物理 [元素周期表] 铈
铈 (Cerium)
基本信息
元素符号: Ce
原子序数: 58
原子量: 140.116
位置: 位于元素周期表第六周期，镧系元素第二位，属于轻稀土元素。
电子构型: [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²
原子结构
电子特征: 4f轨道单电子，5d轨道单电子，6s轨道满电子。常见氧化态为+3、+4，是镧系中少数能形成稳定+4价态的元素之一。Ce⁴⁺具有强氧化性（强于Fe³⁺）。
4f电子特性: Ce³⁺的4f¹电子使其具有顺磁性，颜色为无色或淡黄色；Ce⁴⁺无4f电子（4f⁰构型），为抗磁性，颜色橙红。
天然同位素: 由¹³⁶Ce、¹³⁸Ce、¹⁴⁰Ce、¹⁴²Ce四种稳定同位素组成，其中¹⁴⁰Ce丰度最高（约88.5%）。
物理性质
外观: 银白色金属（纯品），表面在空气中迅速氧化变暗。
密度: 6.77 g/cm³（室温）。
熔点与沸点: 熔点795°C，沸点3443°C。
机械性能: 质地较软，具有延展性。
特殊性质: 铈在摩擦或敲击时能产生火花（打火石效应的核心成分），这是由于铈的化学活性高，碎屑在空气中氧化放热而自燃。
化学性质
高度活泼: 铈在镧系中属于较活泼的金属。在空气中易氧化，新切面在数分钟内失去光泽。粉末状铈在空气中可自燃。
与水反应: 与冷水缓慢反应，与热水反应加快，生成氢氧化铈和氢气。
酸溶性: 易溶于稀盐酸、硫酸和硝酸。Ce³⁺溶液无色或淡黄色；Ce⁴⁺溶液橙红色，是强氧化剂。
Ce⁴⁺特性: Ce⁴⁺在酸性溶液中具有强氧化性，可将Cl⁻氧化为Cl₂（缓慢），将I⁻氧化为I₂，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺。这一特性在分析化学中用作氧化剂滴定剂（硫酸铈铵）。
化合物特征: 氧化铈（CeO₂）是最重要的化合物，呈淡黄色或白色，是稀土氧化物中最重要的抛光材料。氢氧化铈Ce(OH)₄为难溶性沉淀，用于铈的分离和提纯。
存在与制备
自然丰度: 地壳中丰度约60 ppm，是稀土元素中丰度最高的成员。
主要矿石: 与镧共存于独居石、氟碳铈矿等轻稀土矿物中。独居石中铈的含量可达30-50%（以稀土氧化物计）。
制备方法: 轻稀土混合氯化物或硝酸盐溶液经溶剂萃取分离（铈是第一个被萃取分离的轻稀土元素，因其Ce⁴⁺易被萃取剂优先萃取）→沉淀得草酸铈或氢氧化铈→煅烧得氧化铈→氯化转化→熔盐电解（或钙热还原）制得金属铈。
安全与环境
可燃性: 金属铈（特别是粉末或碎屑）在空气中易燃，遇火源剧烈燃烧发出耀眼白光。储存需在惰性气体保护下或浸没于矿物油中。
毒性: 铈化合物毒性较低，但可溶性铈盐（如硝酸铈）对皮肤和粘膜有中度刺激性。Ce⁴⁺的氧化性使其刺激性较强。
稀土尘肺: 长期吸入含铈粉尘可能引起轻度肺部改变，需注意防护。
环境行为: 铈在环境中主要以难溶CeO₂或CePO₄形式存在，迁移性较低。稀土开采和分离废水需处理达标排放。
特殊应用安全: 打火石中含铈，使用和储运时应注意防火防潮。