Cerio Ce

Storia della scoperta

Nel 1751 Axel Fredrik Cronstedt raccolse in una miniera del Västmanland, in Svezia, un frammento di una pietra pesante e rossastra che nessuno sapeva classificare. Ne mandò un campione a Carl Wilhelm Scheele, che lo analizzò e non vi riconobbe nulla di nuovo. Il verdetto del chimico più abile d'Europa mise la pietra a riposo per mezzo secolo.

Nel 1803 la ripresero in mano Jöns Jacob Berzelius, allora ventiquattrenne, e Wilhelm Hisinger, che di quella miniera era il proprietario e di mineralogia si intendeva abbastanza da lavorarci accanto da pari. Insieme dimostrarono che la pietra conteneva una terra sconosciuta. Nello stesso periodo, a Berlino e senza sapere nulla di loro, Martin Heinrich Klaproth arrivava alla stessa conclusione su un campione dello stesso minerale.

Il nome lo scelse Berzelius, e lo prese da Cerere, che due anni prima Giuseppe Piazzi aveva individuato dall'osservatorio di Palermo e che allora era considerata un pianeta a tutti gli effetti. Cerere a sua volta portava il nome della dea romana delle messi: la catena finisce in un campo di grano, passando per un corpo celeste che nel frattempo è stato retrocesso ad asteroide.

Quella che avevano in mano non era però una sostanza sola. La ceria resistette trentasei anni prima che Carl Gustaf Mosander cominciasse a smontarla, ricavando nel 1839 il lantanio e nel 1841 il didimio, che a sua volta si rivelerà doppio. La pietra di Bastnäs conteneva mezza famiglia delle terre rare, e ciascuna separazione richiese una generazione di chimici.

La difficoltà non era il cerio ma la sua parentela. I lantanidi hanno praticamente la stessa chimica — stesso stato di ossidazione, ioni di raggio quasi uguale — e i reagenti che separano il ferro dal rame su di loro non hanno presa: si dividono solo per cristallizzazioni frazionate ripetute centinaia di volte, con rese che calano a ogni passaggio. È il motivo per cui una sola pietra svedese ha continuato a partorire elementi nuovi per ottant'anni.

Il metallo si fece attendere ancora. Il cerio è troppo elettropositivo perché i forni dell'Ottocento potessero strapparlo al suo ossido, e ci vollero i metodi elettrochimici aperti da Humphry Davy: il primo campione metallico lo ottennero nel 1875 William Francis Hillebrand e Thomas Norton, settantadue anni dopo l'annuncio della scoperta.

Caratteristiche

La definizione di «terra rara» è, per il cerio, un residuo storico: con 68 parti per milione nella crosta terrestre è comune quanto il rame, e si concentra in due minerali che si estraggono in tonnellate, la bastnäsite e la monazite. Rara era la sua purificazione, non la sua presenza.

Come tutti i lantanidi il cerio vive nello stato +3, ma è l'unico ad avere anche una chimica del +4 stabile in acqua. Lo ione cerico è un ossidante forte, di un arancio-giallo carico, e la coppia +4/+3 è talmente affidabile da essere usata come reagente di titolazione. È anche la maniglia per cui il cerio si stacca dagli altri lantanidi, che quello stato non lo reggono.

Il metallo puro è tenero, si taglia con un coltello e si opacizza all'aria in poche ore. Scaldato fra i 65 e gli 80 gradi si incendia da solo, e limato o graffiato produce scintille: sono i trucioli che prendono fuoco per l'attrito, e su questo si regge il suo impiego più diffuso.

Usi e presenza in natura

Il ferrocerio, lega di ferro e cerio messa a punto da Carl Auer von Welsbach, è la pietrina di ogni accendino: basta la ruota zigrinata a staccarne schegge che si accendono nell'aria. La stessa lega, in forma di mischmetal, contiene poco meno del cinquanta per cento di cerio e serve a disossidare acciai e ghise.

L'ossido di cerio è il materiale con cui si lucidano le lenti e gli schermi di vetro, e sta nei convertitori catalitici delle automobili per una ragione chimica precisa: passando avanti e indietro fra +4 e +3 assorbe e restituisce ossigeno, e tiene la miscela nella finestra in cui il catalizzatore lavora. Colorato di giallo, filtra l'ultravioletto nei vetri.

Il cerio esce dalle stesse miniere di tutte le terre rare, e siccome ce n'è più di quanto il mercato ne chieda finisce spesso come sottoprodotto in eccedenza della corsa al neodimio: chi estrae terre rare per i magneti si trova fra le mani cerio in abbondanza e deve trovargli un impiego.

Curiosità

Nella reazione di Belousov-Žabotinskij il cerio oscilla fra +4 e +3 e la soluzione cambia colore a intervalli regolari, avanti e indietro, per minuti: la dimostrazione da banco che una reazione chimica può comportarsi come un orologio invece che come una discesa a senso unico.

Durante il progetto Manhattan i composti di cerio furono studiati a Berkeley come materiale per i crogioli in cui fondere uranio e plutonio, e la produzione di cerio ad altissima purezza cominciò ad Ames nella metà del 1944, per fermarsi nell'agosto del 1945.