سيريوم

السيريوم معدن رمادي (أبيض فضي)، ويعتبر أكثر اللانثنيدات وفرة في الطبيعة. في درجة الحرارة الاعتيادية، يكون ليِّنا ويتأكسد بسرعة مع الهواء.

يتآكل السيريوم في الهواء، مكونًا طبقة أكسيد قابلة للتقشر مثل صدأ الحديد؛ عينة بحجم سنتيمتر من معدن السيريوم تتآكل تمامًا في حوالي عام. يحترق بسهولة عند 150 درجة مئوية لتشكيل أكسيد السيريوم (IV) ذو اللون الأصفر الباهت، المعروف أيضًا باسم السيريا: Ce + O2 → CeO2 يمكن تقليل هذا إلى أكسيد السيريوم (III) باستخدام غاز الهيدروجين. معدن السيريوم شديد الاحتراق، مما يعني أنه عند طحنه أو خدشه، تشتعل الرقائق الناتجة المنبعثة. تتوافق هذه التفاعلية مع الاتجاهات الدورية، حيث إن السيريوم هو واحد من أوائل وأكبر اللانثانيدات (وفقًا لنصف القطر الذري). يحتوي أكسيد السيريوم (IV) على هيكل الفلوريت، على غرار الديوكسيدات من البراسيوديميوم والتيريبيوم. تُعرف أيضًا العديد من الكالكوجينيدات غير الساكنوية، إلى جانب Ce2Z3 الثلاثي التكافؤ (Z = S, Se, Te). تُعد الكالكوجينيدات الأحادية CeZ موصلة كهربائية ويجب صياغتها على نحو أفضل على أنها CeZe. بينما تُعرف CeZ2، فإنها كالكوجينات عديدة مع السيريوم (III): تظل كالكوجينات السيريوم (IV) غير معروفة. يُعتبر السيريوم معدنًا ذو كهروإيجابية عالية ويتفاعل مع الماء. التفاعل بطيء مع الماء البارد لكنه يزداد سرعة مع زيادة درجة الحرارة، مما ينتج هيدروكسيد السيريوم (III) وغاز الهيدروجين: 2 Ce (s) + 6 H2O (l) → 2 Ce(OH)3 (aq) + 3 H2 (g) يتفاعل معدن السيريوم مع جميع الهالوجينات ليعطي ثلاثي الهاليدات: 2 Ce (s) + 3 F2 (g) → 2 CeF3 (s) [أبيض] 2 Ce (s) + 3 Cl2 (g) → 2 CeCl3 (s) [أبيض] 2 Ce (s) + 3 Br2 (g) → 2 CeBr3 (s) [أبيض] 2 Ce (s) + 3 I2 (g) → 2 CeI3 (s) [أصفر] التفاعل مع الفلور الزائد ينتج التترافلوريد الأبيض المستقر CeF4؛ لا تُعرف التترهاليدات الأخرى. من بين الثنائي الهاليدات، يُعرف فقط ثنائي يوديد البرونز CeI2؛ مثل الثنائي يوديد من اللانثانوم، البراسيوديميوم، والغادولينيوم، هذا هو مركب سيريام (III) الكهربي. المركبات الحقيقية للسيريوم (II) تقتصر على بعض المجمعات العضوية النادرة. يذوب السيريوم بسهولة في حمض الكبريتيك المخفف ليشكل محاليل تحتوي أيونات Ce عديمة اللون التي توجد على هيئة مجمعات [Ce(H2O)9]: 2 Ce (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Ce (aq) + 3 SO4 (aq) + 3 H2 (g) ذوبان السيريوم أعلى بكثير في حمض الميثانسلفونيك. تتمتع أيونات السيريوم (III) والتيريبيوم (III) بأطياف امتصاص فوق بنفسجية ذات كثافة عالية نسبيًا مقارنة باللانثانيدات الأخرى، حيث تجعل تكويناتها (إلكترون واحد أكثر من تشبع نصف الف-قشرة) من السهل على الإلكترون الزائد أن يخضع لانتقالات f→d بدلاً من الانتقالات f←f الممنوعة لللانثانيدات الأخرى. يُعتبر كبريتات السيريوم (III) واحدًا من القليل من الأملاح التي تقل ذوبانها في الماء مع ارتفاع درجة الحرارة. يمكن تحضير المحاليل المائية للسيريوم (IV) عن طريق تفاعل محاليل السيريوم (III) مع عوامل مؤكسدة قوية مثل البيروكسيدسلفات أو البزموتات. تتنوع قيمة E(Ce/Ce) بشكل كبير حسب الظروف نظرًا لسهولة التكاثف والتحلل المائي مع مختلف الأيونات السالبة، على الرغم من أن +1.72 فولت هي قيمة تمثيلية عادةً؛ أما بالنسبة لـ E(Ce/Ce) فهي -2.34 فولت. يُعتبر السيريوم اللانثانيد الوحيد الذي له أهمية كيمياء مائية وتنسيقية في حالة الأكسدة +4. نظرًا لنقل الشحنة من الراوابط إلى المعدن، تكون أيونات السيريوم (IV) المائية ذات لون برتقالي-أصفر. تكون أيونات السيريوم (IV) المائية غير مستقرة وتعمل كعامل مؤكسد قوي يؤكسد حمض الهيدروكلوريك لينتج غاز الكلور. على سبيل المثال، يُعتبر نترات السيريوم الأمونيومي المؤكسد شائعًا في الكيمياء العضوية، حيث يُطلق الروابط العضوية من الكربونيلات المعدنية. في تفاعل بلوسوف–زهبوتينسكي، يتذبذب السيريوم بين حالات الأكسدة +4 و +3 لتحفيز التفاعل. تُستخدم أملاح السيريوم (IV)، وخاصة كبريتات السيريوم (IV)، ككواشف قياسية للتحليل الحجمي في معايرات السيريميتريك. يُعد المركب النيتريت-أيون [Ce(NO3)6] الأكثر شيوعًا لمركبات السيريوم عند استخدام السيريوم (IV) كعامل مؤكسد: وله نظيره السيريوم (III) [Ce(NO3)6] ذو كون الشكل الجزيئي لعشر علاقات متحدة للمركب الجزيئي. تشكل نترات السيريوم أيضًا مجمعات 4:3 و 1:1 مع 18-كراون-6 (النسبة تشير إلى النسبة بين السيريوم والإيثر التاجي). تُعرف أيضًا الأيونات المعقدة المحتوية على الهالوجين مثل CeF8، CeF6، وCeCl6 البرتقالي. تُشابه كيمياء السيريوم العضوي تلك الخاصة باللانثانيدات الأخرى، حيث تكون في الأساس خاصة بالمركبات الكالين والسيكلوكتاتيرين. يتبنى مركب السيريوم (III) السيكلوكتاتيرين السيروسين (Ce(C8H8)2) بنية جزيئية تحتضر. تُحضر مشتقات العضوية من السيريوم مثل الألكيل، الألكينيل، والألكاينيل من النقل المعدني لمركبات الليثيوم أو كواشف غرينارد، وتكون أكثر نوكليوفيلية ولكن أقل قاعدية من السابقاتها.