une activité optique, c’est-à-dire qu’il peut faire tourner la lumière polarisée. Cela signifie que CeSO4 peut être utilisé pour fabriquer des types spécifiques de cristaux et de dispositifs optiques. Faible conductivité thermique et mauvaise conductivité thermique. Sa capacité thermique spécifique augmente avec l’augmentation de la température, en raison de l’augmentation des vibrations atomiques dans sa structure en réseau. C'est un sel d'acide fort à haute réactivité chimique. Il peut réagir avec les alcalis dans certaines conditions pour générer les hydroxydes correspondants.
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Formule chimique |
Ce2O12S3 |
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Masse exacte |
568.67 |
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Poids moléculaire |
568.40 |
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m/z |
567.67 (100.0%), 569.67 (25.1%), 569.66 (9.0%), 569.66 (4.5%), 571.67 (3.4%), 569.67 (2.5%), 568.67 (1.6%), 571.67 (1.6%) |
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Analyse élémentaire |
Ce, 49h30 ; O, 33,78 ; S, 16.92 |
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Informations supplémentaires sur le composé chimique : Densité 2,89 g/mL à 25 degrés (lit.), Forme solide.
De plus, il peut également former des complexes avec certains ions métalliques. Les propriétés physiques du CeSO4 le rendent largement utilisé dans divers domaines, notamment l'analyse chimique, la surveillance environnementale, la recherche biomédicale, le contrôle des processus industriels, la synthèse de matériaux et l'agriculture. Cependant, l'ampleur de sa valeur d'application dépend principalement de son activité de réaction chimique et des modifications de ses propriétés physiques dans différentes conditions.
Poudre de sulfate de cériumest un composé fonctionnel léger de terres rares à haute valeur ajoutée, généralement représenté par la formule moléculaire Ce (SO ₄) ₂ · xH ₂ O. La forme stable courante est le sulfate de cérium tétrahydraté, qui se présente sous la forme d'une poudre cristalline jaune vif. Il combine les fortes caractéristiques d'oxydation du cérium tétravalent, la capacité de coordination unique des éléments des terres rares et les propriétés respectueuses de l'environnement des sulfates. C’est l’un des produits les plus utilisés dans le domaine de la chimie fine des terres rares.
Applications principales des oxydants verts dans le domaine de la synthèse organique fine
Dans le scénario de réaction d'oxydation sélective des produits chimiques fins, il est largement reconnu comme un oxydant vert hautement sélectif, évitant complètement les problèmes industriels liés à la pollution par les métaux lourds et à l'oxydation excessive des produits provoqués par les oxydants traditionnels dichromates et permanganates. Dans la réaction d'oxydation des composés aromatiques, les dérivés du toluène peuvent être oxydés avec précision en produits benzaldéhydes correspondants dans un système organique aqueux doux à deux phases -, avec un taux de conversion de plus de 95 % et une sélectivité des produits aldéhydes supérieure à 92 %, presque sans générer une oxydation excessive des sous-produits de l'acide benzoïque.
Les données de production d'une entreprise intermédiaire pharmaceutique montrent que son utilisation pour remplacer les oxydants traditionnels à base de sel de chrome dans la production de p-chlorobenzaldéhyde a augmenté la pureté du produit de 98,5 % à 99,8 % et a réduit de 98 % la quantité de déchets de métaux lourds dangereux générés au cours du processus de production, entièrement conforme aux dernières normes nationales d'émissions chimiques de protection de l'environnement. Dans la synthèse de médicaments stéroïdes, c'est le réactif préféré pour l'oxydation sélective des groupes allylhydroxyle dans les molécules stéroïdes.
Il peut identifier avec précision des sites de réaction spécifiques sur les molécules stéroïdes, oxyder efficacement le groupe méthylène en position allyle en un groupe cétone sans endommager les autres groupes sensoriels de la molécule, et la stéréosélectivité du produit de réaction dépasse 98 %, réduisant considérablement la difficulté de séparation et de purification des médicaments chiraux ultérieurs. Dans le processus de synthèse intermédiaire de la vitamine E, la réaction d'oxydation est utilisée pour augmenter le rendement des intermédiaires clés de plus de 15 %, tout en évitant l'impact des résidus d'ions chrome sur la qualité finale du médicament dans les processus traditionnels. Le produit a passé avec succès la certification standard des impuretés pharmaceutiques sur les marchés européens et américains. Dans le scénario de synthèse de colorants et de matériaux fonctionnels optoélectroniques.
La réaction de couplage oxydatif sélectif des composés d'amines aromatiques peut synthétiser efficacement des colorants azoïques -hautes performances et des matériaux optoélectroniques organiques en tant qu'intermédiaires de base. Le processus de réaction n'introduit pas d'impuretés de métaux lourds et la teneur en impuretés des matériaux optoélectroniques produits est inférieure au ppm, répondant pleinement aux exigences de pureté élevée des matériaux organiques à diodes électroluminescentes (OLED). Le trivalentpoudre de sulfate de cériumgénéré après la réaction peut également être régénéré en sulfate de cérium tétravalent grâce à un simple processus d'oxydation électrochimique, permettant ainsi le recyclage des oxydants. Le taux d'utilisation atomique global du procédé dépasse 90 %, réduisant considérablement le coût global de la production de produits chimiques fins.
Applications de purification en profondeur dans le domaine de la gouvernance environnementale et du traitement de l’eau
Le sulfate de cérium hydraté est un composant catalytique efficace dans les processus d’oxydation avancés pour le traitement des eaux usées organiques récalcitrantes industrielles. La préparation d'un catalyseur Fenton hétérogène en chargeant du sulfate de cérium hydraté sur un support poreux de terre de diatomées peut améliorer considérablement la plage de pH du système Fenton traditionnel. Il peut catalyser efficacement le peroxyde d'hydrogène pour générer des radicaux hydroxyles dans une large gamme de pH 3-9, et dégrader rapidement le cycle benzénique et les composés organiques réfractaires hétérocycliques dans les eaux usées d'impression et de teinture et les eaux usées pharmaceutiques.
Les données d'exploitation actuelles montrent que le processus d'oxydation avancé avec un catalyseur à base de sulfate de cérium peut atteindre un taux d'élimination de la DCO de plus de 88 % pour les eaux usées d'impression et de teinture, soit 40 % de plus que le processus Fenton traditionnel à base de fer-. Dans le même temps, il ne génère pas une grande quantité de déchets dangereux liés aux boues de fer, ce qui réduit considérablement le coût de l’élimination ultérieure des boues. Dans le traitement avancé des eaux usées contenant de l'arsenic, les ions cérium sont devenus un agent efficace d'élimination de l'arsenic en raison de leur capacité particulière d'adsorption par coordination des éléments arsenicaux.
Les ions cérium tétravalents peuvent former des précipités chélateurs stables avec l'arsenic trivalent et l'arsenic pentavalent dans les eaux usées, tout en éliminant en profondeur les oligo-éléments résiduels d'arsenic par adsorption de surface. Après traitement, la teneur en arsenic des eaux usées peut être réduite en dessous de 0,01 mg/L, bien en dessous de la limite d'émission nationale de 0,05 mg/L. Par rapport aux procédés traditionnels d'élimination de l'arsenic au sel de fer, l'efficacité de l'élimination de l'arsenic est multipliée par plus de trois et le précipité contenant de l'arsenic résultant présente une structure stable. La toxicité de lixiviation de l'arsenic est bien inférieure à la norme relative aux déchets dangereux, évitant ainsi le risque de pollution secondaire.
Dans le scénario de purification en profondeur de l'eau potable, les filtres en céramique chargés de sulfate de cérium hydraté peuvent éliminer efficacement les impuretés nocives telles que les ions fluorure et les ions plomb présents dans l'eau. Les ions cérium forment des précipités stables de fluorure de cérium avec les ions fluorure, et la capacité d'adsorption du fluorure dans l'eau est plus de 6 fois supérieure à celle de l'alumine activée ordinaire. Cette technologie peut réduire la teneur en fluorure de l’eau potable dans les zones à forte teneur en fluorure jusqu’à atteindre les normes sanitaires nationales. Actuellement, cette technologie a été largement appliquée dans des projets ruraux de sécurité de l’eau potable dans de nombreuses zones riches en fluorure du nord de la Chine.
L'utilisation de réactifs de référence dans le domaine des tests analytiques et des substances étalons
Dans le scénario de titrage par oxydoréduction-de l'analyse de capacité, le sulfate de cérium est un réactif volumétrique au cérium de qualité de référence classique et une substance de référence pour le titrage par oxydo-réduction-de haute-précision reconnue au niveau international. La solution standard de sulfate de cérium hydraté a un potentiel d'oxydoréduction-extrêmement stable et ne subira pas de dérive de concentration après un stockage-à long terme. Lors du titrage de substances réductrices telles que les ions ferreux, stanneux et iodure, le processus de réaction est fluide, le point final du titrage change de couleur de manière sensible et l'écart relatif des résultats de mesure peut être contrôlé à moins de 0,01 %, bien supérieur à la précision de la méthode de titrage au permanganate de potassium.
Lors de la détection de la teneur totale en fer du minerai de fer dans l'industrie métallurgique, une solution de titrage étalon préparée avecpoudre de sulfate de cériumest utilisé pour déterminer avec précision la teneur totale en fer sans avoir recours à des agents masquants complexes supplémentaires. La reproductibilité des résultats de détection est bien supérieure à celle de la méthode traditionnelle au dichromate de potassium, tout en évitant complètement les risques pour la santé du personnel expérimental et la pollution des liquides résiduaires de laboratoire causée par les réactifs aux sels de chrome. Dans le scénario de préparation de substances étalons pour la surveillance environnementale, le sulfate de cérium hydraté de haute pureté-est la matière première préférée pour la préparation de solutions étalons d'éléments de cérium.
Après séchage à 105 degrés, le sulfate de cérium hydraté a un rapport stoechiométrique stable et peut être préparé avec précision comme solution étalon d'élément cérium sans avoir besoin d'un étalonnage supplémentaire. Il est largement utilisé pour l'étalonnage de grands instruments analytiques tels que la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) et la spectroscopie d'absorption atomique, et constitue une substance étalon indispensable pour les éléments de terres rares dans les laboratoires de surveillance environnementale et de détection de minéraux géologiques. Dans l'analyse de la composition des matériaux d'électrode positive pour les batteries au lithium, le réactif de référence au sulfate de cérium peut être utilisé pour titrer avec précision la teneur en ions métalliques à valence variable dans les matériaux d'électrode positive.
Aider les entreprises à contrôler avec précision le rapport des éléments nickel-cobalt-manganèse des matériaux ternaires et à assurer la cohérence des performances électrochimiques des batteries au lithium. Dans le scénario de contrôle qualité de l'analyse de la composition du verre spécial, le titrant standard préparé avec du sulfate de cérium hydraté peut être utilisé pour déterminer avec précision la teneur en impuretés ferreuses dans le verre, contrôler avec précision l'état redox du verre et fournir un support de détection fiable pour les performances optiques stables du verre spécial résistant aux radiations.
Poudre de sulfate de cériumest un composé inorganique important largement utilisé dans de nombreux domaines en raison de ses propriétés physiques et chimiques uniques.
1. Préparation expérimentale
Avant de commencer l'expérience, nous devons préparer les réactifs et l'équipement suivants : solution de CeCl3, solution de Na2SO4, solution de NH3 · H2O, eau distillée, papier de pesée, agitateur, source de chaleur, bécher, papier filtre.
2. Étapes expérimentales
Pesez une quantité appropriée de solution de CeCl3 et versez-la dans un bécher propre. Ensuite, ajoutez une quantité appropriée d’eau distillée et remuez soigneusement avec un agitateur pour dissoudre complètement CeCl3.
Dans un autre bécher, pesez une quantité appropriée de solution de Na2SO4, ajoutez une quantité appropriée d'eau distillée et remuez soigneusement avec un agitateur pour dissoudre complètement le Na2SO4.
Versez lentement la solution Na2SO4 dans la solution CeCl3, tout en remuant continuellement avec un agitateur pour bien mélanger les deux solutions. Au cours de ce processus, nous pouvons observer un changement de couleur de la solution mixte, qui est dû à la réaction entre les ions Ce3+ et les ions SO42- pour générer du CeSO4.
Ajoutez lentement la solution NH3 · H2O à la solution mélangée et surveillez la valeur du pH de la solution à l'aide d'une bandelette de test de pH. Nous devons ajuster la valeur du pH de la solution à faiblement alcalin afin de favoriser la génération de CeSO4. Lorsque la valeur du pH atteint la valeur prédéfinie, arrêtez d'ajouter la solution NH3 · H2O.
Chauffer la solution mélangée jusqu'à ébullition et maintenir pendant un certain temps. Ce processus doit permettre à la réaction de se dérouler pleinement et de générer plus de CeSO4. Pendant le processus de chauffage, nous pouvons observer d’autres changements de couleur dans la solution en raison de la génération de davantage de CeSO4.
Après chauffage, refroidir la solution mélangée à température ambiante. Au cours de ce processus, nous pouvons observer la précipitation de substances solides de la solution, qui est le CeSO4 généré. De plus en plus de substances solides précipitent pendant le processus de refroidissement, et finalement on peut voir une couche de substance solide blanche au fond du bécher.
Filtrer la solution mélangée avec du papier filtre et récupérer les matières solides précipitées. C'est le produit dont nous avons besoin - CeSO4. Pendant le processus de filtration, nous pouvons laver le matériau solide plusieurs fois avec de l'eau distillée pour éliminer d'éventuelles impuretés résiduelles. Après le lavage, séchez la substance solide sur un papier pesé.
3. Équation chimique
L'équation chimique de cette méthode de synthèse est :
CeCl3 + Na2DONC4 + NH3 · H2O → CeSO4 + 2NaCl + NH4Cl + H2O
Cette équation représente le processus de réaction de CeCl3 et Na2SO4 pour former du CeSO4 et d'autres sous-produits sous l'action de NH3 · H2O. Au cours du processus de réaction, les ions Ce3+ dans CeCl3 réagissent avec les ions SO42- dans Na2SO4 pour former un précipité de CeSO4.
Pendant ce temps, les ions OH - dans NH3 · H2O réagissent avec les ions Cl - dans CeCl3 pour générer NH4Cl et NaCl.
Enfin, le CeSO4 solide est obtenu par filtration. Il convient de noter que cette réaction est réalisée dans des conditions faiblement alcalines, c'est pourquoi la valeur du pH doit être contrôlée. Si la valeur du pH est trop élevée ou trop basse, cela peut entraîner une mauvaise efficacité de synthèse du CeSO4.
De plus, afin d'obtenir une haute-puretéPoudre de sulfate de cérium, de multiples opérations de lavage et de filtration sont nécessaires. Dans le même temps, les sous-produits générés au cours du processus de réaction doivent également être correctement traités pour éviter toute pollution de l'environnement.
FAQ
Comment dissoudre le sulfate de cérium ?
dissoudre le sulfate de cérium tétrahydraté dans l'eau, il faut y ajouter du H2SO4. Sinon prendre du sulfate de cérium et dissoudre dans une quantité minimale de H2SO4(2M), puis diluer avec de l'eau.
Le sulfate de cérium est-il toxique ?
CONSIDÉRÉ COMME UNE SUBSTANCE DANGEREUSE SELON OSHA 29 CFR 1910.1200. Le contact avec des matériaux combustibles peut provoquer un incendie. Irritant pour les yeux, les voies respiratoires et la peau. L'ingestion accidentelle du matériau peut nuire à la santé de l'individu.
Qu'est-ce que le sulfate de cérium ?
Le sulfate de cérium (IV), également appelé sulfate cérique, est un composé inorganique. Il existe sous forme de sel anhydre Ce(SO 4) 2 ainsi que quelques formes hydratées : Ce(SO 4) 2(H 2O) x, avec x égal à 4, 8 ou 12. Ces sels sont des solides jaunes à jaunes/oranges qui sont modérément solubles dans l'eau et les acides dilués.
A quoi sert le sulfate de cérium ?
Le sulfate de cérium (IV) peut être utilisé pour catalyser : L'oxydation sélective des alcools secondaires en cétones correspondantes en utilisant le bromate de sodium comme oxydant. Sulfonation directe du méthane avec du trioxyde de soufre en acide méthanesulfonique dans l'acide sulfurique.
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