Cerio

El cerio es un elemento químico con el símbolo Ce y el número atómico 58. El cerio es un metal blando, dúctil y de color blanco plateado que se empaña cuando se expone al aire. El cerio es el segundo elemento de la serie de los lantánidos y, aunque a menudo muestra el estado de oxidación +3 característico de la serie, también tiene un estado estable +4 que no oxida el agua. También se considera uno de los elementos de tierras raras. El cerio no tiene un papel biológico conocido en los seres humanos, pero no es particularmente tóxico, excepto con una exposición intensa o continua.

A pesar de que siempre se encuentra en combinación con otros elementos de tierras raras en minerales como los de los grupos de monacita y bastnasita, el cerio es fácil de extraer de sus minerales, ya que se puede distinguir entre los lantánidos por su capacidad única de oxidarse al Estado +4 en disolución acuosa. Es el más común de los lantánidos, seguido del neodimio, el lantano y el praseodimio. Es el vigésimo quinto elemento más abundante y constituye 66 ppm de la corteza terrestre, la mitad que el cloro y cinco veces más que el plomo.

El cerio fue el primero de los lantánidos en ser descubierto, en Bastnäs, Suecia, por Jöns Jakob Berzelius y Wilhelm Hisinger en 1803, e independientemente por Martin Heinrich Klaproth en Alemania en el mismo año. En 1839 Carl Gustaf Mosander fue el primero en aislar el metal. Hoy en día, el cerio y sus compuestos tienen una variedad de usos: por ejemplo, el óxido de cerio (IV) se usa para pulir vidrio y es una parte importante de los convertidores catalíticos. El cerio metálico se utiliza en encendedores de ferrocerio por sus propiedades pirofóricas. El fósforo YAG dopado con cerio se utiliza junto con diodos emisores de luz azul para producir luz blanca en la mayoría de las fuentes de luz LED blancas comerciales.

Características

Físico

El cerio es el segundo elemento de la serie de los lantánidos. En la tabla periódica, aparece entre los lantánidos el lantano a su izquierda y el praseodimio a su derecha, y por encima del actínido torio. Es un metal dúctil con una dureza similar a la de la plata. Sus 58 electrones están dispuestos en la configuración [Xe]4f 5d 6s, de los cuales los cuatro electrones exteriores son electrones de valencia. Los niveles de energía 4f, 5d y 6s están muy cerca uno del otro, y la transferencia de un electrón a la capa 5d se debe a la fuerte repulsión interelectrónica en la capa compacta 4f. Este efecto se ve superado cuando el átomo está ionizado positivamente; por lo tanto, Ce por sí solo tiene la configuración regular [Xe]4f, aunque en algunas soluciones sólidas puede ser [Xe]4f 5d. La mayoría de los lantánidos pueden usar solo tres electrones como electrones de valencia, ya que luego los electrones 4f restantes están demasiado unidos: el cerio es una excepción debido a la estabilidad de la capa f vacía en Ce y al hecho de que viene muy temprano en la serie de los lantánidos, donde la carga nuclear aún es lo suficientemente baja hasta el neodimio para permitir la eliminación del cuarto electrón de valencia por medios químicos.

El cerio tiene una estructura electrónica variable. La energía del electrón 4f es casi la misma que la de los electrones 5d y 6s externos que están deslocalizados en el estado metálico, y solo se requiere una pequeña cantidad de energía para cambiar la ocupación relativa de estos niveles electrónicos. Esto da lugar a estados de doble valencia. Por ejemplo, se produce un cambio de volumen de alrededor del 10% cuando el cerio se somete a altas presiones o bajas temperaturas. Parece que la valencia cambia de aproximadamente 3 a 4 cuando se enfría o se comprime.

Alótropos

Diagrama de fase del cerio

Se sabe que existen cuatro formas alotrópicas de cerio a presión estándar y reciben las etiquetas comunes de α a δ:

• La forma de alta temperatura, δ-cerio, tiene una estructura cristalina bcc (cúbica centrada en el cuerpo) y existe por encima de los 726 °C.
• La forma estable por debajo de 726 °C hasta aproximadamente la temperatura ambiente es γ-cerio, con una estructura cristalina fcc (cúbica centrada en las caras).
• La forma DHCP (doble hexagonal compacto) de β-cerio es la estructura de equilibrio aproximadamente desde temperatura ambiente hasta -150 °C.
• La forma fcc α-cerio es estable por debajo de aproximadamente -150 ° C; tiene una densidad de 8,16 g/cm.
• En el diagrama de fase se muestran otras fases sólidas que ocurren solo a altas presiones.
• Tanto la forma γ como la β son bastante estables a temperatura ambiente, aunque la temperatura de transformación de equilibrio se estima en 75 °C.

A temperaturas más bajas, el comportamiento del cerio se complica por las lentas tasas de transformación. Las temperaturas de transformación están sujetas a una histéresis sustancial y los valores indicados aquí son aproximados. Al enfriarse por debajo de -15 °C, el γ-cerio comienza a cambiar a β-cerio, pero la transformación implica un aumento de volumen y, a medida que se forma más β, las tensiones internas se acumulan y suprimen una mayor transformación. El enfriamiento por debajo de aproximadamente -160 °C iniciará la formación de α-cerio, pero esto es solo a partir del γ-cerio restante. El β-cerio no se transforma significativamente en α-cerio excepto en presencia de estrés o deformación. A presión atmosférica, el cerio líquido es más denso que su forma sólida en el punto de fusión.

Isótopos

El cerio natural se compone de cuatro isótopos: Ce (0,19 %), Ce (0,25 %), Ce (88,4 %) y Ce (11,1 %). Los cuatro son observacionalmente estables, aunque teóricamente se espera que los isótopos ligeros Ce y Ce sufran una desintegración beta doble inversa a isótopos de bario, y se espera que el isótopo Ce más pesado sufra una desintegración beta doble a Nd o una desintegración alfa a Ba. Además, Ce liberaría energía tras la fisión espontánea. Todavía no se ha observado ninguno de estos modos de desintegración, aunque se ha buscado experimentalmente la desintegración doble beta de Ce, Ce y Ce. Los límites experimentales actuales para sus vidas medias son:Ce: >3,8×10 añosCe: >5,7×10 añosCe: >5,0×10 años

Todos los demás isótopos de cerio son sintéticos y radiactivos. Los más estables son Ce con una vida media de 284,9 días, Ce con una vida media de 137,6 días y Ce con una vida media de 32,5 días. Todos los demás isótopos radiactivos de cerio tienen vidas medias inferiores a cuatro días, y la mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a diez minutos. Los isótopos entre Ce y Ce inclusive se producen como productos de fisión del uranio. El principal modo de decaimiento de los isótopos más ligeros que Ce es el decaimiento beta inverso o captura de electrones a isótopos de lantano, mientras que el de los isótopos más pesados ​​es el decaimiento beta a isótopos de praseodimio. Algunos isótopos de neodimio pueden decaer alfa o se prevé que decaigan en isótopos de cerio.

La rareza del Ce y el Ce ricos en protones se explica por el hecho de que no se pueden producir en los procesos más comunes de nucleosíntesis estelar para elementos más allá del hierro, el proceso s (captura lenta de neutrones) y el proceso r (captura rápida de neutrones). captura). Esto es así porque son desviados por el flujo de reacción del proceso s, y los nucleidos del proceso r están bloqueados para que no se descompongan en ellos por más nucleidos estables ricos en neutrones. Estos núcleos se denominan núcleos p y su origen aún no se comprende bien: algunos mecanismos especulados para su formación incluyen la captura de protones y la fotodesintegración. Ce es el isótopo más común de cerio, ya que se puede producir tanto en el proceso s como en el proceso r, mientras que Ce solo se puede producir en el proceso r. Otra razón de la abundancia deCe es que es un núcleo mágico, que tiene una capa de neutrones cerrada (tiene 82 neutrones) y, por lo tanto, tiene una sección transversal muy baja hacia una mayor captura de neutrones. Aunque su número de protones de 58 no es mágico, se le otorga estabilidad adicional, ya que sus ocho protones adicionales más allá del número mágico 50 entran y completan el orbital de protones de 1g _7/2. Las abundancias de los isótopos de cerio pueden diferir muy ligeramente en las fuentes naturales, porque Ce y Ce son hijas de los radionucleidos primordiales de larga vida La y Nd, respectivamente.

Química

El cerio se deslustra en el aire, formando una capa de óxido que se astilla como el óxido de hierro; una muestra de cerio metálico del tamaño de un centímetro se corroe por completo en aproximadamente un año. Se quema fácilmente a 150 °C para formar el óxido de cerio (IV) de color amarillo pálido, también conocido como ceria:Ce + _O2 → _CeO2

Esto puede reducirse a óxido de cerio (III) con gas hidrógeno. El cerio metálico es altamente pirofórico, lo que significa que cuando se muele o se raya, las virutas resultantes se encienden. Esta reactividad se ajusta a tendencias periódicas, ya que el cerio es uno de los primeros y, por lo tanto, uno de los lantánidos más grandes (por radio atómico). El óxido de cerio (IV) tiene la estructura de fluorita, similar a los dióxidos de praseodimio y terbio. También se conocen muchos calcogenuros no estequiométricos, junto con el trivalente Ce ₂ Z ₃ (Z = S, Se, Te). Los monocalcogenuros CeZ conducen la electricidad y se formularían mejor como Ce Z e. Mientras CeZ ₂son conocidos, son policalcogenuros con cerio (III): los calcogenuros de cerio (IV) siguen siendo desconocidos.

El cerio es un metal altamente electropositivo y reacciona con el agua. La reacción es lenta con agua fría pero se acelera al aumentar la temperatura, produciendo hidróxido de cerio (III) e hidrógeno gaseoso:2 Ce (s) + 6 H ₂ O (l) → 2 Ce (OH) ₃ (aq) + 3 H ₂ (g)

El cerio metálico reacciona con todos los halógenos para dar trihaluros:2 Ce (s) + 3 F ₂ (g) → 2 CeF ₃ (s) [blanco]2 Ce (s) + 3 Cl ₂ (g) → 2 CeCl ₃ (s) [blanco]2 Ce (s) + 3 Br ₂ (g) → 2 CeBr ₃ (s) [blanco]2 Ce (s) + 3 I ₂ (g) → 2 CeI ₃ (s) [amarillo]

La reacción con exceso de flúor produce el tetrafluoruro blanco estable CeF ₄; los otros tetrahaluros no se conocen. De los dihaluros, solo se conoce el diyoduro de bronce CeI ₂; Al igual que los diyoduros de lantano, praseodimio y gadolinio, este es un compuesto de electruro de cerio (III). Los compuestos de cerio (II) verdaderos están restringidos a unos pocos complejos de organocerio inusuales.

El cerio se disuelve fácilmente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen los iones Ce incoloros, que existen como [Ce(H₂O)₉]complejos:2 Ce (s) + 3 H ₂ SO ₄ (aq) → 2 Ce (aq) + 3 SO₄(ac) + 3 H ₂ (g)

La solubilidad del cerio es mucho mayor en ácido metanosulfónico. El cerio (III) y el terbio (III) tienen bandas de absorción ultravioleta de intensidad relativamente alta en comparación con los otros lantánidos, ya que sus configuraciones (un electrón más que una subcapa f vacía o medio llena, respectivamente) facilitan el paso del electrón f adicional. sufrir transiciones f→d en lugar de las transiciones f→f prohibidas de los otros lantánidos. El sulfato de cerio (III) es una de las pocas sales cuya solubilidad en agua disminuye con el aumento de la temperatura.

Las soluciones acuosas de cerio (IV) se pueden preparar haciendo reaccionar soluciones de cerio (III) con los agentes oxidantes fuertes peroxodisulfato o bismutato. El valor de E (Ce /Ce) varía ampliamente según las condiciones debido a la relativa facilidad de complejación e hidrólisis con varios aniones, aunque +1,72 V suele ser un valor representativo; el de E (Ce /Ce) es −2,34 V. El cerio es el único lantánido que tiene una química acuosa y de coordinación importante en el estado de oxidación +4. Debido a la transferencia de carga de ligando a metal, los iones acuosos de cerio (IV) son de color amarillo anaranjado. El cerio (IV) acuoso es metaestable en agua y es un agente oxidante fuerte que oxida el ácido clorhídrico para dar cloro gaseoso.Por ejemplo, el nitrato de amonio cérico es un agente oxidante común en la química orgánica, que libera ligandos orgánicos de los carbonilos metálicos. En la reacción de Belousov-Zhabotinsky, el cerio oscila entre los estados de oxidación +4 y +3 para catalizar la reacción. Las sales de cerio (IV), especialmente el sulfato de cerio (IV), se utilizan a menudo como reactivos estándar para análisis volumétricos en valoraciones cerimétricas.

El complejo de nitrato [Ce(NO₃)₆]es el complejo de cerio más común que se encuentra cuando se usa cerio(IV) es un agente oxidante: él y su análogo de cerio(III) [Ce(NO₃)₆]tienen geometría molecular icosaédrica de 12 coordenadas, mientras que [Ce(NO₃)₆] tiene una geometría molecular dodecadeltaédrica bicapeada de 10 coordenadas. Los nitratos de cerio también forman complejos 4:3 y 1:1 con 18-corona-6 (la relación se refiere a la existente entre el cerio y el éter corona). Iones complejos que contienen halógenos como CeF₈, CEF₆, y el naranja CeCl₆también son conocidos.

La química del organocerio es similar a la de los otros lantánidos, siendo principalmente la de los compuestos de ciclopentadienilo y ciclooctatetraenilo. El compuesto de ciclooctatetraenilo de cerio(III) ceroceno (Ce(C ₈ H ₈) ₂) adopta la estructura molecular del uranoceno. Los derivados de organocerio de alquilo, alquinilo y alquenilo se preparan a partir de la transmetalación de los reactivos de organolitio o de Grignard respectivos, y son más nucleófilos pero menos básicos que sus precursores.

Cerio (IV)

A pesar del nombre común de compuestos de cerio (IV), el espectroscopista japonés Akio Kotani escribió que "no existe un ejemplo genuino de cerio (IV)". La razón de esto se puede ver en la estructura de la ceria misma, que siempre contiene algunas vacantes octaédricas donde se esperaría que vayan los átomos de oxígeno y podría considerarse mejor un compuesto no estequiométrico con fórmula química CeO _{2− x}. Además, cada átomo de cerio en la ceria no pierde sus cuatro electrones de valencia, sino que retiene parcialmente el último, lo que resulta en un estado de oxidación entre +3 y +4. Incluso compuestos supuestamente puramente tetravalentes como CeRh ₃, CeCo ₅, o la propia ceria tienen espectros de fotoemisión de rayos X y de absorción de rayos X más característicos de los compuestos de valencia intermedia. El electrón 4f en ceroceno, Ce(C₈H₈)₂, está en equilibrio ambiguo entre estar localizado y deslocalizado y este compuesto también se considera intermedio-valente.

Historia

El cerio fue descubierto en Bastnäs en Suecia por Jöns Jakob Berzelius y Wilhelm Hisinger, e independientemente en Alemania por Martin Heinrich Klaproth, ambos en 1803. El cerio fue nombrado por Berzelius en honor al asteroide Ceres, descubierto dos años antes. El asteroide lleva el nombre de la diosa romana Ceres, diosa de la agricultura, los cultivos de cereales, la fertilidad y las relaciones maternales.

El cerio se aisló originalmente en forma de su óxido, que se denominó ceria, un término que todavía se utiliza. El metal en sí era demasiado electropositivo para ser aislado por la tecnología de fundición actual, una característica de los metales de tierras raras en general. Después del desarrollo de la electroquímica por Humphry Davy cinco años más tarde, las tierras pronto produjeron los metales que contenían. Ceria, tal como se aisló en 1803, contenía todos los lantánidos presentes en el mineral de cerita de Bastnäs, Suecia y, por lo tanto, solo contenía alrededor del 45% de lo que ahora se sabe que es ceria pura. No fue hasta que Carl Gustaf Mosander logró eliminar la lantana y la "didimia" a fines de la década de 1830 que se obtuvo la ceria pura. Wilhelm Hisinger era un rico propietario de una mina y científico aficionado, y patrocinador de Berzelius. Poseía y controlaba la mina de Bastnäs,Mosander y su familia vivieron durante muchos años en la misma casa que Berzelius, y sin duda Berzelius persuadió a Mosander para que investigara más a ceria.

El elemento desempeñó un papel en el Proyecto Manhattan, donde se investigaron compuestos de cerio en el sitio de Berkeley como materiales para crisoles para la fundición de uranio y plutonio. Por esta razón, se desarrollaron nuevos métodos para la preparación y fundición de cerio dentro del alcance del proyecto hijo de Ames (ahora el Laboratorio Ames). La producción de cerio extremadamente puro en Ames comenzó a mediados de 1944 y continuó hasta agosto de 1945.

Ocurrencia y producción

El cerio es el más abundante de todos los lantánidos y constituye 66 ppm de la corteza terrestre; este valor está justo por debajo del cobre (68 ppm), y el cerio es aún más abundante que los metales comunes como el plomo (13 ppm) y el estaño (2,1 ppm). Por lo tanto, a pesar de su posición como uno de los llamados metales de tierras raras, el cerio en realidad no es raro en absoluto. El contenido de cerio en el suelo varía entre 2 y 150 ppm, con un promedio de 50 ppm; el agua de mar contiene 1,5 partes por billón de cerio.El cerio se encuentra en varios minerales, pero las fuentes comerciales más importantes son los minerales de los grupos monacita y bastnasita, donde constituye aproximadamente la mitad del contenido de lantánidos. La monacita-(Ce) es el representante más común de las monacitas, siendo "-Ce" el sufijo de Levinson que informa sobre la dominancia del representante particular del elemento REE. También la bastnäsita-(Ce) con cerio dominante es la más importante de las bastnäsitas. El cerio es el lantánido más fácil de extraer de sus minerales porque es el único que puede alcanzar un estado de oxidación estable de +4 en solución acuosa. Debido a la menor solubilidad del cerio en el estado de oxidación +4, el cerio a veces se agota de las rocas en relación con los otros elementos de tierras raras y se incorpora al circón, ya que Cey Zr tienen la misma carga y radios iónicos similares. En casos extremos, el cerio (IV) puede formar sus propios minerales separados de los otros elementos de tierras raras, como la cerianita (Ce, Th) O₂(correctamente llamado cerianita-(Ce)).

La bastnäsita, Ln CO ₃ F, suele carecer de torio y de los lantánidos pesados ​​más allá del samario y el europio, por lo que la extracción de cerio es bastante directa. Primero, la bastnäsita se purifica usando ácido clorhídrico diluido para eliminar las impurezas de carbonato de calcio. Luego, el mineral se tuesta al aire para oxidarlo a los óxidos de lantánidos: mientras que la mayoría de los lantánidos se oxidarán a los sesquióxidos Ln ₂ O ₃, el cerio se oxidará al dióxido CeO ₂. Este es insoluble en agua y se puede lixiviar con ácido clorhídrico 0,5 M, dejando atrás los otros lantánidos.

El procedimiento para monacita, (Ln,Th)PO₄, que normalmente contiene todas las tierras raras, así como el torio, es más complicado. La monacita, debido a sus propiedades magnéticas, puede separarse mediante separación electromagnética repetida. Después de la separación, se trata con ácido sulfúrico concentrado caliente para producir sulfatos de tierras raras solubles en agua. Los filtrados ácidos se neutralizan parcialmente con hidróxido de sodio a pH 3-4. El torio precipita de la solución como hidróxido y se elimina. Después de eso, la solución se trata con oxalato de amonio para convertir las tierras raras en sus oxalatos insolubles. Los oxalatos se convierten en óxidos por recocido. Los óxidos se disuelven en ácido nítrico, pero el óxido de cerio es insoluble en HNO ₃ y por lo tanto se precipita.Se debe tener cuidado al manipular algunos de los residuos, ya que contienen Ra, la hija de Th, que es un fuerte emisor de rayos gamma.

Aplicaciones

Mantos de gas y aleaciones pirofóricas

El primer uso del cerio fue en mantos de gas, inventados por el químico austriaco Carl Auer von Welsbach. En 1885, había experimentado previamente con mezclas de óxidos de magnesio, lantano e itrio, pero estos dieron una luz teñida de verde y no tuvieron éxito. Seis años más tarde, descubrió que el óxido de torio puro producía una luz mucho mejor, aunque azul, y que al mezclarlo con dióxido de cerio se obtenía una luz blanca brillante. El dióxido de cerio también actúa como catalizador para la combustión del óxido de torio.

Esto dio como resultado el éxito comercial de von Welsbach y su invento, y creó una gran demanda de torio. Su producción resultó en la extracción simultánea de una gran cantidad de lantánidos como subproductos. Pronto se encontraron aplicaciones para ellos, especialmente en la aleación pirofórica conocida como "mischmetal" compuesta de 50% de cerio, 25% de lantano y el resto de otros lantánidos, que se usa ampliamente para pedernales más ligeros. Por lo general, se agrega hierro para formar la aleación ferrocerio, también inventada por von Welsbach. Debido a las similitudes químicas de los lantánidos, normalmente no se requiere la separación química para sus aplicaciones, como la adición de mischmetal al acero como modificador de inclusión para mejorar las propiedades mecánicas o como catalizadores para el craqueo del petróleo.Esta propiedad del cerio salvó la vida del escritor Primo Levi en el campo de concentración de Auschwitz, cuando encontró un suministro de aleación de ferrocerio y lo intercambió por alimentos.

Especies Ce(IV)

Ceria es el compuesto de cerio más utilizado. La principal aplicación de la ceria es como compuesto de pulido, por ejemplo, en planarización químico-mecánica (CMP). En esta aplicación, la ceria ha reemplazado a otros óxidos metálicos para la producción de superficies ópticas de alta calidad. Las principales aplicaciones automotrices del sesquióxido inferior son como convertidor catalítico para la oxidación de las emisiones de CO y NOx _en los gases de escape de los vehículos de motor. Ceria también se ha utilizado como sustituto de su congénere radiactivo torio, por ejemplo, en la fabricación de electrodos. Se utiliza en la soldadura por arco de tungsteno con gas, donde la ceria como elemento de aleación mejora la estabilidad del arco y la facilidad de arranque al mismo tiempo que disminuye el quemado.

El sulfato de cerio (IV) se utiliza como agente oxidante en el análisis cuantitativo. El cerio(IV) en soluciones de ácido metanosulfónico se aplica en la electrosíntesis a escala industrial como oxidante reciclable. El nitrato de amonio cérico se utiliza como oxidante en química orgánica y en el grabado de componentes electrónicos, y como estándar primario para el análisis cuantitativo.

Pigmentos y fósforos

La fotoestabilidad de los pigmentos se puede mejorar mediante la adición de cerio, ya que proporciona a los pigmentos solidez a la luz y evita que los polímeros transparentes se oscurezcan con la luz solar.

Un ejemplo de un compuesto de cerio utilizado solo como pigmento inorgánico es el sulfuro de cerio (III) de color rojo vivo (rojo de sulfuro de cerio), que permanece químicamente inerte hasta temperaturas muy altas. El pigmento es una alternativa más segura a los pigmentos a base de seleniuro de cadmio resistentes a la luz pero tóxicos.

La adición de óxido de cerio a las placas de vidrio de televisión de tubo de rayos catódicos más antiguas fue beneficiosa, ya que suprime el efecto de oscurecimiento de la creación de defectos en el centro F debido al bombardeo continuo de electrones durante la operación.

El cerio también es un componente esencial como dopante para fósforos utilizados en pantallas de TV CRT, lámparas fluorescentes y, posteriormente, diodos emisores de luz blanca. El ejemplo más utilizado es el granate de itrio y aluminio dopado con cerio (III) (Ce:YAG), que emite una luz de color verde a amarillo verdoso (550–530 nm) y también se comporta como un centelleador.

Otras aleaciones y refractarios

Las sales de cerio, como los sulfuros Ce ₂ S ₃ y Ce ₃ S ₄, se consideraron durante el Proyecto Manhattan como materiales refractarios avanzados para la construcción de crisoles que podrían soportar las altas temperaturas y las condiciones fuertemente reductoras al colar plutonio metálico. A pesar de las propiedades deseables, estos sulfuros nunca fueron ampliamente adoptados debido a problemas prácticos con su síntesis.

El cerio se usa como elemento de aleación en el aluminio para crear aleaciones de aluminio eutécticas moldeables con 6–16% en peso de Ce, a las que se les puede agregar más Mg y/o Si. Estas aleaciones Al-Ce tienen una excelente resistencia a altas temperaturas y son adecuadas para aplicaciones automotrices, por ejemplo, en culatas. Otras aleaciones de cerio incluyen aleaciones de plutonio Pu-Ce y Pu-Ce-Co, que se han utilizado como combustible nuclear.

Función biológica y precauciones

Se ha descubierto que los primeros lantánidos son esenciales para algunas bacterias metanotróficas que viven en lodos volcánicos, como Methylacidiphilum fumariolicum: el lantano, el cerio, el praseodimio y el neodimio son igualmente efectivos. Por lo demás, no se sabe que el cerio tenga un papel biológico en ningún otro organismo, pero tampoco es muy tóxico; no se acumula en la cadena alimentaria en un grado apreciable. Debido a que a menudo ocurre junto con el calcio en los minerales de fosfato, y los huesos son principalmente fosfato de calcio, el cerio puede acumularse en los huesos en pequeñas cantidades que no se consideran peligrosas. Se sabe que el cerio, al igual que los otros lantánidos, afecta el metabolismo humano, reduce los niveles de colesterol, la presión arterial, el apetito y el riesgo de coagulación de la sangre.

El nitrato de cerio es un tratamiento antimicrobiano tópico eficaz para las quemaduras de tercer grado, aunque las dosis altas pueden provocar intoxicación por cerio y metahemoglobinemia. Los primeros lantánidos actúan como cofactores esenciales para la metanol deshidrogenasa de la bacteria metanotrófica Methylacidiphilum fumariolicum SolV, para la cual el lantano, el cerio, el praseodimio y el neodimio por sí solos son igualmente efectivos.

Como todos los metales de tierras raras, el cerio tiene una toxicidad de baja a moderada. Fuerte agente reductor, se inflama espontáneamente en el aire entre 65 y 80 °C. Los humos de los incendios de cerio son tóxicos. No se debe usar agua para detener los incendios de cerio, ya que el cerio reacciona con el agua para producir gas hidrógeno. Los trabajadores expuestos al cerio han experimentado picazón, sensibilidad al calor y lesiones en la piel. El cerio no es tóxico cuando se come, pero los animales inyectados con grandes dosis de cerio han muerto debido a un colapso cardiovascular. El cerio es más peligroso para los organismos acuáticos, por ser dañino para las membranas celulares; este es un riesgo importante porque es poco soluble en agua, causando así la contaminación del medio ambiente.