حول المواد غير العضوية – أكسيد السيريوم
أكسيد السيريومأكسيد السيريوم مادة غير عضوية صيغتها الكيميائية CeO₂. وهو مسحوق أصفر باهت أو بني مصفر، كثافته 7.13 غ/سم³، ودرجة انصهاره 2397 درجة مئوية. وهو غير قابل للذوبان في الماء والقلويات، ولكنه قليل الذوبان في الأحماض. عند درجة حرارة 2000 درجة مئوية وضغط 15 ميجا باسكال، يمكن اختزال أكسيد السيريوم بالهيدروجين لإنتاجثالث أكسيد السيريومعند درجات حرارة تتراوح بين 2000 درجة مئوية وضغوط تتجاوز 5 ميجا باسكال، يظهر أكسيد السيريوم بلون أصفر محمر، وأحيانًا وردي. ويُستخدم كمادة تلميع، ومحفز، وحامل للمحفزات (مادة مضافة)، وممتص للأشعة فوق البنفسجية، وإلكتروليت لخلايا الوقود، وممتص لعادم السيارات، وفي صناعة السيراميك الإلكتروني.
Ⅰ. الاستخدامات
مؤكسد. عامل مساعد للتفاعلات العضوية. معيار معدني نادر لتحليل الفولاذ. تحليل معايرة الأكسدة والاختزال. مزيل لون الزجاج. طلاء زجاجي واقٍ من الشمس. سبيكة مقاومة للحرارة.
يُستخدم كمادة مضافة في صناعة الزجاج، وكمادة طحن للزجاج المسطح، وفي مستحضرات التجميل كمثبط للأشعة فوق البنفسجية. وقد توسع استخدامه ليشمل تلميع زجاج النظارات والعدسات البصرية وأنابيب أشعة الكاثود، مما يوفر إزالة اللون والتوضيح وامتصاص الأشعة فوق البنفسجية وحزم الإلكترونات.
ثانيًا: تأثيرات العناصر الأرضية النادرة
1. العناصر الأرضية النادرةتأثيرات التلميع
تتميز مساحيق التلميع المصنوعة من العناصر الأرضية النادرة بسرعة التلميع العالية، وجودة التشطيب الممتازة، وعمر الخدمة الطويل. وبالمقارنة مع مساحيق التلميع التقليدية المصنوعة من أكسيد الحديد، فهي صديقة للبيئة وسهلة الإزالة من الشوائب.مساحيق تلميع أكسيد السيريوميمكن تلميع العدسات في دقيقة واحدة، بينما تستغرق مساحيق تلميع أكسيد الحديد من 30 إلى 60 دقيقة. لذلك، توفر مساحيق تلميع العناصر الأرضية النادرة مزايا الجرعة المنخفضة، وسرعة التلميع، وكفاءة التلميع العالية. كما أنها تُحسّن جودة التلميع وبيئة العمل. تُصنع مساحيق تلميع الزجاج من العناصر الأرضية النادرة عادةً من أكاسيد غنية بالسيريوم. يُعد أكسيد السيريوم مركب تلميع فعال للغاية لأنه يُلمّع الزجاج في آنٍ واحد من خلال التحلل الكيميائي والاحتكاك الميكانيكي. تُستخدم مساحيق تلميع السيريوم من العناصر الأرضية النادرة على نطاق واسع في تلميع الكاميرات، وعدسات كاميرات الفيديو، وأنابيب صور التلفزيون، وعدسات النظارات، وغيرها من التطبيقات. يوجد في بلدي عشرات المصانع لمساحيق تلميع العناصر الأرضية النادرة، أكثر من عشرة منها تتمتع بطاقة إنتاجية تتجاوز 100 طن. تُعد شركة باوتو تيانجياو تشينغمي لمساحيق تلميع العناصر الأرضية النادرة المحدودة، وهي مشروع مشترك صيني أجنبي، واحدة من أكبر مصنعي مساحيق تلميع العناصر الأرضية النادرة في بلدي، بطاقة إنتاجية سنوية تبلغ 1200 طن. تُباع منتجاتها محليًا ودوليًا.
2. إزالة لون الزجاج
يحتوي الزجاج على أكسيد الحديد، الذي قد يدخل إليه من خلال المواد الخام، والرمل، والحجر الجيري، والزجاج المكسور في عملية التصنيع. يوجد أكسيد الحديد في صورتين: الحديد ثنائي التكافؤ، الذي يُكسب الزجاج لونًا أزرق داكنًا، والحديد ثلاثي التكافؤ، الذي يُكسبه لونًا أصفر. تتضمن عملية إزالة اللون أكسدة أيونات الحديد ثنائي التكافؤ إلى حديد ثلاثي التكافؤ، لأن الحديد ثلاثي التكافؤ أقل كثافة بعشر مرات من نظيره ثنائي التكافؤ. ثم يُضاف مُصحح لون لمعادلة اللون إلى الأخضر الفاتح.
تُستخدم عناصر الأرض النادرة بشكل أساسي في إزالة لون الزجاج، وتحديدًا أكسيد السيريوم وأكسيد النيوديميوم. تُستبدل مُزيلات لون الزجاج المصنوعة من عناصر الأرض النادرة بمُزيلات اللون الأبيض التقليدية التي تحتوي على الزرنيخ، مما يُحسّن الكفاءة ويمنع تلوث الزجاج بالزرنيخ. يتميز أكسيد السيريوم بثباته العالي في درجات الحرارة المرتفعة، وانخفاض تكلفته، وعدم امتصاصه للضوء المرئي، مما يجعله مناسبًا لإزالة لون الزجاج.
3.تلوين الزجاج
تُظهر أيونات العناصر الأرضية النادرة ألوانًا زاهية وثابتة عند درجات الحرارة العالية، وتُستخدم في صناعة أنواع مختلفة من الزجاج الملون بإضافتها إلى السوائل. تُعد أكاسيد العناصر الأرضية النادرة، مثل النيوديميوم والبراسيوديميوم والإربيوم والسيريوم، مواد تلوين ممتازة للزجاج. فعندما يمتص الزجاج الشفاف المُلوّن بهذه المواد الضوء المرئي الذي يتراوح طول موجته بين 400 و700 نانومتر، فإنه يُظهر ألوانًا رائعة. ويمكن استخدام هذه الأنواع من الزجاج الملون في صناعة أغطية مصابيح الإشارة للطائرات والملاحة ووسائل النقل المختلفة، بالإضافة إلى العديد من الزخارف الفنية الراقية.
عند إضافة أكسيد النيوديميوم إلى زجاج الصودا والجير والرصاص، يعتمد عمق لون الزجاج على سمكه ومحتواه من النيوديميوم وشدة مصدر الضوء. يظهر الزجاج الرقيق بلون وردي باهت، بينما يظهر الزجاج السميك بلون أزرق بنفسجي. تُعرف هذه الظاهرة باسم ثنائية لون النيوديميوم. يُنتج أكسيد البراسيوديميوم لونًا أخضر مشابهًا للكروم. أما أكسيد الإربيوم، المستخدم في الزجاج الفوتوكرومي والزجاج الكريستالي، فيُنتج لونًا ورديًا. بينما يُنتج أكسيد السيريوم عند دمجه مع ثاني أكسيد التيتانيوم لونًا أصفر. ويمكن استخدام أكسيد البراسيوديميوم وأكسيد النيوديميوم في الزجاج الأسود المصنوع من البراسيوديميوم والنيوديميوم.
4. مواد تنقية المياه بالعناصر الأرضية النادرة
يُستخدم أكسيد السيريوم، بدلاً من أكسيد الزرنيخ التقليدي، كمادة مُصفّية للزجاج لإزالة الفقاعات وآثار العناصر الملونة. يُعدّ هذا فعالاً بشكل خاص في إنتاج زجاجات عديمة اللون، مما ينتج عنه زجاج أبيض ناصع يتميز بشفافية فائقة، وقوة مُعززة، ومقاومة مُحسّنة للحرارة. كما أنه يُزيل تلوث الزرنيخ من البيئة والزجاج نفسه.
بالإضافة إلى ذلك،أكسيد السيريوميمكن إضافة أكسيد النيوديميوم إلى الزجاج المستخدم يوميًا، مثل زجاج المباني والسيارات والزجاج الكريستالي، لتقليل نفاذية الأشعة فوق البنفسجية. وقد انتشر استخدام هذا التطبيق على نطاق واسع في اليابان والولايات المتحدة. ومع تحسن مستويات المعيشة في بلدي، من المتوقع أن يجد سوقًا قويًا أيضًا. يُضاف أكسيد النيوديميوم إلى زجاج أنابيب أشعة الكاثود، مما يُزيل تشتت الضوء الأحمر ويُحسّن الوضوح. تشمل أنواع الزجاج المتخصصة المُضاف إليها عناصر أرضية نادرة: زجاج اللانثانوم، الذي يتميز بمعامل انكسار عالٍ وتشتت منخفض، ويُستخدم على نطاق واسع في صناعة العدسات المختلفة وعدسات الكاميرات وكاميرات الفيديو المتطورة، وخاصة تلك المُخصصة لمعدات التصوير على ارتفاعات عالية؛ وزجاج السيريوم المقاوم للإشعاع، المستخدم في زجاج السيارات وزجاج التلفزيون؛ وزجاج النيوديميوم، وهو مادة مثالية لأجهزة الليزر الكبيرة، وخاصة في أجهزة الاندماج النووي المُتحكم بها.