Ортофосфа́ты це́рия, класс неорганических соединений, содержащих церий в степени окисления +3 или +4, где изолированным структурным элементом является анион [PO₄]^3–.

Ортофосфаты церия(III)

Наиболее известными представителями ортофосфатов церия(III) являются средние соли состава CePO₄ (структура монацита) и CePO₄ × H₂O (структура рабдофана). Впервые кристаллографическое описание этих соединений было заявлено Р. Муни-Слейтер – первой женщиной, ставшей рентгеновским кристаллографом. В настоящее время достоверность описания структуры рабдофана пересматривается некоторыми авторами (Monoclinic Form of the Rhabdophane Compounds. 2014).

В природе существуют большие залежи монацитовых руд, основой которых является минерал монацит, помимо церия в состав которого могут входить другие редкоземельные элементы (РЗЭ) и актиниды. Такие руды служат источником многих полезных для промышленности элементов, и их месторождения активно разрабатывают. Наиболее распространённые методы вскрытия монацитовых руд заключаются в их первоочередной обработке либо серной кислотой, либо гидроксидом натрия. Известен также минерал рабдофан, который, по некоторым данным, может формироваться под действием влаги на поверхности редкоземельных минералов, в том числе монацита.

Способы получения ортофосфатов церия(III)

В лабораторных условиях цериевые монацит и рабдофан могут быть получены как в крупнокристаллическом, так и наноразмерном состоянии. Термический нагрев рабдофана является одним из основных способов получения CePO₄. Рабдофан CePO₄ × H₂O обычно получают растворными методами, например осаждением или гидротермально-микроволновой обработкой.

Применение ортофосфатов церия(III)

Перспективы использования ортофосфатов церия(III) связаны с оптическими материалами, высокотемпературной керамикой и матрицами для иммобилизации ядерных отходов.

Ортофосфаты церия(IV)

Ортофосфаты церия(IV) в отличие от ортофосфатов церия(III) в природе в составе минералов не встречаются и могут быть получены только при тщательном подборе условий синтеза. Узкий диапазон условий их получения обусловлен склонностью Ce(IV) к восстановлению до Ce(III), а также высокой скоростью гидролиза Ce(IV) в водных средах с образованием чрезвычайно стабильного диоксида церия.

Класс ортофосфатов церия(IV) пока остаётся слабоизученным и в настоящее время включает в себя гидроортофосфаты церия(IV), существующие как в аморфном, так и кристаллическом виде, а также двойные и смешанные ортофосфаты. Возможность получения среднего ортофосфата церия(IV) [Ce₃(PO₄)₄] до сих пор является предметом обсуждений (Borhan A. On the existence of cerium (IV) orthophosphate, 'Ce3(PO4)4' / A. Borhan, B. Apetrăchioaei, K. Popa // Revue Roumaine De Chimie. 2010. Vol. 55, № 7. P. 389–393).

Аморфные гидроортофосфаты церия(IV) известны с конца 19 в. (работа У. Н. Хартли, Hartley. 1882), многие исследователи наблюдали их формирование в виде гелей и указывали на волокнистую микроструктуру продуктов. Начиная с середины 20 в. аморфные гидроортофосфаты церия(IV) рассматривают в качестве перспективных ионообменных материалов и сорбентов, в том числе в составе гибридных материалов на основе аморфных или слабозакристаллизованных гидроортофосфатов церия(IV) и полимерных матриц, обладающих достаточной эластичностью.

Среди кристаллических гидроортофосфатов церия(IV) на данный момент достоверно установлены состав и структура только двух соединений – Ce(PO₄)(HPO₄)_0.5(H₂O)_0.5 и Ce(PO₄)_1.5(H₂O)(H₃O)_0.5(H₂O)_0.5.

К двойным ортофосфатам церия(IV) из известных на сегодняшний день соединений относят: (NH₄)₂Ce(PO₄)₂·H₂O; K₂Ce(PO₄)₂; NH₄Ce₂(PO₄)₃; Na₁₀Ce₂P₆O₂₄; K₄CeZr(PO₄)₄; к смешанным: (NH₄) [CeF₂(PO₄)]; CeOHPO₄ и Ce₂O(PO₄)₂. Известны изоструктурные аналоги ортофосфатов церия(IV) из класса ортофосфатов актинидов, в первую очередь тория и урана, а также класса арсенатов.

Способы получения ортофосфатов церия(IV)

Распространёнными способами получения кристаллических ортофосфатов церия(IV) являются твердофазный синтез и метод гидротермальной обработки. В качестве стартовых реагентов в гидротермальном синтезе могут быть использованы аморфные гидроортофосфаты церия(IV).

Применение ортофосфатов церия(IV)

Вышеперечисленные кристаллические ортофосфаты церия(IV) характеризуются трёхмерным структурным каркасом, содержащим пустые или заполненные каналы, за исключением
Ce(PO₄)(HPO₄)_0.5(H₂O)_0.5, имеющего слоистое строение. В качестве перспективной области практического использования таких соединений рассматривают иммобилизацию радиоактивных отходов, возможную благодаря ионообменным свойствам этих соединений, а также близости ионных радиусов церия(IV) и актинидов. Существуют единичные работы о возможности использования кристаллических ортофосатов церия(IV) в составе солнцезащитных средств вследствие высокого поглощения в УФ-диапазоне (Amorphous and crystalline cerium(iv) phosphates : biocompatible ROS-scavenging sunscreens / T. O. Kozlova, A. L. Popov, I. V. Kolesnik [et al.] // Journal of Materials Chemistry B. 2022. Vol. 10, № 11. P. 1775).