Cerij () jest hemijski element sa simbolom Ce i atomskim brojem 58. To je mehki, duktilni srebreno-bijeli metal koji posivi kada se izloži djelovanju kisika iz zraka, a mehak je i može se rezati nožem. Drugi je element u seriji lantanoida. I pored toga što često iskazuje oksidacijsko stanje +3, karakteristično za tu seriju, također ima izuzetno stabilno stanje +4, u kojem ne oksidizira vodu. Tradicionalno se smatra jednim od rijetkih zemnih elemenata. Nema poznatu biološku ulogu i nije mnogo otrovan.
Iako se u prirodi uvijek javlja zajedno s drugim rijetkim zemnim elementima, pretežno u mineralima kao što su monacit i bastnesit, vrlo se lahko može izdvojiti iz svojih ruda te se može odvojiti od drugih lantanoida zbog jedinstvene sposobnosti da se oksidizira do stanja +4. Najčešći je element među lantanoidima, a slijede neodij, lantan i prazeodij. Po rasprostranjenosti na Zemlji je 26. od svih hemijskih elemenata, s udjelom 66 ppm u Zemljinoj kori, gotovo upola kao hlor i pet puta više od olova.
Danas se ovaj element i njegovi spojevi koriste u razne svrhe: cerij(IV)-oksid upotrebljava se za poliranje stakla te je važan sastojak u proizvodnji automobilskih katalizatora. Metalni cerij koristi se za ferocerijske upaljače zbog pirofornih osobina.
Historija thumb|lijevo|120px|Patuljasta planeta Cerera, po kojoj je cerij nazvan Cerij su otkrili Jacob Berzelius i Wilhelm Hisinger 1803. u rudniku Bastnäs u Švedskoj, a nezavisno od njih u Njemačkoj ga je otkrio Martin Heinrich Klaproth. Naziv elementu dao je Berzelius po patuljastoj planeti Cereri, otkrivenoj dvije godine prije toga. Sama Cerera dobila je ime po rimskoj boginji poljoprivrede (naročito žita), plodnosti i majčinske ljubavi.
Cerij je najprije dobijen u obliku svog oksida, koji se zvao cerija; pojam koji se i danas koristi kao drugo ime za cerij(IV)-oksid. Metal sam po sebi isuviše je elektropozitivan da bi se mogao izdvojiti iz oksida koristeći tadašnju tehnologiju topljenja, što je općenito karakteristika svih rijetkih zemnih metala. Nakon otkrića elektrohemije i razvoja njenih tehnika i metoda, Humphry Davy pet godina kasnije počeo je izdvajati metale sadržane u rijetkim zemljama. Cerija, izdvojena 1803, sadržavala je sve lantanoide prisutne u rudama cerita iz rudnika Bastnäs, pa je tako sadržavao samo približno 45% onog što je danas poznato kao čista cerija. Tek krajem 1830-ih Carlu Gustafu Mosanderu uspjelo je odvojiti "lantanu" (lantan-oksid) i "didimiju" te mu je preostala čista "cerija". Wilhelm Hisinger bio je bogati vlasnik rudnika i amaterski naučnik, ali je sponzorirao Berzeliusov rad. Kontrolirao je rudnik Bastnäs te je godinama pokušavao otkriti sastav vrlo rasprostranjene, teške stijene, odnosno šljake iz svog rudnika (nazvane "volfram iz Bastnäsa", koja i pored svog imena nije sadržavala volfram), a koja je danas poznata kao cerit. Mosander i njegova porodica dugo su živjeli u istoj kući gdje je živio i Berzelius, koji je nesumnjivo poticao Mosandera da dalje nastavi rad na istraživanju "cerije".
Osobine Fizičke Cerij je drugi element u seriji lantanoida. U periodnom sistemu smješten je između lantanoida lantana s lijeve i prazeodija s desne strane te iznad aktinoida torija. Cerij je duktilni metal, relativno mehak, približno kao i srebro. Njegovih 58 elektrona razmješteno je u konfiguraciji [Xe]4f15d16s2, od kojih su četiri krajnja vanjska elektrona valentna.
Neposredno nakon lantana, 4f orbitale iznenada se kontraktiraju te imaju niže energije do tačke gdje vrlo lahko učestvuju u hemijskim reakcijama. Ipak, taj efekat još uvijek ne dolazi do izražaja kod cerija pa je njegova 5d podljuska još uvijek zauzeta. Većina lantanoida koristi samo tri elektrona kao valentne elektrone, jer su nakon toga preostali 4f elektroni isuviše snažno vezani; cerij je izuzetak zbog stabilnosti prazne f ljuske u Ce4+ kao i činjenice da se nalazi na samom početku serije lantanoida, gdje je naboj jezgra još uvijek dovoljno nizak, idući desno u PSE sve do neodija, tako da i dalje omogućava uklanjanje četvrtog valentnog elektrona.
300px|centar|thumb|Fazni dijagram cerija
Poznate su četiri alotropske modifikacije cerija koje postoje pri standardnom pritisku, a kojima su dodijeljene uobičajene oznake od α do δ: Visokotemperaturni oblik, δ-cerij, ima bcc (kubičnu prostorno centriranu) kristalnu strukturu a postoji pri temperaturi iznad 726 °C. Stabilni oblik na temperaturi ispod 726 °C do približno sobne temperature jeste γ-cerij, sa fcc (kubičnom plošno centriranom) kristalnom strukturom. dhcp (dvostruki heksagonalni gusto pakovani) oblik β-cerija jeste ravnotežna struktura koja se javlja od približno sobne temperature do −150 °C. fcc α-cerij postoji na temperaturi ispod −150 °C; a ima gustoću od 8,16 g/cm3. Ostale čvrste alotropske modifikacije postoje samo pri visokom pritisku i prikazane su na faznom dijagramu (gore). Obje forme γ i β su relativno stabilne pri sobnoj temperaturi, mada je temperatura ravnotežne transformacije oko 75 °C.
Cerij ima varijabilnu elektronsku strukturu. Energija 4f elektrona je gotovo ista kao ona vanjskih elektrona u 5d i 6s ljuskama koji su delokalizirani u metalnom stanju elementa, a vrlo mala količina energije je potrebna da bi se promijenila relativna zauzetost ovih elektronskih nivoa. Iz tog razloga nastaju dualna valentna stanja. Naprimjer, obim promjene od oko 10% javlja se kada se cerij izloži visokom pritisku ili vrlo niskim temperaturama. Dešava se da se valencija promijeni sa tri na četiri kada se on znatno ohladi ili izloži pritisku.
Pri nižim temperaturama, ponašanje cerija je složen zbog spore brzine transformacije. Temperature transformacije podložna je histerezi a vrijednosti ovdje navedene su približne. Nakon hlađenja ispod −15 °C, γ modifikacija cerija počinje prelaziti u β modifikaciju, a transformacija uključuje povećanje zapremine te kako nastaje više β modifikacije, povećava se unutrašnje naprezanje zbog čega se daljnja transformacija usporava. Daljnjim hlađenjem na oko −160 °C započinje nastanak α modifikacije cerija ali ona nastaje samo od preostale γ modifikacije. β modifikacija značajno se ne transformira u α-cerij osim ako nije izložena naprezanju ili deformaciji. Pri atmosferskom pritisku, tečni cerij je gušći nego kada je u čvrstom stanju pri tački topljenja.
Hemijske Stajanjem na zraku, cerij gradi na površini sloj oksida koji se lahko ljušti, slično hrđi na željezu. Uzorak metalnog cerija veličine jednog kubnog centimetra može u potpunosti korodirati za približno jednu godinu. Cerij vrlo lahko sagorijeva pri temperaturi od 150 °C gradeći svijetložuti cerij(IV)-oksid, također poznat kao cerija: Ce + O2 → CeO2 Ovaj oksid se može dalje reducirati do cerij(III)-oksida plinovitim vodikom. Metalni cerij je izuzetno piroforan, što znači da ako se zagrebe ili odlomi komadić, takva strugotina metala se vrlo lahko može zapaliti. Takva reakcija u skladu je sa periodičnim trendovima, jer je cerij jedan od prvih, a ujedno jedan od najčešćih lantanoida. Cerij(IV)-oksid ima strukturu fluorita, kao i dosta sličnosti dioksidima prazeodija i terbija. Poznati su i mnogi njegovi nestehiometrijski halkogenidi, kao i trovalentni Ce2Z3 (Z = S, Se, Te). Monohalkogenidi tipa CeZ dobro provode elektricitet a mogli bi se bolje formulirati u obliku Ce3+Z2−e−. Iako su poznati i spojevi CeZ2, oni su zapravo polihalkogenidi sa cerijem(III): dok halkogenidi cerija(IV) još uvijek nisu otkriveni.
thumb|desno|180px|Cerij(IV)-oksid Cerij je izuzetno snažno elektropozitivan metal i reagira burno s vodom. Reakcija s vodom je znatno sporija u hladnoj vodi, ali se ubrzava povišenjem temperature, pri čemu nastaje cerij(III)-hidroksid i otpušta se plinoviti vodik: 2 Ce (č) + 6 H2O (t) → 2 Ce(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)
Metali cerij reagira sa svim halogenim elementima gradeći trihalide: 2 Ce (č) + 3 F2 (g) → 2 CeF3 (č) [bijel] 2 Ce (č) + 3 Cl2 (g) → 2 CeCl3 (č) [bijel] 2 Ce (č) + 3 Br2 (g) → 2 CeBr3 (č) [bijel] 2 Ce (č) + 3 I2 (g) → 2 CeI3 (č) [žut]
Reakcija sa suviškom fluora daje stabilni bijeli tetrafluorid CeF4; njegovi drugi tetrahalidi nisu poznati. Među dihalidima, poznat je samo bronzani dijodid CeI2; kao i dijodidi lantana, prazeodija i gadolinija, ovo je također elektridni spoj cerija(III). Pravi spojevi cerija(II) ograničeni su na nekoliko neobičnih organocerijskih kompleksa.
Cerij se lahko rastvara u razblaženoj sumpornoj kiselini gradeći rastvore koji sadrže bezbojne ione Ce3+, a koji postoje u vidu kompleksa [Ce(H2O)9]3+: 2 Ce (č) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Ce3+ (aq) + 3 (aq) + 3 H2 (g)
Rastvorljivost cerija je mnogo veća u metansulfonskoj kiselini. Ioni cerija(III) i terbija(III) imaju ultraljubičaste apsorpcijske vrpce znatno višeg intenziteta u odnosu na druge lantanoide, pošto je njihova konfiguracija (jedan elektron u f podljusci više nego u cerija (prazna) i terbija (polupopunjena)) omogućava da jedan f elektron viša lakše načini f-d tranziciju nego zabranjenu f-f tranziciju kao kod drugih lantanoida. Cerij(III)-sulfat je jedna od malobrojnih soli čija se rastvorljivost u vodi smanjuje porastom temperature.
thumb|desno|180px|Cerni amonij-nitrat Vodeni rastvori cerija(IV) mogu se dobiti reakcijom rastvora cerija(III) sa snažnim oksidativnim sredstvima peroksodisulfatima ili bizmutatima. Vrijednost E⦵(Ce4+/Ce3+) jako varira u zavisnosti od uslova zbog relativno lahkog nastajanja kompleksa i hidrolizom sa raznim anionima, iako je 1,72 V obično reprezentativna vrijednost, ona za E⦵(Ce3+/Ce) iznosi −2,34 V. Cerij je jedini lantanoid koji ima vrlo važnu koordinacionu i hemiju rastvora u oksidacijskom stanju +4. Zbog transfera naboja sa liganda na metal, vodeni rastvori iona cerija(IV) su naradžasto-žuti. Vodeni cerij(IV) je metastabilan u vodi i dosta je snažno oksidativno sredstvo koje može oksidirati hlorovodičnu kiselinu do gasovitog hlora. Naprimjer, cerni amonij-nitrat je uobičajeno oksidativno sredstvo u organskoj hemiji, otpuštajući organske ligande iz metalnih karbonila. U Belousov–Žabotinski reakciji, cerij oscilira između +3 i +4 oksidacijskih stanja čime katalizira reakciju. Soli cerija(IV), naročito cerij(IV)-sulfat, često se koriste kao standardni reagensi za volumetrijske analize u cerimetrijskim titracijama.
Nitratni kompleks [Ce(NO3)6]2− je najčešći kompleks cerija koji nastaje upotrebom cerija(IV) kao oksidirajuće sredstvo: on i njegov analog cerija(III) [Ce(NO3)6]3− imaju 12-koordiniranu ikosaedralnu molekularnu geometriju, dok [Ce(NO3)5]2− ima 10-koordiniranu dvovrhu dodekadeltaedarsku molekularnu geometriju. Cerij-nitrati također grade komplekse 4:3 i 1:1 sa spojem 18-kruna-6 (odnos se zasniva između cerija i kruna-etera). Poznati su i kompleksni ioni koji sadržavaju halogen poput , , kao i narandžasti . Organocerijska hemija slična je onoj kod drugih lantanoida, uglavnom zasnovana na ciklopentadienilnim i ciklooktatetraenilnim spojevima. Spoj cerij(III)-ciklooktatetraenil ima strukturu uranocena.
Cerij(IV) Uprkos čestim i uobičajenim imenima spojeva cerija(IV), japanski spektroskopist Akio Kotani napisao je da "nema izvornih i pravih primjera cerija(IV)". Razlog za to može se vidjeti u strukturi cerije, koja uvijek sadrži određene oktaedarske šupljine u kojima bi se očekivalo da se nalaze atomi oksigena, te bi se takvi spojevi mogli preciznije opisati kao nestehiometrijski spojevi sa hemijskom formulom CeO2−x. Osim toga, svaki atom cerija u cerij-oksidu ne gubi sve svoja četiri valentna elektrona, već djelimično zadržava barem jedan, što kao rezultat daje da oksidacijsko stanje varira između +3 i +4. Čak i pretpostavljeni čisti četverovalentni spojevi kao što su CeRh3, CeCo5, ili sama cerija imaju spektre fotoemisije i apsorpcije x-zraka dosta sličnije spojevima sa međuvalencijom. Elektron 4f u cerocenu, Ce(C8H8)2, postavljen je dvosmisleno između lokaliziranog i delokaliziranog stanja pa se i ovaj spoj također smatra međuvalentnim.
Izotopi