セリウムのソースを表示

{{Elementbox
|name=cerium
|japanese name=セリウム
|number=58
|symbol=Ce
|left=[[ランタン]]
|right=[[プラセオジム]]
|above=-
|below=[[トリウム|Th]]
|series=ランタノイド
|group=3
|period=6
|block=f
|image name=Cerium2.jpg
|appearance=銀白色
|atomic mass=140.116
|electron configuration=&#91;[[キセノン|Xe]]&#93; 4f<sup>1</sup> 5d<sup>1</sup> 6s<sup>2</sup><ref>[https://www.nist.gov/pml/ground-levels-and-ionization-energies-neutral-atoms Ground levels and ionization energies for the neutral atoms], NIST</ref>
|electrons per shell=2, 8, 18, 19, 9, 2
|phase=固体
|density gpcm3nrt=6.770
|density gpcm3mp=6.55
|melting point K=1068
|melting point C=795
|melting point F=1463
|boiling point K=3716
|boiling point C=3443
|boiling point F=6229
|heat fusion=5.46
|heat vaporization=398
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|vapor pressure 1=1992
|vapor pressure 10=2194
|vapor pressure 100=2442
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|vapor pressure 10 k=3159
|vapor pressure 100 k=3705
|vapor pressure comment=
|crystal structure=cubic
|japanese crystal structure=[[立方晶系]]
|oxidation states='''4''', '''3''', 2<br />（弱[[塩基性酸化物]]）
|electronegativity=1.12
|number of ionization energies=3
|1st ionization energy=534.4
|2nd ionization energy=1050
|3rd ionization energy=1949
|atomic radius=181.8
|covalent radius=204 ± 9
|magnetic ordering=[[常磁性]]<ref name="magnet">[http://www-d0.fnal.gov/hardware/cal/lvps_info/engineering/elementmagn.pdf Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20040324080747/http://www-d0.fnal.gov/hardware/cal/lvps_info/engineering/elementmagn.pd |date=2004年3月24日 }}, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.</ref>
|electrical resistivity=([[室温|r.t.]]) (β, poly) 828 n
|thermal conductivity=11.3
|thermal expansion=([[室温|r.t.]]) (γ, poly) 6.3
|speed of sound rod at 20=2100
|Young's modulus=(γ) 33.6
|Shear modulus=(γ) 13.5
|Bulk modulus=(γ) 21.5
|Poisson ratio=(γ) 0.24
|Mohs hardness=2.5
|Vickers hardness=270
|Brinell hardness=412
|CAS number=7440-45-1
|isotopes=
{{Elementbox_isotopes_decay | mn=134 | sym=Ce
 | na=[[人工放射性同位体|syn]] | hl=3.16 [[日|d]]
 | dm=[[電子捕獲|ε]] | de=0.500 | pn=134 | ps=[[ランタン|La]]}}
{{Elementbox_isotopes_decay | mn=136 | sym=Ce
 | na=0.185% | hl= > 3.8×10<sup>16</sup> [[年|y]]
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{{Elementbox_isotopes_decay | mn=138 | sym=Ce
 | na=0.251% | hl= > 1.5×10<sup>14</sup> [[年|y]]
 | dm=[[二重ベータ崩壊|β<sup>+</sup>β<sup>+</sup>]] | de=0.694 | pn=138 | ps=[[バリウム|Ba]]}}
{{Elementbox_isotopes_decay | mn=139 | sym=Ce
 | na=[[人工放射性同位体|syn]] | hl=137.640 [[日|d]]
 | dm=[[電子捕獲|ε]] | de=0.278 | pn=139 | ps=[[ランタン|La]]}}
{{Elementbox_isotopes_stable | mn=140 | sym=Ce | na=88.450% | n=82}}
{{Elementbox_isotopes_decay | mn=141 | sym=Ce
 | na=[[人工放射性同位体|syn]] | hl=32.501 [[日|d]]
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 | na=11.114% | hl= > 5 × 10<sup>16</sup> [[年|y]]
 | dm=[[二重ベータ崩壊|β<sup>-</sup>β<sup>-</sup>]] | de=1.417 | pn=142 | ps=[[ネオジム|Nd]]}}
{{Elementbox_isotopes_decay | mn=144 | sym=Ce
 | na=[[人工放射性同位体|syn]] | hl=284.893 [[日|d]]
 | dm=[[β崩壊|β<sup>-</sup>]] | de=0.319 | pn=144 | ps=[[プラセオジム|Pr]]}}
|isotopes comment=
}}
'''セリウム'''（{{lang-en-short|cerium}} {{IPA-en|ˈsɪəriəm|}}）は、[[原子番号]]58の[[元素]]で、元素記号は '''Ce'''。銀白色で軟らかく延性に富む金属で、空気中で容易に酸化される。セリウムは、[[希土類元素]]としては最も豊富に[[地殻]]中に存在しており、その濃度は、質量パーセント濃度で0.046%である。さまざまな鉱物中で見つかり、最も重要なのは[[モナザイト]]と[[バストネサイト]]である。セリウムの商業的な用途は多岐に渡り、触媒、[[大気汚染|排出物]]を還元するための燃料への添加剤、ガラス、エナメルの着色剤などがある。[[酸化物]]はガラス研磨剤、スクリーンの蛍光体、蛍光灯などで重要な成分である。

== 名称 ==
セリウムの名は[[準惑星]][[ケレス (準惑星)|ケレス]]に因んでいる。

== 歴史 ==
同じ年に別個に発見されたため、第一発見者を巡って国家間の論争を招いた最初の元素となった<ref name="sakurai">{{Cite |和書 |author =[[桜井弘]]|title = 元素111の新知識|date = 1998| pages = 261～262|publisher =[[講談社]]|isbn=4-06-257192-7 |ref = harv }}</ref>。

1803年、[[スウェーデン]]の[[イェンス・ベルセリウス]] (J. J. Berzelius) と[[ウィルヘルム・ヒージンガー]] (W. Hisinger) が、スウェーデンのバストネス鉱山で[[イットリウム]]鉱石の探索中に未知の酸化物を見いだし、そのころ発見された準惑星（発見当時は惑星とされていた）[[ケレス (準惑星)|セレス]]にちなんでセリア (ceria) と命名された<ref name="sakurai" />。同年、[[ドイツ]]の[[マルティン・ハインリヒ・クラプロート]] (M. H. Klaproth) も同じ鉱山で新元素を探索した結果、新元素を発見し、その性状から黄色い土という意味でテールオクロイト (terre ochroite) と命名された。その後、学会で、名称としてセリウムが採用された。

== 特徴 ==
灰色がかかった銀白色の[[金属]]で、常温・常圧での安定[[結晶構造]]は、[[面心立方格子]]構造（FCC、β型）だが730 {{℃}}以上で[[体心立方格子]]構造 (BCC) となり、低温では[[六方最密充填]]構造（HCP、α型）、更に-150 {{℃}}以下で再び面心立方格子構造が安定となる。[[比重]]は6.77、[[融点]]は804 {{℃}}、[[沸点]]は3,470 {{℃}}で、融点と沸点の開きが大きいのが特徴。

空気中で酸化されやすく、次第に[[酸化セリウム(IV)]] (CeO<sub>2</sub>) となるほか、加熱すると160 {{℃}}で発火する。水にはゆっくりと溶け（熱水と反応）、[[酸]]（無機酸）には易溶。[[アンモニア]]にも溶ける。原子価は+3、+4（ランタノイドで唯一4価が安定なのが特徴）。

[[モナズ石]]（モナザイト）やセル石（セライト）に含まれる。最も存在量の多い希土類元素だが、資源としては90%以上を[[中国]]が産出している。

== 化学的性質 ==
金属セリウムは空気中でゆっくりと変色し、150 {{℃}}で速やかに燃焼し[[酸化セリウム(IV)]]が生成する。
: <chem>Ce + O2 -> CeO2</chem>

セリウムは非常に電気的陽性で、冷水とおだやかに、熱水とは速やかに反応して、[[水酸化セリウム(III)]]が生成する。
: <chem>2Ce (s) + 6H2O (l) -> 2Ce(OH)3 (aq) + 3H2 (g)</chem>

金属セリウムは全てのハロゲンと反応する。
: <chem>2Ce (s) + 3F2 (g) -> 2CeF3 (s)</chem> [白色]
: <chem>2Ce (s) + 3Cl2 (g) -> 2CeCl3 (s)</chem> [白色]
: <chem>2Ce (s) + 3Br2 (g) -> 2CeBr3 (s)</chem> [白色]
: <chem>2Ce (s) + 3I2 (g) -> 2CeI3 (s)</chem> [黄色]

セリウムは希[[硫酸]]に速やかに溶け、無色の Ce(III) イオンの溶液ができる。このイオンは <chem>[Ce(OH2)9]^{3+}</chem> のような錯体として存在する<ref>{{cite web | url = http://www.webelements.com/cerium/chemistry.html | title = Chemical reactions of Cerium | publisher = Webelements | accessdate = 2009-06-06}}</ref>

: <chem>2Ce(s) + 3H2SO4(aq) -> 2Ce^{3+}(aq) + 3SO4^{2-}(aq) + 3H2(g)</chem>

== 化合物 ==
[[File:Cer(IV)-sulfat.JPG|200px|left|thumb|硫酸セリウム(IV)]]
セリウム(IV)塩は赤橙色か黄色である。一方、セリウム(III)塩はふつうは白色か無色である。両者とも紫外線を非常に吸収する。セリウム(III)は無色のガラスを作るのに使われ、ほぼ完全に紫外線を吸収する。鋭敏な定性的な検査により、セリウムは希土類の混合物から容易に検出できる。[[アンモニア]]と[[過ハロゲン酸]]をランタノイドの水溶液に加えると、セリウムが存在すれば特徴的な暗褐色に染まる。

セリウムの取りうる[[酸化数]]は+2、+3、+4の三つある。+2の状態は珍しく、CeH<sub>2</sub>、CeI<sub>2</sub>、CeS などで見られる<ref name="patnaik">{{cite book | last = Patnaik | first = Pradyot | year = 2003 | title = Handbook of Inorganic Chemical Compounds | publisher = McGraw-Hill | pages = 199–200| isbn = 0070494398 | url = https://books.google.co.jp/books?id=Xqj-TTzkvTEC&pg=PA200&redir_esc=y&hl=ja | accessdate = 2009-06-06}}</ref>。最も有名な化合物は酸化セリウム(IV) (CeO<sub>2</sub>) で、[[酸化鉄#用途|jeweller's rouge]]として使われる。[[滴定]]で使われる二つの有名な[[酸化剤]]は[[硫酸セリウムアンモニウム(IV)]] (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>Ce(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>) と[[硝酸セリウムアンモニウム(IV)]] (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>Ce(NO<sub>3</sub>)<sub>6</sub>)（別名：CAN）である。セリウムは[[塩化物]]もつくり、[[塩化セリウム(III)]] CeCl<sub>3</sub> は有機化学で[[カルボニル基|カルボニル化合物]]の反応に使われる。他の化合物は以下のとおり。
* CeAl<sub>3</sub>
* CeCu<sub>6</sub>
* CeCu<sub>2</sub>Si<sub>2</sub>
* CeRu<sub>2</sub>Si<sub>2</sub>
* [[酸化セリウム(III)]] (Ce<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
* [[酸化セリウム(IV)]] (CeO<sub>2</sub>)
* 塩化セリウム(III)七水和物 (CeCl<sub>3</sub>･7H<sub>2</sub>O)
* フッ化セリウム(III) (CeF<sub>3</sub>)
* 硫酸セリウム(III)八水和物 (Ce<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>･8H<sub>2</sub>O)
* 硫酸セリウム(IV)四水和物 (Ce(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>･4H<sub>2</sub>O)
* 硝酸セリウム(III)アンモニウム四水和物、ペンタニトラトセリウム(III)酸アンモニウム ((NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>[Ce(NO<sub>3</sub>)<sub>5</sub>]･4H<sub>2</sub>O)
* [[硝酸セリウムアンモニウム|硝酸セリウム(IV)アンモニウム]]、ヘキサニトラトセリウム(IV)酸アンモニウム ((NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>[Ce(NO<sub>3</sub>)<sub>6</sub>])
* 硝酸セリウム(III)六水和物 (Ce(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>･6H<sub>2</sub>O)
* 水酸化セリウム(IV)n水和物 (Ce(OH)<sub>4</sub>･nH<sub>2</sub>O)
* 炭酸セリウム(III)八水和物 (Ce<sub>2</sub>(CO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>･8H<sub>2</sub>O)
* 過塩素酸セリウム(III)八水和物 (Ce(ClO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>･8H<sub>2</sub>O)
* 臭化セリウム(III)六水和物 (CeBr<sub>3</sub>･6H<sub>2</sub>O)
* 六ホウ化セリウム (CeB<sub>6</sub>)
* 二ケイ化セリウム (CeSi<sub>2</sub>)
* 硫化セリウム(III) (Ce<sub>2</sub>S<sub>3</sub>)
* ヨウ化セリウム(III)九水和物 (CeI<sub>3</sub>･9H<sub>2</sub>O)
* シュウ酸セリウム(III)九水和物 (Ce<sub>2</sub>(C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>)<sub>3</sub>•9H<sub>2</sub>O)
* 酢酸セリウム(III)一水和物 (Ce(CH<sub>3</sub>COO)<sub>3</sub>･H<sub>2</sub>O)

== 同位体 ==
{{main|セリウムの同位体}}

== 用途 ==
酸化物が[[研磨剤]]として用いられるほか、ガラス添加剤、製鋼原料、触媒としても使用される。化学反応における酸化剤としての用途は、使用量こそ少ないが非常に重要である。
; [[ガラス]]研磨剤:1960年代から鉱物（バストネサイト）酸化物が用いられ、[[光学]][[レンズ]][[研磨]]に欠かせないものとなった。単に[[硬度]]が高いだけでなく、酸化セリウムや[[フッ素]]がガラスと化学反応を起こす、[[化学機械研磨]] (CMP) が生じることが特長で、[[液晶パネル]]や[[水晶]]・[[石英]]など[[ケイ酸]]系の[[宝石]]研磨に利用される。
; [[電子部品]]研磨剤:他の希土類を抽出除去した高純度酸化セリウムが[[フォトマスク]]、[[ハードディスク]]などのガラス基板、多層化[[集積回路]]の[[層間絶縁膜]]平滑化に用いられている。
;[[発火石]]:ライター用の発火石としてセリウムと鉄の合金（[[フェロセリウム]]）が使われている（[[発火合金]]）。摩擦により火花を発生する。
; [[紫外線]]吸収剤:酸化セリウムは[[屈折率]]が大きく紫外線をよく吸収・遮蔽するため、[[サングラス]]など紫外線遮断（UVカット）ガラスや[[化粧品]]に用いられる。
; [[蛍光体]]:青い[[蛍光]]を発することから、[[ブラウン管]]に利用されてきた。1997年、[[YAG]]にセリウムを添加した黄色蛍光体を青色[[発光ダイオード]]の補色とすることで、白色LED灯が初めて商品化された。また、[[蓄光]]材料としても用いられる。[[フッ素]]との化合物のフッ化セリウム (CeF<sub>3</sub>) は[[放射線]]検出の為の[[シンチレータ]]材料として使用される。
; [[顔料]]:酸化セリウムが黄色系顔料の成分として使用されるほか、ガラスに添加して淡い黄色に発色させる着色剤、酸化雰囲気にして鉄分による着色を打ち消す脱色剤として利用される。
; [[造影剤]]:X線CT（コンピュータ断層撮影法）による微小血管造影装置の陽極に用いる<ref>[https://doi.org/10.11281/shinzo.44.1372 セリウムを陽極に用いた微小血管造影法] 心臓 Vol.44 (2012) No.11 p.1372-1377</ref>。
<!--
; [[ミッシュメタル]]:[[1906年]]、[[オーストリア]]の化学者、[[カール・ヴェルスバッハ]] (Carl Auer von Welsbach) が、フェロセリウムが[[火打石|発火合金]]（[[ライター]]の石）として有効であることを発見。現在では、[[ニッケル・水素蓄電池]]の負極（[[水素吸蔵合金]]）としても利用されている。
-->
; [[希土類元素|希土類]][[磁石]]:[[金属間化合物]]の CeCo<sub>5</sub> が磁性材料として利用される。
; 鉄鋼添加剤:フェロセリウムとして[[ステンレス鋼]]などの硫黄や酸素原子による還元作用を、酸化作用で抑制する。
; [[合金]]添加剤:腐食防止用インヒビターとして、航空機用・高強度[[アルミニウム合金]]に添加されるほか、[[マグネシウム合金]]にも3-4%添加される。
; [[るつぼ]]:硫化セリウムによる機能性、耐熱るつぼ製品の製造。
; [[溶接]]電極棒:交流アーク用にセリウム入り[[タングステン]]電極棒（通称セリタン）が重用されている。
; [[触媒]]:酸化物の酸素貯蔵能が高いことから、自動車排ガス用[[三元触媒]]に、[[触媒化学|助触媒]]として添加されている。
; [[センサー]]:抵抗型気中[[酸素]]濃度センサとして[[排ガス]]中の酸素濃度を測定し、[[エンジン]]の燃焼効率改善のため[[空燃比]]制御に使用される。
; [[固体電解質]]:サマリアドープトセリア (SDC) やガドリニアドープトセリア (GDC) は[[酸素]]イオン伝導体として固体酸化物[[燃料電池]] (SOFC) に用いられる。
; [[ガス灯]]:硝酸セリウムが、発光体である[[ガスマントル]]製造に使用された。これが工業的利用の最初の例である。その後も発光材料として利用されている。
; [[医薬品]]:シュウ酸セリウムが、鎮静・鎮吐作用を持つとして医薬品に使用される。また、抗血液凝固作用があり、血栓防止などに有用とする研究がある。
; [[酸化剤]]:4価のセリウムイオンは3価になるとき、強い[[酸化]]性を示す。このことから、[[硝酸セリウムアンモニウム]]が[[有機合成化学]]や[[ウエットエッチング]]に利用されている。また、有機セリウム求核試薬やヒ素吸着剤にも利用される。
; [[超伝導]]物質、強磁性物質:セリウムの化合物には[[重い電子系]]（ヘビーフェルミオン）として注目されているものがある。→CeIrIn<sub>5</sub>。CeCu<sub>2</sub>Si<sub>2</sub>（超伝導体でもある）。CeRu<sub>2</sub>Si<sub>2</sub> や CeCu<sub>6</sub> は、[[近藤効果]]により極低温まで[[磁気秩序]]を示さない。

== 産出 ==
[[レアアース]]であり[[資源]]としては、[[中国]]、[[旧ソ連]]、[[アメリカ合衆国|アメリカ]]、[[西オーストラリア]]、[[インド]]の埋蔵量が多く、日本でも少量産出する。鉱物としてはバストネサイト (Ce,La)(CO<sub>3</sub>)F、モナザイト (Ce, La, Nd, Th)PO<sub>4</sub> が主体であり、それぞれ酸化セリウムとして50%弱と最も多く含まれている。産出量は約90%を、中国内陸部で[[磁鉄鉱]]副産物の複雑鉱石から精製されるものが占めており、次いでアメリカ、旧ソ連、インドとなっている。中間製品の輸出国としては他に[[フランス]]、[[台湾]]もあげられる。

セリウムは使用量の少なさにもかかわらず、他のレアアースと共に多く副産するため、その在庫量が[[ネオジム]]や[[ジスプロシウム]]等の生産を圧迫し、コスト的に不利なアメリカ等のレアアース産業を打撃した。しかし近年、[[アルミニウム]]材の耐熱性改善にセリウムとの合金が有望との見込みが示されており、レアアース生産におけるセリウム過剰構造の改善にも大きな効果を持ちうるとも期待されている<ref>[https://engineer.fabcross.jp/archeive/160701_alloy.html 300℃を超える耐熱性のアルミニウム・セリウム合金――アメリカのレアアース生産を加速させる可能性も]</ref>。

== 製造 ==
汎用研磨剤としては、アメリカ産バストネサイトをそのまま酸化・粉砕し、粒度分級したものが用いられている。

そのほか、[[焙焼]]したバストネサイトを[[塩酸]]浸出し他の希土類と分離したもの、モナザイトを苛性によるアルカリ[[製錬]]（リン酸鉱物であるため）する雰囲気で利用が遅れた。[[水酸化物]]を塩酸抽出したものから酸化セリウムなどの化合物が製造され、各種用途に用いる。溶融電解や金属カルシウム還元により、金属セリウムが得られる。

フェロセリウムは主にアメリカで生産され、鉄鋼添加剤用途に輸入されている。

== 出典 ==
{{脚注ヘルプ}}
{{Reflist}}

== 関連項目 ==
{{Sisterlinks
 | wikt = セリウム
 | q = no
 | n = no
 | v = no
}}
*[[プルトニウム]] - 科学的挙動がセリウムと似ているため、セリウムが類似物質として用いられる

{{元素周期表}}
{{セリウムの化合物}}
{{Normdaten}}

{{DEFAULTSORT:せりうむ}}
[[Category:セリウム|*]]
[[Category:元素]]
[[Category:ランタノイド]]
[[Category:第6周期元素]]