சீரியம்(IV) ஆக்சைடு

சீரியம்(IV) ஆக்சைடு (Cerium(IV) oxide) என்பது CeO₂ என்ற மூலக்கூற்று வாய்ப்பாட்டால் விவரிக்கப்படும் ஒரு கனிம வேதியியல் சேர்மமாகும். சீரிக் ஆக்சைடு, சீரிக் டையாக்சைடு, சீரியா, சீரியம் ஆக்சைடு என்ற பெயர்களாலும் அழைக்கப்படுகிறது. அருமண் உலோகமான சீரியத்தின் ஓர் ஆக்சைடு சீரியம்(IV) ஆக்சைடு ஆகும். வெளிர் மஞ்சள்-வெள்ளை நிறத்தில் தூளாக சீரியம்(IV) ஆக்சைடு காணப்படுகிறது. இது ஒரு முக்கியமான வணிக தயாரிப்பு என்றும், தாதுக்களிலிருந்து சீரியம் தனிமத்தை பிரித்து சுத்திகரிக்கும்போது உருவாகும் ஒரு முக்கியமான இடைநிலை வேதிப்பொருள் என்றும் கருதப்படுகிறது. இந்த வேதிப்பொருளின் தனித்துவமான பண்பு யாதெனில் இது விகிதவியல் அளவிலில்லாத ஓர் ஆக்சைடாக மீள மாற்ற முடியும் என்பதேயாகும்.

தயாரிப்பு

சீரியம் இயற்கையாகவே அதன் முக்கிய தாதுக்களான பாசுட்னாசைட் மற்றும் மோனாசைட்டு போன்றவுடன் சேர்ந்து கலவையாகக் காணப்படுகிறது.

உலோக அயனிகளை நீர்த்த காரங்களாகத் தனித்துப் பிரித்தெடுத்த பிறகு அந்த கலவையிலிருந்து Ce ஓர் ஆக்சிசனேற்றியை சேர்த்து பின்னர் pH அளவை சரிசெய்வதன் மூலம் பிரிக்கப்படுகிறது, இந்த நடவடிக்கை CeO2 இன் குறைந்த கரைதிறனை பயன்படுத்திக் கொள்கிறது. பிற அரிய-மண் தனிமங்கள் ஆக்சிசனேற்றத்தை எதிர்க்கின்றன. சீரியம் ஆக்சலேட்டு அல்லது சீரியம் ஐதராக்சைடு சேர்மத்தை சுண்ணாம்புடன் சேர்த்து சுடுவதன் மூலம் சீரியம்(IV) ஆக்சைடைத் தயாரிக்க முடியும்.

சீரியம்(III) ஆகவும் சீரியம் உருவாகிறது, வார்ப்புரு:Chem. இது நிலைப்புத் தன்மை அற்றது சீரியம்(IV) ஆக்சைடாக ஆக்சிசனேற்றம் செய்யப்படுகிறது.

கட்டமைப்பு

சிரியம் ஆக்சைடு Fm3m, #225 என்ற இடக்குழுவுடன் கூடிய எட்டு ஒருங்கிணைவுகள் கொண்ட Ce4+ அயனிகளும் நான்கு ஒருங்கிணைவுகள் கொண்ட O2− அயனிகளும் பெற்ற புளோரைட்டு கட்டமைப்பை ஏற்றுக் கொள்கிறது. உயர் வெப்ப நிலைகளில் இது ஆக்சிசனை வெளியிட்டு விகிதவியல் அளவுகளில்லாத எதிர்மின் அயனி குறைந்த வடிவமாக அதே புளோரைட்டு பின்னலில் நீடிக்கிறது . இப்பொருளின் வாய்ப்பாடு CeO(2−x) ஆகும். இங்கு 0 < x < 0.28 என அமைகிறது . x இன் மதிப்பு வெப்பநிலை, மேற்பரப்பு முடிவுறல் மற்றும் ஆக்சிசனின் பகுதி அழுத்தம் ஆகிய காரணிகளைப் பொறுத்து அமைகிறது. இதற்கான சமன்பாடு கீழே தரப்படுகிறது.

$\frac{x}{0.35-x}={\left(\frac{106000\text{ Pa}}{P_{{\mathrm{O}}_2}}\right)}^{0.217}\exp \left(\frac{-195.6\text{ kJ/mol}}{RT}\right)$.

பரந்த அளவிலான ஆக்சிசன் பகுதி அழுத்தங்கள் (103–10−4 பாசுகல்) மற்றும் வெப்பநிலை (1000–1900 ° செல்சியசு) ஆகியவற்றில் சமநிலை விகிதவியல் அல்லாத x மதிப்பை முன்கணிப்பதாகக் காட்டப்பட்டுள்ளது. விகிதவியல் அளவில் இல்லாத வடிவம் நீலம் முதல் கருப்பு நிறங்களில் அயன மற்றும் மின்னணு கடத்தல் இரண்டையும் வெளிப்படுத்துகிறது. குறிப்பாக 500 பாகை செல்சியசு வெப்பநிலையில் இது வெளிப்படுகிறது. . பற்றாக்குறை ஆக்சிசன் அணுக்களின் எண்ணிக்கை பெரும்பாலும் எக்சுகதிர் ஒளிமின்னணு நிறமாலையியல் முறையில் அளக்கப்படுகிறது. இதனால் Ce3+ , Ce4+ அயனிகளுக்கிடையிலான விகிதம் ஒப்பிட முடிகிறது.

குறைபாடு வேதியியல்

சீரியாவின் அதிக நிலைப்புத்தன்மை கொண்ட புளோரைட்டு நிலையில் இது பல்வேறு விதமான குறைபாடுகளை வெளிப்படுத்துகிறது. இக்குறைபாடுகள் ஆக்சிசனின் பகுதி அழுத்தம் அல்லது அப்பொருளின் அமுக்க நிலையைப் பொறுத்து அமைகின்றன .

கவனம் செலுத்த வேண்டிய முதன்மை குறைபாடுகள் ஆக்சிசன் காலியிடங்கள் மற்றும் சிறிய போலித்துகள்கள் (சீரியம் நேர்மின் அயனிகளின் மீது உள்ளிட்ட எலக்ட்ரான்கள்) போன்றவையாகும். ஆக்சிசன் குறைபாடுகளின் செறிவை அதிகரிப்பது பின்னலில் ஆக்சைடு அயனிகளின் பரவல் வீதத்தை அதிகரிக்கிறது அயனி கடத்துத்திறன் அதிகரிப்பதிலும் இது பிரதிபலிக்கும். இந்த காரணிகள் திண்ம-ஆக்சைடு எரிபொருள் கலங்களில் திண்ம மின்பகுளியாக சீரியாவைப் பயன்படுத்த சாதகமான செயல்திறனை அளிக்கின்றன. கலப்பட மற்றும் கலப்படமற்ற சீரியாவும் ஆக்சிசனின் தாழ்ந்த பகுதி அழுத்தத்தில் உயர் மின்னணு கடத்துதிறனை வெளிப்படுத்துகிறது. சீரியம் அயனியின் ஒடுக்கம் காரணமாக சிறிய போலரான்கள் உருவாதல் இதற்கு காரணமாகும். சீரியா படிகத்தில் உள்ள ஆக்சிசன் அணுக்கள் சமதளங்களில் தோன்றுவதால் இந்த எதிர்மின் அயனிகளின் பரவல் எளிதாகிறது. குறைபாடு செறிவு அதிகரிக்கும் போது பரவல் வீதமும் அதிகரிக்கிறது.

முடிவுறும் சீரியா சமதளங்களில் காணப்படும் ஆக்சிசன் குறைபாடுகளின் இருப்பு, அகத்துறிஞ்சப்படும் மூலக்கூறுகள் மற்றும் அவற்றின் ஈரப்பத்த்துடன் சீரியாவின் இடைவினைகள் மற்றும் ஆற்றலை இவை நிர்வகிக்கின்றன. இத்தகைய மேற்பரப்பு தொடர்புகளை கட்டுப்படுத்துவது வினையூக்க பயன்பாடுகளில் சீரியாவை பயன்படுத்துவதற்கு முக்கியமாகும் .

மேற்பரப்பு செயல்பாடும் வினையூக்கமும்

CeO2 பொருட்களின் முதன்மை வளர்ந்து வரும் பயன்பாடு அவற்றை வினையூக்கத் துறையில் பயன்படுத்தப்படுவதில் உள்ளது. சீரியாவின் மேற்பரப்புகள் அதன் மிக நிலையான புளோரைட்டு நிலையில் குறைந்த ஆற்றல் (111) சமதளங்களில் ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன. மேலும் அவை குறைந்த மேற்பரப்பு ஆற்றலை வெளிப்படுத்துகின்றன. கார்பன் மோனாக்சைட்டின் ஆக்சிசனேற்றத்தை உள்ளடக்கிய நீர் வாயு மாற்ற வினை சீரியம்(IV) ஆல் பொதுவாக வினையூக்கப்படும் வினையாகும். கார்பன் டை ஆக்சைடை மீத்தேனாக்கும் வினை, தொலுயீன் போன்ற ஐதரோகார்பன்களின்வினையூக்க ஆக்சிசனேற்ற வினை போன்ற பல்வேறு ஐதரோகார்பன் மாற்ற வினைகளை வினையூக்கம் செய்ய சீரியா ஆராயப்பட்டது .

CeO ₂ இன் மேற்பரப்பு செயல்பாடு பெரும்பாலும் அதன் உள்ளார்ந்த நீரெதிர்ப்பு நடவடிக்கையிலிருந்து உருவாகிறது. இது அருமண் ஆக்சைடுகளில் காணப்படும் பொதுவான ஒரு பண்பாகும். நீரெதிர்ப்பு வினையூக்கிகளின் மேற்பரப்பில் நீர்-செயலிழக்கப்படுவதற்கு உரிய எதிர்ப்பை நீரெதிர்ப்பு அளிக்கிறது. இதனால் கரிம சேர்மங்களின் உறிஞ்சுதல் திறன் மேம்படுத்துகிறது. நீரெதிர்ப்பை கரிமநாட்டத்தின் ஒரு மறுதலையாக கருதமுடியும். பொதுவாக இது அதிக வினையூக்கச் செயல்திறனுடன் தொடர்புடையது. கரிம சேர்மங்கள் மற்றும் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட தொகுப்பு வினை சம்பந்தப்பட்ட பயன்பாடுகளில் இந்நடவடிக்கை விரும்பப்படுகிறது.

ஒன்றிலிருந்து மற்றொன்றாக CeO_x பொருள்களை மாற்றுதலே சீரியாவை ஆக்சிசனேற்றும் வினையூக்கியாக பயன்படுத்துவதற்கு உரிய அடிப்படையாகும். ஒரு சிறிய ஆனால் விளக்கமான பயன்பாடு, உயர் வெப்பநிலை தூய்மைச் செயல்முறைகளில் ஐதரோகார்பன் ஆக்சிசனேற்ற வினையூக்கியாக சுய தூய்மைஅடுப்புகளின் சுவர்களில் இதைப் பயன்படுத்துவது ஒரு சிறிய ஆனால் விளக்கமான பயன்பாடு ஆகும். வாயு வலைத்திரிகளில் இயற்கை எரிவாயுவை ஆக்சிசனேற்றுவதில் இதன் பங்களிப்பை மற்றொரு சிறிய உதாரணமாகக் கூறலாம் .

[[File:Glowing gas mantle.jpg|thumb|right|மோல்மேன் நிறுவனத்தின் ஓர் ஒளிரும் வெண்மை வாயு விளக்கு வலைத்திரி. பெரும்பாலும் ஒளிரும் தனிமம் தோரியம் டை ஆக்சைடு இயற்கை எரிவாயுவுட்டன் காற்று சேர்ந்த சீரியம் வினையூக்க ஆக்சிசனேற்ற வினையால் சூடுபடுத்தப்படுகிறது.

வாகனப் பயன்பாடுகளில் ஒரு வினையூக்க மாற்ற உணரியாக சீரியாவைப் பயன்படுத்த இதன் தனித்துவமான மேற்பரப்பு இடைவினைகள் பயன்படுகின்றன.

பிற பயன்பாடுகள்

மெருகேற்றல்

வேதியியல்-இயந்திரவியல் மெருகூட்டல் செயல்பாடு சீரியாவின் முக்கிய தொழில்துறை பயன்பாடு ஆகும் . இந்த நோக்கத்திற்காக முன்னதாகப் பயன்படுத்தப்பட்ட இரும்பு ஆக்சைடு மற்றும் சிர்கோனியா போன்ற பல ஆக்சைடுகளை சீரியா இடப்பெயர்ச்சி செய்துள்ளது இந்த நோக்கத்திற்காக, முன்னர் பயன்படுத்தப்பட்ட இரும்பு ஆக்சைடு மற்றும் சிர்கோனியா போன்ற பல ஆக்சைடுகளை அது இடம்பெயர்ந்துள்ளது .

ஒளியியல்

பச்சை நிறமுடைய இரும்பு அசுத்தங்களை கிட்டத்தட்ட நிறமற்ற பெரிக் ஆக்சைடுகளாக மாற்றி கண்ணாடியை நிறமாற்றம் செய்ய சீரியா பயன்படுகிறது அகச்சிவப்பு வடிப்பான்களில் ஆக்சினேற்றும் முகவராகவும், வாயு வலைத்திரிகளில் தோரியம் டை ஆக்சைடுக்கு ஒரு மாற்றாகவும் சீரியா பயன்படுத்தப்படுகிறது..

கலப்பு கடத்தி

அயனச் சேர்ம்மாகவும் மற்றும் மின்கடத்தியாகவும் உள்ள சீரியம் ஆக்சைட்டின் இக்குறிப்பிடத்தக்க பண்பு எரிபொருள் கலன் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டுப் பிரிவில் கலப்பு கடத்தி என்ற பயன்பாட்டிற்கு மிகப்பொருத்தமானதாக உள்ளது.

உயிரிய மருத்துவம்

சீரியம் ஆக்சைடு நானோ துகள்கள் அவற்றின் பாக்டீரியா எதிர்ப்பு மற்றும் ஆக்சிசனேற்ற செயல்பாடுகளுக்காக ஆராயப்பட்டுள்ளன.

ஆராய்ச்சி

எரிபொருள் கலன்கள்

திண்ம ஆக்சைடு எரிபொருள் கலன்களில் சீரியாவை பயன்படுத்த முடியும். ஏனெனில் 500-650 பாகை செல்சியசு வெப்பநிலையில் இதன் வழியாக ஆக்சிசன் அணுக்கள் விரைவாக நகர்ந்து செல்கின்றன. சிர்க்கோனியத் திட்டத்தைக் காட்டிலும் மேம்பட்ட ஓர் எரிகலனாகவும் இது கருதப்படுகிறது.

நீர் பிரிப்பு

சீரியம்(IV) ஆக்சைடு–சீரியம்(III) ஆக்சைடு சுழற்சி அல்லது CeO₂/Ce₂O₃ சுழற்சி இரண்டு படிநிலைகளில் நிகழும் ஒரு நிர்ப் பிளவு வெப்ப வேதியியல் செயல்முறையாகும். இச்செயல்முறை ஐதரசன் உற்பத்தியில் பயன்படுகிறது.

ஆக்சிசனேற்ற எதிர்ப்பி

நானோசீரியா ஓர் உயிரியல் ஆக்சிசனேற்றியாக நானோசீரியா கவனத்தை ஈர்த்துள்ளது