في الكيمياء يعد عنصر السيريوم (Cerium) أحد العناصر الكيميائية برمز Ce ورقم ذري مقداره 58 في الجدول الدوري، حيث يصنف السيريوم على أنه أحد عناصر اللانثانيدات، وهو يكون على شكل مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة.
اكتشاف عنصر السيريوم
اسم السيريوم مشتق من كوكب الأرض سيريس الذي قام باكتشافه عالم الفلك الإيطالي جوزيبي بيازي، وقد اكتشفه في عام 1801 ميلادي، وسمي بناءً على اسم سيريس وهو إلهة الزراعة والحصاد الرومانية، وبعد ذلك الاكتشاف بعامين أي في عام 1803 ميلادي تم اكتشاف عنصر السيريوم بواسطة الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث والذي أطلق عليه اسم تراب (ochroeite) وذلك بسبب لونه الأصفر.
في نفس الوقت لقد تم اكتشاف عنصر السيريوم بشكل مستقل أيضا من قبل الكيميائي السويدي يونس جاكوب برزيليوس وعالم المعادن السويدي فيلهلم فون هيسينجر والذي أطلق عليه اسم سيريا، كما وقد تم عزله لأول مرة في عام 1875 ميلادي من قبل عالم المعادن والكيميائي الأمريكي ويليام فرانسيس هيلبراند والكيميائي الأمريكي توماس إتش نورتون، وفي عام 1875 ميلادي أعد هيلبراند ونورتون المعدن.
يعد عنصر السيريوم من أكثر العناصر الأرضية النادرة وفرة في الطبيعة ويشكل حوالي نسبة 0.0046٪ من القشرة الأرضية، في هذه الأيام فإنه يتم الحصول على عنصر السيريوم بشكل أساسي من خلال عملية التبادل الأيوني من رمل المونازيت ((Ce ، La ، Th ، Nd ، Y) PO4) وهي عبارة عن مادة غنية بالعناصر الأرضية النادرة.
عنصر السيريوم مثير للاهتمام بشكل خاص بسبب هيكله الإلكتروني المتغير، إذ أن طاقة المستوى الداخلي 4f هي تقريبًا نفس طاقة الإلكترونات الخارجية وهي التي تعرف بإلكترونات التكافؤ، كما أنه لا يلزم سوى كميات صغيرة من الطاقة ليتم تغيير الإشغال النسبي لهذه المستويات الإلكترونية، وكل هذا يؤدي إلى حالات التكافؤ المزدوج.
على سبيل المثال فإنه يحدث تغيير في الحجم بنسبة 10 بالمائة تقريبًا عندما يتعرض معدن السيريوم لضغوط عالية أو درجات حرارة منخفضة، كما ويبدو أن تكافؤ السيريوم يتغير من حوالي 3 إلى 4 عندما يتم تبريده أو ضغطه، لذا حقيقة إن سلوك معدن السيريوم في درجات الحرارة المنخفضة معقد.
معدن السيريوم هو عبارة عن معدن لامع ويمتلك اللون الرمادي الحديدي، كما أنه معدن يتسم بالمرونة ويتأكسد بسهولة في درجة حرارة الغرفة خاصة في الهواء الرطب، إذ أنه باستثناء معدن اليوروبيوم يعتبر السيريوم من أكثر المعادن الأرضية النادرة تفاعلًا، حيث أنه يتحلل ببطء في الماء البارد وبسرعة في الماء الساخن.
كما أن المحاليل القلوية والأحماض المخففة والمركزة تهاجم المعدن بسرعة كبيرة، إذ أنه من المحتمل أن يشتعل المعدن النقي إذا تم خدشه بسكين، كما أن أملاح سيريك (Ceric salts) تكون برتقالية حمراء أو صفراء اللون، وعادة ما تكون الأملاح الكريهة بيضاء.
لذا حقيقة فإنه سوف يشتعل السيريوم النقي إذا تم خدشه بأداة حادة ولكن يمكن أن يتم استخدامه بأمان إذا تم دمجه مع مواد أخرى، عنصر السيريوم يعد أيضا من أحد العناصر الأرضية النادرة التي تستخدم في صناعة مصابيح القوس الكربوني وهي التي تُستخدم في صناعة الصور المتحركة لإضاءة الاستوديو وأضواء جهاز العرض.
معدن السيريوم هو أيضًا أحد مكونات معدن الميش (Misch)، وهي عبارة عن مادة تُستخدم في صنع أحجار الصوان للولاعات، كما ويتم استخدام السيريوم أيضًا كعامل مساعد لعملية تكرير البترول وكعامل في صناعة السبائك لعملية صنع معادن خاصة، يعد أكسيد السيريوم ذو الصيغة الكيميائية (Ce2O3 و CeO2) أحد مكونات جدران الأفران ذاتية التنظيف وأغطية المصابيح المتوهجة، إذ يتم استخدام أكسيد السيريوم أيضًا من أجل تلميع الأسطح الزجاجية.
في حين أنه يتم استخدام مركب كبريتات السيريك ذو الصيغة الكيميائية (Ce (So4) 2) في بعض عمليات التحليل الكيميائي، تستخدم مركبات السيريوم الأخرى في عمليات صنع بعض أنواع الزجاج وكذلك في عمليات لإزالة اللون من الزجاج.
يعد السيريوم من أحد مكونات المعدن المشوه، والذي يستخدم على نطاق واسع في عمليات صناعة السبائك التلقائية الاشتعال لولاعات السجائر، في حين أن السيريوم ليس مشعًا، إلا أن الدرجة التجارية غير النقية قد تحتوي على آثار من عنصر الثوريوم والذي هو عبارة عن مادة مشعة، كما ويعتبر الأكسيد مكونًا مهمًا لغطاء الغاز المتوهج ويظهر كمحفز هيدروكربوني في أفران التنظيف الذاتي حيث يمكن دمجه في جدران الفرن لمنع تجميع بقايا الطهي.
كما يتم استخدام كبريتات السيريك على نطاق واسع كعامل مؤكسد حجمي في التحليل الكمي، إذ تستخدم مركبات السيريوم في صناعة الزجاج كمكون وكمزيل للون، كما ويجد الأكسيد استخدامًا متزايدًا كعامل تلميع زجاج بدلاً من أحمر الشفاه، لأنه يلمع أسرع بكثير من أحمر الشفاه.
معلومات عامة عن السيريوم
- السيريوم هو أكثر ما يسمى بمعادن الأرض النادرة وفرة، يوجد في عدد من المعادن بما في ذلك معدن الألانيت (وهو المعروف أيضًا باسم الأورثيت) ومعدن المونازيت ومعدن الباستناسيت ومعدن السيريت ومعدن السامارسكيت، إذ يعد كلا من معدني المونازيت والباستنايت حاليًا من أهم مصادر السيريوم.
- الرواسب الكبيرة من معدن المونازيت توجد على شواطئ ترافانكور في الهند وفي رمال الأنهار في البرازيل، أما معدن الألانيت يوجد في غرب الولايات المتحدة ومعدن الباستنايت يوجد في جنوب كاليفورنيا، وهؤلاء سيقومون بتوفير السيريوم والثوريوم والمعادن الأرضية النادرة الأخرى لعدة سنوات قادمة.
- يتم تحضير السيريوم المعدني من خلال عمليات وتقنيات الاختزال المعدني مثل عملية اختزال الفلوريد بالكالسيوم أو باستخدام التحليل الكهربائي للكلوريد المنصهر أو من خلال عمليات أخرى، كما وتنتج تقنية المعادن الحرارية السيريوم عالي النقاء.
- عند الجمع بين النظير (138-La) والنظير (138-Ce) وبين النظير (147-Sm) والنظير (143-Nd) وهما عبارة عن نظامان من الاضمحلال مفيدين لدراسة العمليات التي تؤثر على العناصر الأرضية النادرة الخفيفة مثل: (اللانثانوم، السيريوم، البراسيوديميوم، النيوديميوم، السماريوم) والتطور البركاني للقمر والأرض بسبب المواد النارية المختلفة فإن لها تركيبات مختلفة لنظائر السيريوم كما ويمكن أن يتم استخدامها في تحقيقات توازن الكتلة.
- النظير (138-Ce) هو عبارة عن نظير مشع نتج عن عملية اضمحلال النظير (138-La) بعمر نصف يبلغ 1.06 × 10^11 سنة وهي واحدة من أطول الساعات في علم الأرض، وبالتالي فإنه يمكن استخدام نسبة المقدار النظيري n (138Ce) / n (142Ce) لتأريخ الصخور على نطاقات زمنية طويلة ما يقارب بلايين السنين ومن الممكن أيضًا أن يتم استخدامها كمتتبع كيميائي في الدراسات الجيوكيميائية.
- كما وقد تم استخدام النظير (144-Ce) مع عمر نصف 0.78 سنة لتطبيقات المعالجة الكثبية في خلايا وأوعية الجسم، كما يمنح عمر النصف والنشاط النوعي للنظير (144-Ce) ميزة محتملة على النظير (192-Ir) المستخدم بشكل شائع لمعدل جرعة أعلى على مسافات أقصر وتشعيع أقل للأعضاء خارج الورم، ويتيح النظير (144-Ce) علاج الشرايين الكبيرة مقارنة بالنظير (32-P)، وهو عبارة عن نظير آخر شائع الاستخدام لهذا النمط من العلاج الإشعاعي.
