セリウム

ランタン - セリウム - プラセオジム Ce Th       250px 周期表
一般特性
名称, 記号, 番号	セリウム, Ce, 58
元素の分類	ランタノイド
族, 周期, ブロック	3, 6 , f
密度, 硬度	6689 kg/m3, 2.5
色	銀白色 セリウム
原子特性
原子量	140.116 u
原子半径（計算値）	185 (no data) pm
共有結合半径	no data pm
WDF半径	no data pm
電子配置	[Xe]4f15d16s2
e順位ごとの電子	2, 8, 18, 19, 9, 2
酸化数（酸化物）	3,4 (やや塩基性)
結晶構造	面心立方構造
物理特性
相	固体（常温では常磁性体）
融点	1071 K (798 ℃、1463 °F)
沸点	3716 K (3443 ℃、6229 °F)
モル体積	20.69 ×10-3 m3/mol
気化熱	414 kJ/mol
融解熱	5.46 kJ/mol
蒸気圧	n/a Pa (1071 K)
音の伝わる速さ	2100 m/s (293.15 K)
その他
クラーク数	0.0045 %
電気陰性度	1.12 （ポーリング）
比熱容量	190 J/(kg*K)
導電率	1.15 ×106/m·Ω
熱伝導率	11.4 W/(m*K)
第1イオン化エネルギー	534.4 kJ/mol
第2イオン化エネルギー	1050 kJ/mol
第3イオン化エネルギー	1949 kJ/mol
第4イオン化エネルギー	3547 kJ/mol
（比較的）安定同位体
同位体 NA 半減期 DM DE MeV DP 134Ce {syn.} 3.16 日 ε 0.500 134La 136Ce 0.19% 中性子78個で安定。 138Ce 0.25% 中性子80個で安定。 139Ce {syn.} 137.640 日 ε 0.278 139La 140Ce 88.48% 中性子82個で安定。 141Ce {syn.} 32.501 日 β- 0.581 141Pr 142Ce 11.08% 5×1016 年 β-   142Nd 144Ce {syn.} 284.893 日 β- 0.319 144Pr
注記がない限り国際単位系使用及び標準状態下

セリウム (Cerium) は、原子番号 58 の元素。元素記号は Ce。希土類元素の一つでランタノイドにも属す。

概要

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 3470℃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（CeO₂）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価（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。

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。

• 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
• 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

• ミッシュメタル：20世紀初め頃からフェロセリウムが発火合金（ライターの石）として広く用いられた。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
• 希土類磁石：金属間化合物のCeCo₅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、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。→CeIrIn₅。CeCu₂Si₂（超伝導体でもある）。CeRu₂Si₂やCeCu₆は近藤効果により、極低温まで磁気秩序を示さない。

産出

レアメタルであり資源としては、中国、旧ソ連、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)(CO₃)F、モナザイト(Ce, La, Nd, Th)PO₄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。

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。

• 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矮惑星セレスにちなんでセリア(ceria)と命名
• 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
• 学会で、名称としてセリウムが採用される

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分解（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。

セリウムの化合物

• CeAl₃
• CeCu₆
• CeCu₂Si₂
• CeRu₂Si₂

• 三酸化二セリウム(Ce₂O₃)：酸化セリウム(III)
• 二酸化セリウム(CeO₂)：酸化セリウム(IV)
• 塩化セリウム(III)七水和物(CeCl₃･7H₂O)：塩化第一セリウム
• フッ化セリウム(III)(CeF₃)：フッ化第一セリウム
• 硫酸セリウム(III)八水和物(Ce₂(SO₄)₃･8H₂O)：硫酸第一セリウム
• 硫酸セリウム(IV)四水和物(Ce(SO₄)₂･4H₂O)：硫酸第二セリウム
• 硝酸セリウム(III)アンモニウム四水和物((NH₄)₂[Ce(NO₃)₅]･4H₂O)：ペンタニトラトセリウム(III)酸アンモニウム
• 硝酸セリウム(IV)アンモニウム((NH₄)₂[Ce(NO₃)₆])：ヘキサニトラトセリウム(IV)酸アンモニウム
• 硝酸セリウム(III)六水和物(Ce(NO₃)₃･6H₂O)
• 水酸化セリウム(IV)n水和物(Ce(OH)₄･nH₂O)
• 炭酸セリウム(III)八水和物(Ce₂(CO₃)₃･8H₂O)
• 過塩素酸セリウム(III)八水和物(Ce(ClO₄)₃･8H₂O)
• 臭化セリウム(III)六水和物(CeBr₃･6H₂O)：臭化第一セリウム
• 六ホウ化セリウム(CeB₆)
• 二ケイ化セリウム(CeSi₂)
• 硫化セリウム(III)(Ce₂S₃)
• ヨウ化セリウム(III)九水和物(CeI₃･9H₂O)：ヨウ化第一セリウム
• シュウ酸セリウム(III)九水和物(Ce₂(C₂O₄)₃・9H₂O)
• 酢酸セリウム(III)一水和物(Ce(CH₃COO)₃･H₂O)：酢酸第一セリウム

同位体

詳細は セリウムの同位体 を参照

関連項目

• モナズ石