Serium

unsur kimia dengan lambang Ce dan nomor atom 58

Serium adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Ce dan nomor atom 58. Serium adalah sebuah logam yang lunak, ulet, dan berwarna putih keperakan yang akan mengusam jika terkena udara. Serium adalah unsur kedua dalam deret lantanida, dan meskipun sering menunjukkan sifat keadaan oksidasi +3 yang khas dari deret tersebut, ia juga memiliki keadaan +4 stabil yang tidak mengoksidasi air. Ia juga dianggap sebagai salah satu unsur tanah jarang. Serium tidak memiliki peran biologis yang diketahui pada manusia tetapi tidak terlalu beracun, kecuali dengan paparan yang intens atau terus menerus.

Serium,  58Ce
Serium murni berukuran 1 cm
Garis spektrum serium
Sifat umum
Nama, lambangserium, Ce
Pengucapan
  • /sérium/[1]
  • /sèrium/
Penampilanputih keperakan
Serium dalam tabel periodik
Hidrogen Helium
Lithium Berilium Boron Karbon Nitrogen Oksigen Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silikon Fosfor Sulfur Clor Argon
Potasium Kalsium Skandium Titanium Vanadium Chromium Mangan Besi Cobalt Nikel Tembaga Seng Gallium Germanium Arsen Selen Bromin Kripton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon
Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon
Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson


Ce

Th
lantanumseriumpraseodimium
Nomor atom (Z)58
Golongangolongan n/a
Periodeperiode 6
Blokblok-f
Kategori unsur  lantanida
Berat atom standar (Ar)
  • 140,116±0,001
  • 140,12±0,01 (diringkas)
Konfigurasi elektron[Xe] 4f1 5d1 6s2[2]
Elektron per kelopak2, 8, 18, 19, 9, 2
Sifat fisik
Fase pada STS (0 °C dan 101,325 kPa)padat
Titik lebur1068 K ​(795 °C, ​1463 °F)
Titik didih3716 K ​(3443 °C, ​6229 °F)
Kepadatan mendekati s.k.6,770 g/cm3
saat cair, pada t.l.6,55 g/cm3
Kalor peleburan5,46 kJ/mol
Kalor penguapan398 kJ/mol
Kapasitas kalor molar26,94 J/(mol·K)
Tekanan uap
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
pada T (K) 1992 2194 2442 2754 3159 3705
Sifat atom
Bilangan oksidasi+1, +2, +3, +4 (oksida agak basa)
ElektronegativitasSkala Pauling: 1,12
Energi ionisasike-1: 534,4 kJ/mol
ke-2: 1050 kJ/mol
ke-3: 1949 kJ/mol
Jari-jari atomempiris: 181,8 pm
Jari-jari kovalen204±9 pm
Lain-lain
Kelimpahan alamiprimordial
Struktur kristalsusunan padat heksagon ganda (dhcp)
Struktur kristal Double hexagonal close packed untuk serium

β-Ce
Struktur kristalkubus berpusat muka (fcc)
Struktur kristal Face-centered cubic untuk serium

γ-Ce
Kecepatan suara batang ringan2100 m/s (suhu 20 °C)
Ekspansi kalorγ, poli: 6,3 µm/(m·K) (pada s.k.)
Konduktivitas termal11,3 W/(m·K)
Resistivitas listrikβ, poli: 828 nΩ·m (pada s.k.)
Arah magnetparamagnetik[3]
Suseptibilitas magnetik molar(β) +2.450,0×10−6 cm3/mol (293 K)[4]
Modulus Youngbentuk γ: 33,6 GPa
Modulus Shearbentuk γ: 13,5 GPa
Modulus curahbentuk γ: 21,5 GPa
Rasio Poissonbentuk γ: 0,24
Skala Mohs2,5
Skala Vickers210–470 MPa
Skala Brinell186–412 MPa
Nomor CAS7440-45-1
Sejarah
Penamaandari planet kerdil Ceres, ia sendiri dinamai dari dewa pertanian Romawi Ceres
PenemuanMartin H. Klaproth, Jöns J. Berzelius, W. Hisinger (1803)
Isolasi pertamaCarl G. Mosander (1838)
Isotop serium yang utama
Iso­top Kelim­pahan Waktu paruh (t1/2) Mode peluruhan Pro­duk
134Ce sintetis 3,16 hri ε 134La
136Ce 0,186% stabil
138Ce 0,251% stabil
139Ce sintetis 137,640 hri ε 139La
140Ce 88,449% stabil
141Ce sintetis 32,501 hri β 141Pr
142Ce 11,114% stabil
143Ce sintetis 33,039 jam β 143Pr
144Ce sintetis 284,893 hri β 144Pr
| referensi | di Wikidata

Meskipun selalu terjadi dalam kombinasi dengan unsur tanah jarang lainnya dalam mineral seperti kelompok monasit dan bastnäsit, serium mudah diekstraksi dari bijihnya, karena ia dapat dibedakan dari antara lantanida lainnya dengan kemampuannya yang unik untuk dioksidasi menjadi keadaan +4 dalam larutan berair. Ia adalah lantanida yang paling umum, diikuti oleh neodimium, lantanum, dan praseodimium. Ia adalah unsur paling melimpah ke-25, membentuk 66 ppm kerak Bumi, setengah dari klorin dan lima kali lebih banyak dari timbal.

Serium adalah lantanida pertama yang ditemukan, di Bastnäs, Swedia, oleh Jöns J. Berzelius dan Wilhelm Hisinger pada tahun 1803, dan secara terpisah oleh Martin H. Klaproth di Jerman pada tahun yang sama. Pada tahun 1839, Carl G. Mosander menjadi orang pertama yang mengisolasi logam tersebut. Saat ini, serium dan senyawanya memiliki berbagai kegunaan: misalnya, serium(IV) oksida digunakan untuk memoles kaca dan merupakan bagian penting dari konverter katalitik. Logam serium digunakan dalam korek api feroserium karena sifat piroforiknya. Fosfor YAG yang didoping serium digunakan bersama dengan dioda pemancar cahaya biru untuk menghasilkan cahaya putih di sebagian besar sumber cahaya LED putih komersial.

Karakteristik sunting

Sifat fisik sunting

Serium adalah unsur kedua dalam deret lantanida. Dalam tabel periodik, ia muncul di antara lantanida lantanum di sebelah kirinya dan praseodimium di sebelah kanannya, serta di atas aktinida torium. Ia adalah sebuah logam ulet dengan kekerasan yang mirip dengan perak.[5] 58 elektronnya tersusun dalam konfigurasi [Xe]4f15d16s2, di mana keempat elektron terluarnya adalah elektron valensi.[6] Tingkat energi 4f, 5d, dan 6s sangatlah dekat satu sama lain, dan transfer satu elektron ke kulit 5d disebabkan oleh tolakan antarelektron yang kuat pada kulit 4f yang kompak. Efek ini akan kewalahan ketika atom serium terionisasi positif; jadi, Ce2+ itu sendiri memiliki konfigurasi reguler [Xe]4f2, meskipun dalam beberapa larutan padat mungkin [Xe]4f15d1.[7] Sebagian besar lantanida hanya dapat menggunakan tiga elektron sebagai elektron valensi, karena setelah itu elektron 4f yang tersisa terikat terlalu kuat: serium adalah pengecualian karena stabilitas kulit-f kosong di Ce4+ dan fakta bahwa ia muncul sangat awal dalam deret lantanida, di mana muatan inti masih cukup rendah hingga neodimium memungkinkan penghilangan elektron valensi keempat dengan cara kimia.[8]

Serium memiliki struktur elektronik variabel. Energi elektron 4f hampir sama dengan energi elektron 5d dan 6s terluar yang terdelokalisasi dalam keadaan logam, dan hanya sejumlah kecil energi yang diperlukan untuk mengubah penempatan relatif dari tingkat elektronik ini. Hal ini akan menimbulkan keadaan valensi ganda. Misalnya, perubahan volume sekitar 10% terjadi ketika serium mengalami tekanan tinggi atau suhu rendah. Tampaknya, valensi serium akan berubah dari sekitar 3 menjadi 4 ketika didinginkan atau dikompresi.[9]

Sifat kimia sunting

Seperti lantanida lainnya, logam serium adalah zat pereduksi yang baik, memiliki potensial reduksi standar sebesar E = −2,34 V untuk pasangan Ce3+/Ce.[10] Ia akan ternoda di udara, membentuk lapisan oksida pasif seperti karat besi. Sampel logam serium berukuran beberapa sentimeter akan terkorosi sepenuhnya dalam waktu sekitar satu tahun. Lebih dramatis lagi, serium metalik dapat sangat piroforik:[11]

Ce + O2 → CeO2

Serium akan bereaksi dengan air karena ia sangat bersifat elektropositif. Reaksinya berjalan lambat dengan air dingin tetapi akan bertambah cepat dengan meningkatnya suhu, menghasilkan serium(III) hidroksida dan gas hidrogen:[12]

2 Ce + 6 H2O → 2 Ce(OH)3 + 3 H2

Alotrop sunting

 
Diagram fase serium

Empat bentuk alotropik serium diketahui eksis pada tekanan standar, dan diberi label umum α hingga δ:[13]

  • Bentuk suhu tinggi, serium-δ, memiliki struktur kristal bcc (kubus berpusat-badan) dan eksis di atas suhu 726 °C.
  • Bentuk stabil di bawah suhu 726 °C hingga kira-kira suhu kamar adalah serium-γ, dengan struktur kristal fcc (kubus berpusat-muka).
  • Bentuk DHCP (padat heksagon ganda) serium-β adalah struktur kesetimbangan, kira-kira dari suhu kamar hingga −150 °C.
  • Bentuk fcc serium-α stabil di bawah suhu sekitar −150 °C; massa jenisnya adalah 8,16 g/cm3.
  • Fase padat lain yang terjadi hanya pada tekanan tinggi ditunjukkan pada diagram fase.
  • Baik bentuk γ maupun β cukup stabil pada suhu kamar, meskipun suhu transformasi kesetimbangannya diperkirakan pada 75 °C.[13]

Pada suhu yang lebih rendah, perilaku serium diperumit oleh laju transformasi yang lambat. Suhu transformasinya menjadi subjek pada histeresis substansial dan nilai yang dikutip di sini adalah perkiraan. Setelah pendinginan hingga di bawah suhu −15 °C, serium-γ mulai berubah menjadi serium-β, tetapi transformasi melibatkan peningkatan volume dan, karena lebih banyak β terbentuk, tekanan internal menumpuk dan menekan transformasi lebih lanjut.[13] Pendinginan di bawah kira-kira suhu −160 °C akan memulai pembentukan serium-α tetapi ini hanya dari sisa serium-γ. Serium-β tidak berubah secara signifikan menjadi serium-α kecuali dengan adanya tekanan atau deformasi.[13] Pada tekanan atmosfer, serium cair lebih padat daripada bentuk padatnya pada titik leburnya.[5][14][15]

Isotop sunting

Serium alami terdiri dari empat isotop: 136Ce (0,19%), 138Ce (0,25%), 140Ce (88,4%), dan 142Ce (11,1%). Keempatnya stabil secara pengamatan, meskipun isotop ringan 136Ce dan 138Ce secara teoretis diperkirakan mengalami penangkapan elektron ganda menjadi isotop barium, dan isotop terberat 142Ce diperkirakan mengalami peluruhan beta ganda menjadi 142Nd atau peluruhan alfa menjadi 138Ba. Selain itu, 140Ce akan melepaskan energi pada saat fisi spontan. Tak satu pun dari mode peluruhan ini telah teramati, meskipun peluruhan beta ganda 136Ce, 138Ce, dan 142Ce telah dicari secara eksperimental. Batas eksperimental saat ini untuk waktu paruh mereka adalah:[16]

136Ce: >3,8×1016 tahun
138Ce: >5,7×1016 tahun
142Ce: >5,0×1016 tahun

Semua isotop serium lainnya adalah sintetis dan radioaktif. Yang paling stabil adalah 144Ce dengan waktu paruh 284,9 hari, 139Ce dengan waktu paruh 137,6 hari, dan 141Ce dengan waktu paruh 32,5 hari. Semua isotop serium radioaktif lainnya memiliki waktu paruh di bawah empat hari, dan sebagian besar memiliki waktu paruh di bawah sepuluh menit.[16] Isotop antara 140Ce dan 144Ce terjadi sebagai produk fisi uranium.[16] Mode peluruhan utama isotop yang lebih ringan dari 140Ce adalah peluruhan beta terbalik atau penangkapan elektron menjadi isotop lantanum, sedangkan isotop yang lebih berat adalah peluruhan beta menjadi isotop praseodimium.[16] Beberapa isotop neodimium dapat mengalami peluruhan alfa atau diperkirakan akan meluruh menjadi isotop serium.[17]

Kelangkaan 136Ce dan 138Ce yang kaya proton dijelaskan oleh fakta bahwa mereka tidak dapat dibuat dalam proses nukleosintesis bintang yang paling umum untuk unsur-unsur setelah besi, proses-s (penangkapan neutron lambat) dan proses-r (penangkapan neutron cepat). Hal ini terjadi karena mereka dilewati oleh aliran reaksi proses-s, dan nuklida proses-r diblokir agar tidak meluruh menjadi nuklida stabil yang kaya neutron. Inti semacam itu disebut inti-p, dan asalnya masih belum dipahami dengan baik: beberapa spekulasi mengenai mekanisme pembentukannya meliputi penangkapan proton serta fotodisintegrasi.[18] 140Ce adalah isotop serium yang paling umum, karena dapat diproduksi dalam proses s- dan -r, sedangkan 142Ce hanya dapat diproduksi dalam proses-r. Alasan lain untuk kelimpahan 140Ce adalah bahwa ia merupakan sebuah inti ajaib, memiliki kulit neutron tertutup (memiliki 82 neutron), sehingga memiliki penampang lintang yang sangat rendah menuju penangkapan neutron lebih lanjut. Meskipun nomor protonnya 58 bukanlah ajaib, ia diberikan stabilitas tambahan, karena delapan proton tambahannya melewati bilangan ajaib 50 dan melengkapi orbital proton 1g7/2 proton orbital.[18] Kelimpahan isotop cerium mungkin sedikit berbeda dalam beberapa sumber alami, karena 138Ce dan 140Ce adalah produk dari radionuklida primordial berumur panjang 138La dan 144Nd, masing-masing.[16]

Senyawa sunting

Serium eksis dalam dua keadaan oksidasi utama, Ce(III) dan Ce(IV). Pasangan keadaan oksidasi yang berdekatan ini mendominasi beberapa aspek kimia unsur ini. Larutan berair serium(IV) dapat dibuat dengan mereaksikan larutan serium(III) dengan zat pengoksidasi kuat peroksodisulfat atau bismutat. Nilai E(Ce4+/Ce3+) sangat bervariasi tergantung pada kondisi karena relatif mudahnya kompleksasi dan hidrolisis dengan berbagai anion, meskipun +1,72 V dapat mewakili. Serium adalah satu-satunya lantanida yang memiliki kimia berair dan koordinasi penting dalam keadaan oksidasi +4.[10]

Halida sunting

Serium membentuk keempat trihalida CeX3 (X = F, Cl, Br, I), biasanya melalui reaksi serium oksida dengan hidrogen halida. Serium halida anhidrat adalah padatan berwarna pucat, bersifat paramagnetik dan higroskopis. Setelah hidrasi, serium trihalida berubah menjadi kompleks yang mengandung kompleks akuo [Ce(H2O)8-9]3+. Tidak seperti kebanyakan lantanida, Ce membentuk sebuah tetrafluorida, padatan putih. Ia juga membentuk sebuah diiodida berwarna perunggu, yang memiliki sifat metalik.[19] Selain fase biner halida, sejumlah kompleks anionik halida diketahui. Serium fluorida menghasilkan turunan Ce(IV) CeF4−
8
dan CeF2−
6
. Serium klorida menghasilkan turunan berwarna oranye CeCl2−
6
.[10]

Oksida dan kalkogenida sunting

Serium(IV) oksida ("seria") memiliki struktur fluorit, mirip dengan dioksida praseodimium dan terbium. Seria adalah senyawa nonstoikiometri, artinya rumus sebenarnya adalah CeO2−x, dengan x sekitar 0,2. Dengan demikian, bahan tersebut tidak dijelaskan dengan sempurna sebagai Ce(IV). Seria tereduksi menjadi serium(III) oksida dengan gas hidrogen.[20] Banyak kalkogenida nonstoikiometri juga dikenal, bersama dengan trivalen Ce2Z3 (Z = S, Se, Te). Monokalkogenida CeZ dapat menghantarkan listrik dan akan lebih baik diformulasikan sebagai Ce3+Z2−e. Meskipun CeZ2 diketahui, mereka adalah polikalkogenida dengan serium(III): turunan serium(IV) dari S, Se, dan Te tidak diketahui.[20]

Kompleks serium(IV) sunting

 
Seriamonium nitrat

Senyawa seriamonium nitrat ("CAN") (NH
4
)
2
[Ce(NO
3
)
6
] merupakan senyawa serium yang paling umum ditemui di laboratorium. Enam ligan nitrat berikatan sebagai ligan bidentat. Kompleks [Ce(NO
3
)
6
]2− memiliki koordinat 12, bilangan koordinasi tinggi yang menekankan ukuran besar ion Ce4+. CAN adalah sebuah oksidan yang populer dalam sintesis organik, baik sebagai pereaksi stoikiometri[21] maupun sebagai katalis.[22] Ia tidak berharga mahal dan mudah ditangani. Ia beroperasi dengan redoks satu elektron. Serium nitrat juga membentuk kompleks 4:3 dan 1:1 dengan 18-mahkota-6 (perbandingan antara serium dan eter mahkota). Secara klasik, CAN adalah standar utama untuk analisis kuantitatif.[5][23] Garam serium(IV), khususnya serium(IV) sulfat, sering digunakan sebagai pereaksi standar untuk analisis volumetrik dalam titrasi serimetri.[24]

 
Sebuah LED putih beroperasi: dioda menghasilkan cahaya biru monokromatik tetapi fosfor Ce:YAG mengubah sebagian darinya menjadi cahaya kuning, kombinasi ini dianggap putih oleh mata manusia.

Karena transfer muatan ligan-ke-logam, ion serium(IV) encer berwarna jingga-kuning.[25] Serium(IV) encer bersifat metastabil dalam air[26] dan merupakan zat pengoksidasi kuat yang dapat mengoksidasi asam klorida untuk menghasilkan gas klorin.[10] Dalam reaksi Belousov–Zhabotinsky, serium berosilasi antara keadaan oksidasi +4 dan +3 untuk mengatalisis reaksi tersebut.[27]

Senyawa organoserium sunting

Kimia organoserium mirip dengan lantanida lainnya, seringkali melibatkan kompleks ligan siklopentadienil dan siklooktatetraenil. Serosena (Ce(C8H8)2) mengadopsi struktur molekul uranosena.[28] Elektron 4f dalam serosena, Ce(C8H8)2, diposisikan secara ambigu antara terlokalisasi dan terdelokalisasi dan senyawa ini dianggap sebagai valensi menengah.[29] Turunan alkil, alkunil, dan alkenil organoserium dibuat dari transmetalasi masing-masing pereaksi organolitium atau Grignard, dan lebih bersifat nukleofilik tetapi kurang basa dibandingkan prekursornya.[30][31]

Sejarah sunting

 
Planet katai dan asteroid Ceres, asal nama serium.
 
Jöns J. Berzelius, salah satu penemu serium

Serium ditemukan di Bastnäs di Swedia oleh Jöns J. Berzelius dan Wilhelm Hisinger, dan secara terpisah di Jerman oleh Martin H. Klaproth, keduanya pada tahun 1803.[32] Serium dinamai oleh Berzelius dari asteroid Ceres, yang ditemukan dua tahun sebelumnya.[32][33] Asteroid itu sendiri dinamai dari dewi Romawi Ceres, dewi pertanian, tanaman biji-bijian, kesuburan, dan hubungan keibuan.[32]

Serium awalnya diisolasi dalam bentuk oksidanya yang diberi nama seria, istilah yang masih digunakan hingga sekarang. Logam itu sendiri terlalu elektropositif untuk diisolasi dengan teknologi peleburan saat itu, karakteristik logam tanah jarang pada umumnya. Setelah pengembangan elektrokimia oleh Humphry Davy lima tahun kemudian, tanah tersebut segera menghasilkan logam yang dikandungnya. Seria, yang diisolasi pada tahun 1803, mengandung semua lantanida yang terdapat dalam bijih serit dari Bastnäs, Swedia, dan dengan demikian hanya mengandung sekitar 45% dari apa yang sekarang dikenal sebagai seria murni. Baru setelah Carl G. Mosander berhasil menghilangkan lantana dan "didimia" pada akhir tahun 1830-an, seria diperoleh secara murni. Wilhelm Hisinger adalah seorang pemilik tambang yang kaya dan ilmuwan amatir, dan sponsor dari Berzelius. Dia memiliki dan mengendalikan tambang di Bastnäs, dan telah mencoba selama bertahun-tahun untuk mengetahui komposisi batuan tak berharga berat yang melimpah ("Wolfram dari Bastnäs", yang meskipun namanya seperti itu, ia tidak mengandung wolfram sama sekali), sekarang dikenal sebagai serit, yang dia miliki di tambangnya.[33] Mosander dan keluarganya tinggal selama bertahun-tahun di rumah yang sama dengan Berzelius, dan Mosander tidak diragukan lagi dibujuk oleh Berzelius untuk menyelidiki seria lebih lanjut.[34][35][36][37]

Unsur ini berperan dalam Proyek Manhattan, di mana senyawa serium diselidiki di situs Berkeley sebagai bahan krus untuk pengecoran uranium dan plutonium.[38] Untuk alasan ini, metode baru untuk persiapan dan pengecoran serium dikembangkan dalam lingkup proyek anak Ames (sekarang Laboratorium Ames).[39] Produksi serium yang sangat murni di Ames dimulai pada pertengahan 1944 dan berlanjut hingga Agustus 1945.[39]

Keterjadian dan produksi sunting

Serium adalah yang paling melimpah dari semua lantanida, membentuk 66 ppm kerak Bumi; nilai ini tepat di belakang tembaga (68 ppm), dan serium bahkan lebih melimpah daripada logam biasa seperti timbal (13 ppm) dan timah (2,1 ppm). Jadi, meskipun posisinya sebagai salah satu logam tanah jarang, serium sebenarnya tidak langka sama sekali.[40] Kandungan serium dalam tanah bervariasi antara 2 dan 150 ppm, dengan rata-rata 50 ppm; air laut mengandung 1,5 bagian per triliun serium.[33] Serium terjadi dalam berbagai mineral, tetapi sumber komersial yang paling penting adalah mineral dari kelompok monasit dan bastnäsit, di mana ia membentuk setengah dari kandungan lantanida. Monasit-(Ce) adalah perwakilan monasit yang paling umum, dengan "-Ce" merupakan akhiran Levinson yang menginformasikan dominasi perwakilan unsur tanah jarang tertentu.[41][42][43] Bastnäsit dominan serium yang paling penting adalah bastnäsit-(Ce).[41][44] Serium adalah lantanida yang paling mudah diekstraksi dari mineralnya karena merupakan satu-satunya yang dapat mencapai keadaan oksidasi +4 yang stabil dalam larutan berair.[45] Karena penurunan kelarutan serium dalam keadaan oksidasi +4, serium kadang-kadang terdeplesi dari batuan relatif terhadap unsur tanah jarang lainnya dan digabungkan ke dalam zirkon, karena Ce4+ dan Zr4+ memiliki muatan yang sama dan jari-jari ionik yang mirip.[46] Dalam kasus ekstrem, serium(IV) dapat membentuk mineralnya sendiri yang terpisah dari unsur tanah jarang lainnya, seperti serianit (Ce,Th)O2 (dinamakan dengan benar sebagai serianit-(Ce)[41][43][47]).[48][49][50]

 
Struktur kristal bastnäsit-(Ce). Kode warna: karbon, C, biru-kelabu; fluorin, F, hijau; serium, Ce, putih; oksigen, O, merah.

Bastnäsit, LnIIICO3F, biasanya kekurangan torium dan lantanida berat setelah samarium dan europium, sehingga ekstraksi serium darinya cukup langsung. Pertama, bastnäsit dimurnikan, menggunakan asam klorida encer untuk menghilangkan pengotor kalsium karbonat. Bijih tersebut kemudian dipanggang di udara untuk mengoksidasinya menjadi lantanida oksida: serium akan dioksidasi menjadi dioksida CeO2, sementara sebagian besar lantanida akan dioksidasi menjadi seskuioksida Ln2O3. Ia tidak larut dalam air dan dapat dilarutkan dengan asam klorida 0,5 M, meninggalkan lantanida lainnya.[45]

Prosedur untuk monasit, (Ln,Th)PO4, yang biasanya mengandung semua tanah jarang, serta torium, lebih rumit. Monasit, karena sifat magnetiknya, dapat dipisahkan melalui pemisahan elektromagnetik berulang. Setelah pemisahan, ia diolah dengan asam sulfat pekat panas untuk menghasilkan sulfat tanah jarang yang larut dalam air. Filtrat asam dinetralkan sebagian dengan natrium hidroksida hingga pH 3–4. Torium mengendap dari larutan sebagai hidroksida dan dihilangkan. Setelah itu, larutan tersebut diolah dengan amonium oksalat untuk mengubah tanah jarang menjadi oksalat mereka yang tidak larut. Oksalat tersebut diubah menjadi oksida melalui penganilan. Oksida tersebut dilarutkan dalam asam nitrat, tetapi serium oksida tidak larut dalam HNO3 sehingga ia mengendap.[15] Kehati-hatian harus diberikan saat menangani beberapa residu karena mereka mengandung 228Ra, turunan dari 232Th, yang merupakan pemancar gama yang kuat.[45]

Aplikasi sunting

 
Carl A. von Welsbach, yang menemukan banyak aplikasi serium

Serium memiliki dua aplikasi utama, yang keduanya menggunakan CeO2. Aplikasi industri seria adalah untuk pemolesan, terutama planarisasi kimia-mekanik (CMP). Dalam aplikasi utamanya yang lain, CeO2 digunakan untuk menghilangkan warna kaca. Ia berfungsi dengan mengubah kotoran besi berwarna hijau menjadi ferioksida yang hampir tidak berwarna.[51] Seria juga telah digunakan sebagai pengganti kongenernya yang radioaktif, toria, misalnya dalam pembuatan elektroda yang digunakan dalam las busur wolfram gas, di mana seria sebagai unsur pemadu akan meningkatkan stabilitas busur dan kemudahan penyalaan sambil mengurangi pembakaran.[52]

Mantel gas dan paduan piroforik sunting

Penggunaan serium pertama kali ialah dalam mantel gas, ditemukan oleh kimiawan Austria Carl A. von Welsbach. Pada tahun 1885, dia sebelumnya bereksperimen dengan campuran magnesium, lantanum, dan itrium oksida, tetapi mereka memberikan cahaya berwarna hijau dan tidak berhasil.[53] Enam tahun kemudian, dia menemukan bahwa torium oksida murni menghasilkan cahaya yang jauh lebih baik, meski berwarna biru, dan dengan mencampurkannya dengan serium dioksida akan menghasilkan cahaya putih terang.[54] Serium dioksida juga bertindak sebagai katalis untuk pembakaran torium oksida.

Hal ini menghasilkan kesuksesan komersial bagi von Welsbach dan penemuannya, serta menciptakan permintaan besar akan torium. Produksinya menghasilkan sejumlah besar lantanida yang terekstraksi secara bersamaan sebagai produk sampingan.[55] Aplikasi segera ditemukan untuk mereka, terutama dalam paduan piroforik yang dikenal sebagai "mischmetal" yang terdiri dari 50% serium, 25% lantanum, dan sisanya adalah lantanida lainnya, yang digunakan secara luas untuk rijang korek api.[55] Biasanya, besi ditambahkan untuk membentuk paduan feroserium, yang juga ditemukan oleh von Welsbach.[56] Karena kesamaan kimia antara para lantanida, pemisahan kimia biasanya tidak diperlukan untuk aplikasinya, seperti penambahan mischmetal ke baja sebagai pengubah inklusi untuk meningkatkan sifat mekanik, atau sebagai katalis untuk perengkahan minyak bumi.[45] Sifat serium ini menyelamatkan nyawa penulis Primo Levi di kamp konsentrasi Auschwitz, ketika dia menemukan pasokan paduan ferserium dan menukarnya dengan makanan.[57]

Pigmen dan fosfor sunting

Fotostabilitas pigmen dapat ditingkatkan dengan penambahan serium, karena ia dapat memberikan pigmen itu ketahancahayaan dan mencegah polimer bening menjadi gelap di bawah sinar matahari.[58] Contoh senyawa serium yang digunakan sendiri sebagai pigmen anorganik adalah serium(III) sulfida berwarna merah terang (merah serium sulfida), yang secara kimiawi tetap lengai hingga suhu yang sangat tinggi. Pigmen tersebut adalah alternatif yang lebih aman untuk pigmen berbasis kadmium selenida yang tahan cahaya namun beracun.[33] Penambahan serium oksida pada pelat kaca televisi tabung sinar katoda yang lebih tua terbilang bermanfaat, karena menekan efek penggelapan dari pembentukan cacat pusat-F akibat pemborbardiran elektron terus menerus selama operasi. Serium juga merupakan komponen penting sebagai dopan untuk fosfor yang digunakan pada layar TV CRT, lampu fluoresen, dan dioda pemancar cahaya putih.[59][60] Contoh yang paling umum digunakan adalah garnet itrium aluminium yang didoping serium(III) (Ce:YAG) yang memancarkan cahaya hijau hingga kuning-hijau (550–530 nm) dan juga berperilaku sebagai sintilator.

Kegunaan lainnya sunting

Garam serium, seperti sulfida Ce2S3 dan Ce3S4, dipertimbangkan selama Proyek Manhattan sebagai bahan tahan api canggih untuk konstruksi krus yang dapat menahan suhu tinggi dan kondisi reduksi kuat saat pengecoran logam plutonium.[38][39] Terlepas dari sifat yang diinginkan, sulfida ini tidak pernah diadopsi secara luas karena masalah praktis dengan sintesisnya.[38] Serium digunakan sebagai unsur pemadu dalam aluminium untuk membuat paduan aluminium eutektik yang dapat dicetak dengan 6–16% Ce dari total berat, yang dapat ditambahkan Mg dan/atau Si lebih lanjut. Paduan Al–Ce ini memiliki kekuatan suhu tinggi yang sangat baik dan cocok untuk aplikasi otomotif, misalnya pada kepala silinder.[61] Paduan serium lainnya meliputi paduan plutonium Pu–Ce dan Pu–Ce–Co, yang telah digunakan sebagai bahan bakar nuklir.

Aplikasi otomotif lainnya untuk seskuioksida yang lebih rendah adalah sebagai konverter katalitik untuk oksidasi emisi CO dan NOx dalam gas buang dari kendaraan bermotor.[62][63]

Peran biologis dan pencegahan sunting

Serium
Bahaya
Piktogram GHS  
Keterangan bahaya GHS {{{value}}}

Lantanida awal telah ditemukan penting untuk beberapa bakteri metanotrofik yang hidup di kolam lumpur vulkanik, seperti Methylacidiphilum fumariolicum: lantanum, serium, praseodimium, dan neodimium kira-kira sama efektifnya.[65][66] Serium tidak diketahui memiliki peran biologis dalam organisme lain, tetapi juga tidak terlalu beracun; ia tidak terakumulasi dalam rantai makanan sampai batas tertentu. Karena sering terjadi bersamaan dengan kalsium dalam mineral fosfat, dan tulang utamanya merupakan kalsium fosfat, serium dapat terakumulasi pada tulang dalam jumlah kecil yang dianggap tidak berbahaya.

Serium nitrat adalah pengobatan antimikroba topikal yang efektif untuk luka bakar tingkat tiga,[33][67] walaupun dosis besar dapat menyebabkan keracunan serium dan metemoglobinemia.[68] Lantanida awal bertindak sebagai kofaktor esensial untuk metanol dehidrogenase dari bakteri metanotrofik Methylacidiphilum fumariolicum SolV, dengan lantanum, serium, praseodimium, dan neodimium kira-kira sama efektifnya.[69]

Seperti semua logam tanah jarang, serium memiliki toksisitas rendah hingga sedang. Ia merupakan zat pereduksi yang kuat, dan dapat menyala secara spontan di udara pada suhu 65 hingga 80 °C. Asap dari kebakaran serium bersifat racun. Air tidak boleh digunakan untuk menghentikan kebakaran serium, karena serium akan bereaksi dengan air menghasilkan gas hidrogen. Para pekerja yang terpapar serium akan mengalami gatal-gatal, sensitif terhadap panas, dan lesi kulit. Serium tidak beracun saat dimakan, tetapi hewan yang disuntikkan dengan serium dosis besar akan mati karena kolaps kardiovaskular.[33] Serium lebih berbahaya bagi organisme akuatik, karena ia dapat merusak membran sel; ini merupakan risiko penting karena ia tidak terlalu larut dalam air, sehingga akan menyebabkan pencemaran lingkungan.[33]

Referensi sunting

  1. ^ (Indonesia) "Serium". KBBI Daring. Diakses tanggal 17 Juli 2022. 
  2. ^ Ground levels and ionization energies for the neutral atoms, NIST
  3. ^ Lide, D. R., ed. (2005). "Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds". CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (edisi ke-86). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. 
  4. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. hlm. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  5. ^ a b c Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (edisi ke-86). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. 
  6. ^ Greenwood dan Earnshaw, hlm. 1232–5
  7. ^ Jørgensen, Christian (1973). "The Loose Connection between Electron Configuration and the Chemical Behavior of the Heavy Elements (Transuranics)". Angewandte Chemie International Edition. 12 (1): 12–19. doi:10.1002/anie.197300121. 
  8. ^ Holleman, A. F.; Wiberg, E. (2001), Inorganic Chemistry, San Diego: Academic Press, hlm. 1703–5, ISBN 0-12-352651-5 
  9. ^ Johansson, Börje; Luo, Wei; Li, Sa; Ahuja, Rajeev (17 September 2014). "Cerium; Crystal Structure and Position in The Periodic Table". Scientific Reports. 4: 6398. Bibcode:2014NatSR...4E6398J. doi:10.1038/srep06398. PMC 4165975 . PMID 25227991. 
  10. ^ a b c d Greenwood dan Earnshaw, hlm. 1244–8
  11. ^ Gray, Theodore (2010). The Elements. Black Dog & Leventhal Pub. ISBN 978-1-57912-895-1. 
  12. ^ "Chemical reactions of Cerium". Webelements. Diakses tanggal 10 Juli 2023. 
  13. ^ a b c d Koskimaki, D. C.; Gschneidner, K. A.; Panousis, N. T. (1974). "Preparation of single phase β and α cerium samples for low temperature measurements". Journal of Crystal Growth. 22 (3): 225–229. Bibcode:1974JCrGr..22..225K. doi:10.1016/0022-0248(74)90098-0. 
  14. ^ Stassis, C.; Gould, T.; McMasters, O.; Gschneidner, K.; Nicklow, R. (1979). "Lattice and spin dynamics of γ-Ce". Physical Review B. 19 (11): 5746–5753. Bibcode:1979PhRvB..19.5746S. doi:10.1103/PhysRevB.19.5746. 
  15. ^ a b Patnaik, Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. hlm. 199–200. ISBN 978-0-07-049439-8. 
  16. ^ a b c d e Audi, G.; Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S. (2017). "The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties" (PDF). Chinese Physics C. 41 (3): 030001. Bibcode:2017ChPhC..41c0001A. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001. 
  17. ^ Belli, P.; Bernabei, R.; Danevich, F. A.; Incicchitti, A.; Tretyak, V. I. (2019). "Experimental searches for rare alpha and beta decays". European Physical Journal A. 55 (140): 4–6. arXiv:1908.11458 . Bibcode:2019EPJA...55..140B. doi:10.1140/epja/i2019-12823-2. 
  18. ^ a b Cameron, A. G. W. (1973). "Abundance of the Elements in the Solar System" (PDF). Space Science Reviews. 15 (1): 121–146. Bibcode:1973SSRv...15..121C. doi:10.1007/BF00172440. 
  19. ^ Greenwood dan Earnshaw, hlm. 1240–2
  20. ^ a b Greenwood dan Earnshaw, hlm. 1238–9
  21. ^ Nair, Vijay; Deepthi, Ani (2007). "Cerium(IV) Ammonium NitrateA Versatile Single-Electron Oxidant". Chemical Reviews. 107 (5): 1862–1891. doi:10.1021/cr068408n. PMID 17432919. 
  22. ^ Sridharan, Vellaisamy; Menéndez, J. Carlos (2010). "Cerium(IV) Ammonium Nitrate as a Catalyst in Organic Synthesis". Chemical Reviews. 110 (6): 3805–3849. doi:10.1021/cr100004p. PMID 20359233. 
  23. ^ Gupta, C. K.; Krishnamurthy, Nagaiyar (2004). Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press. hlm. 30. ISBN 978-0-415-33340-5. 
  24. ^ Gschneidner K.A., ed. (2006). "Chapter 229: Applications of tetravalent cerium compounds". Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, Volume 36. The Netherlands: Elsevier. hlm. 286–288. ISBN 978-0-444-52142-2. 
  25. ^ Sroor, Farid M.A.; Edelmann, Frank T. (2012). "Lanthanides: Tetravalent Inorganic". Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic Chemistry. doi:10.1002/9781119951438.eibc2033. ISBN 978-1-119-95143-8. 
  26. ^ McGill, Ian (2005), "Rare Earth Elements", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 31, Weinheim: Wiley-VCH, hlm. 190, doi:10.1002/14356007.a22_607 
  27. ^ B. P. Belousov (1959). "Периодически действующая реакция и ее механизм" [Reaksi kerja berkala dan mekanismenya]. Сборник рефератов по радиационной медицине (dalam bahasa Rusia). 147: 145. 
  28. ^ Greenwood dan Earnshaw, hlm. 1248–9
  29. ^ Schelter, Eric J. (20 Maret 2013). "Cerium under the lens". Nature Chemistry. 5 (4): 348. Bibcode:2013NatCh...5..348S. doi:10.1038/nchem.1602 . PMID 23511425. 
  30. ^ Mikhail N. Bochkarev (2004). "Molecular compounds of "new" divalent lanthanides". Coordination Chemistry Reviews. 248 (9–10): 835–851. doi:10.1016/j.ccr.2004.04.004. 
  31. ^ M. Cristina Cassani; Yurii K. Gun'ko; Peter B. Hitchcock; Alexander G. Hulkes; Alexei V. Khvostov; Michael F. Lappert; Andrey V. Protchenko (2002). "Aspects of non-classical organolanthanide chemistry". Journal of Organometallic Chemistry. 647 (1–2): 71–83. doi:10.1016/s0022-328x(01)01484-x. 
  32. ^ a b c "Visual Elements: Cerium". London: Royal Society of Chemistry. 1999–2012. Diakses tanggal 10 Juli 2023. 
  33. ^ a b c d e f g Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. hlm. 120–125. ISBN 978-0-19-960563-7. 
  34. ^ Weeks, Mary Elvira (1956). The discovery of the elements (edisi ke-6). Easton, PA: Journal of Chemical Education. 
  35. ^ Weeks, Mary Elvira (1932). "The Discovery of the Elements: XI. Some Elements Isolated with the Aid of Potassium and Sodium: Zirconium, Titanium, Cerium and Thorium". The Journal of Chemical Education. 9 (7): 1231–1243. Bibcode:1932JChEd...9.1231W. doi:10.1021/ed009p1231. 
  36. ^ Marshall, James L. Marshall; Marshall, Virginia R. Marshall (2015). "Rediscovery of the elements: The Rare Earths–The Beginnings" (PDF). The Hexagon: 41–45. Diakses tanggal 10 Juli 2023. 
  37. ^ Marshall, James L. Marshall; Marshall, Virginia R. Marshall (2015). "Rediscovery of the elements: The Rare Earths–The Confusing Years" (PDF). The Hexagon: 72–77. Diakses tanggal 10 Juli 2023. 
  38. ^ a b c Hirai, Shinji; Shimakage, Kazuyoshi; Saitou, Yasushi; Nishimura, Toshiyuki; Uemura, Yoichiro; Mitomo, Mamoru; Brewer, Leo (21 Januari 2005). "Synthesis and Sintering of Cerium(III) Sulfide Powders". Journal of the American Ceramic Society (dalam bahasa Inggris). 81 (1): 145–151. doi:10.1111/j.1151-2916.1998.tb02306.x. 
  39. ^ a b c Hadden, Gavin, ed. (1946). "Chapter 11 - Ames Project". Manhattan District History. 4. Washington, D.C.: United States Army Corps of Engineers. 
  40. ^ Greenwood dan Earnshaw, hlm. 1294
  41. ^ a b c Burke, Ernst A.J. (2008). "The use of suffixes in mineral names" (PDF). Elements. 4 (2): 96. Diakses tanggal 10 Juli 2023. 
  42. ^ "Monazite-(Ce): Mineral information, data and localities". www.mindat.org. 
  43. ^ a b "CNMNC". nrmima.nrm.se. Diarsipkan dari versi asli tanggal 10 Agustus 2019. Diakses tanggal 10 Juli 2023. 
  44. ^ "Bastnäsite-(Ce): Mineral information, data and localities". www.mindat.org. 
  45. ^ a b c d Greenwood dan Earnshaw, hlm. 1229–1232
  46. ^ Thomas, J. B.; Bodnar, R. J.; Shimizu, N.; Chesner, C. A. (2003). "Melt inclusions in zircon". Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 53 (1): 63–87. Bibcode:2003RvMG...53...63T. doi:10.2113/0530063. 
  47. ^ "Cerianite-(Ce): Mineral information, data and localities". 
  48. ^ Graham, A. R. (1955). "Cerianite CeO2: a new rare-earth oxide mineral". American Mineralogist. 40: 560–564. 
  49. ^ "Mindat.org - Mines, Minerals and More". www.mindat.org. 
  50. ^ nrmima.nrm.se
  51. ^ Klaus Reinhardt (2005), "Cerium Mischmetal, Cerium Alloys, and Cerium Compounds", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a06_139 .
  52. ^ AWS D10.11M/D10.11 - An American National Standard - Guide for Root Pass Welding of Pipe Without Backing. American Welding Society. 2007. 
  53. ^   Lewes, Vivian Byam (1911). "Lighting". Dalam Chisholm, Hugh. Encyclopædia Britannica. 16 (edisi ke-11). Cambridge University Press. hlm. 656. 
  54. ^ Wickleder, Mathias S.; Fourest, Blandine; Dorhout, Peter K. (2006). "Thorium". Dalam Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (PDF). 3 (edisi ke-3). Dordrecht, the Netherlands: Springer. hlm. 52–160. doi:10.1007/1-4020-3598-5_3. ISBN 978-1-4020-3555-5. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 7 Maret 2016. 
  55. ^ a b Greenwood dan Earnshaw, hlm. 1228
  56. ^ Klaus Reinhardt and Herwig Winkler in "Cerium Mischmetal, Cerium Alloys, and Cerium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2000, Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10.1002/14356007.a06_139
  57. ^ Wilkinson, Tom (6 November 2009). "Book Of A Lifetime: The Periodic Table, By Primo Levi". The Independent. Diakses tanggal 10 Juli 2023. 
  58. ^ Gleń, Marta; Grzmil, Barbara; Sreńscek-Nazzal, Joanna; Kic, Bogumił (1 April 2011). "Effect of CeO2 and Sb2O3 on the phase transformation and optical properties of photostable titanium dioxide". Chemical Papers (dalam bahasa Inggris). 65 (2): 203–212. doi:10.2478/s11696-010-0103-x. ISSN 1336-9075. 
  59. ^ Cerium dioxide Diarsipkan 2 Maret 2013 di Wayback Machine. nanopartikel.info (2 Februari 2011)
  60. ^ Trovarelli, Alessandro (2002). Catalysis by ceria and related materials. Imperial College Press. hlm. 6–11. ISBN 978-1-86094-299-0. 
  61. ^ Sims, Zachary (2016). "Cerium-Based, Intermetallic-Strengthened Aluminum Casting Alloy: High-Volume Co-product Development". JOM. 68 (7): 1940–1947. Bibcode:2016JOM....68g1940S. doi:10.1007/s11837-016-1943-9. OSTI 1346625. 
  62. ^ Bleiwas, D.I. (2013). Potential for Recovery of Cerium Contained in Automotive Catalytic Converters. Reston, Va.: U.S. Department of the Interior, U.S. Geological Survey.
  63. ^ "Argonne's deNOx Catalyst Begins Extensive Diesel Engine Exhaust Testing". Argonne National Laboratory. Diarsipkan dari versi asli tanggal 7 September 2015. Diakses tanggal 10 Juli 2023. 
  64. ^ "Cerium GF39030353". 22 September 2021. Diakses tanggal 10 Juli 2023. 
  65. ^ Pol, Arjan; Barends, Thomas R. M.; Dietl, Andreas; Khadem, Ahmad F.; Eygensteyn, Jelle; Jetten, Mike S. M.; Op Den Camp, Huub J. M. (2013). "Rare earth metals are essential for methanotrophic life in volcanic mudpots". Environmental Microbiology. 16 (1): 255–64. doi:10.1111/1462-2920.12249. PMID 24034209. 
  66. ^ Kang, L., Shen, Z. & Jin, C. Neodymium cations Nd3+ were transported to the interior of Euglena gracilis 277. Chin.Sci.Bull. 45, 585–592 (2000). https://doi.org/10.1007/BF02886032
  67. ^ Dai, Tianhong; Huang, Ying-Ying; Sharma, Sulbha K.; Hashmi, Javad T.; Kurup, Divya B.; Hamblin, Michael R. (2010). "Topical antimicrobials for burn wound infections". Recent Pat Anti-Infect Drug Discov. 5 (2): 124–151. doi:10.2174/157489110791233522. PMC 2935806 . PMID 20429870. 
  68. ^ Attof, Rachid; Magnin, Christophe; Bertin-Maghit, Marc; Olivier, Laure; Tissot, Sylvie; Petit, Paul (2007). "Methemoglobinemia by cerium nitrate poisoning". Burns. 32 (8): 1060–1061. doi:10.1016/j.burns.2006.04.005. PMID 17027160. 
  69. ^ Pol, Arjan; Barends, Thomas R.M.; Dietl, Andreas; Khadem, Ahmad F.; Eygensteyn, Jelle; Jetten, Mike S.M.; Op Den Camp, Huub J.M. (2013). "Rare earth metals are essential for methanotrophic life in volcanic mudpots". Environmental Microbiology. 16 (1): 255–264. doi:10.1111/1462-2920.12249. PMID 24034209. 

Bibliografi sunting

  • Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (edisi ke-2), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-3365-4 

Pranala luar sunting