ЦЕЗИЙ

Цезий: металл, по которому сверяют часы

Этот элемент представляет собой мягкий серебристо-золотистый металл с низкой температурой плавления — 28.7°С (то есть чуть выше комнатной).

Реакционная способность элементов в группе увеличивается сверху вниз. Цезий находится внизу первой группы и является очень реакционно способным.

Если бросить немного цезия в воду, произойдет сильный взрыв, на воздухе этот металл быстро сгорает. С ним нужно работать только в инертной атмосфере, а хранить — под слоем масла или в запаянных ампулах.

У цезия есть два радиоактивных изотопа — Cs-134 и Cs-137.

Свое название цезий получил от латинского слова cae­sius — «небесно-голубой». Цезий содержится в редком минерале поллуците. Его месторождения находятся в основном в Канаде, а также в Намибии, Зимбабве, России (Кольский полуостров, Восточный Саян, Забайкалье).

Небольшие, экономически незначимые месторождения поллуцита есть в Казахстане, Монголии и Италии. За год во всем мире добывается около 20 тонн обогащенной руды цезия. Годовой объем производства чистого металла составляет всего 9 тонн. Потребность в цезии постоянно растет и превышает объемы его добычи.

Поэтому положение на рынке цезия весьма тревожное, так же как и в случае с танталом и рением.

Как был открыт цезий

В 1860 году немецкие ученые Роберт Вильгельм Бунзен и Густав Роберт Кирхгоф изучали воды Бад-Дюркхаймского минерального источника методом оптической спектроскопии.

Они обнаружили в спектре две новые синие линии. Так цезий стал первым элементом, открытым с помощью спектрального анализа! В 1882 году шведский химик К.

Сеттерберг провел электролиз расплава смеси цианида цезия и бария и выделил цезий в чистом виде.

Цезий-137

У Cs-137 период полураспада составляет 30 лет. Этот злосчастный изотоп содержался в радиоактивных загрязнениях от подземных испытаний ядерного оружия (1945—1963 гг.), также он известен по Чернобыльской катастрофе.

Большие количества Cs-137 были обнаружены от Восточной Европы до Ирландии. От него пострадали растения и домашний скот, который пасся на зараженных землях. Использование таких территорий было строго ограниченным, а растения и животные проверялись на заражение.

Следы изотопа продолжали проявляться даже спустя 25 лет после катастрофы.

Похожее заражение территорий Cs-137 произошло в Японии при аварии на АЭС в Фукусиме в 2011 году. К счастью, как утверждают многие исследователи, радиоактивные частицы осели в отработанном топливе, а не улетели с дымом, и поэтому не рассеялись слишком далеко.

«Аккумуляторами» радиоцезия считаются такие грибы: маслята, моховики, свинушка, горькушка, польский гриб. Однако биологическая роль цезия до конца не раскрыта.

Цезий-133

Стабильный изотоп Cs-133 используется в фотоэлементах и фотоумножителях и детекторах ионизирующего излучения (иодид цезия). Также Cs-133 применяется как оптический материал (в виде иодида и бромида), при изготовлении светящихся трубок (в соединениях с цирконием и оловом).

Цезий выступает в качестве катализатора при получении аммиака, серной кислоты, бутилового спирта, в реакциях дегидрогенизации и при получении муравьиной кислоты. Цезий составляет основу лекарственных препаратов для лечения язвенных заболеваний, дифтерии, шоков, шизофрении.

Цезиевая плазма является компонентом МГД-генераторов с повышенным КПД.

Cs-133 используется в атомных часах — наиболее точных устройствах для определения времени.

С 1967 года в международной системе единиц СИ 1секунда = 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения, которое возникает при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Первые цезиевые атомные часы были сконструированы в 1955 году Луизом Эссеном (Louis Es­sen) в Национальной физической лаборатории Великобритании (NPL). Эти часы идут с точностью в одну секунду за 300 000 лет.

Сейчас атомные часы применяются в навигации космических кораблей, спутников, баллистических ракет, самолётов, подводных лодок, автомобилей в автоматическом режиме по спутниковой связи. Также атомные часы используются в системах спутниковой и наземной телекоммуникации, в базовых станциях мобильной связи, международных и национальных бюро стандартов и службах точного времени.

Цезий в организме человека

Цезий (Cs) — химический элемент с атомным номером 55. В простом виде представляет собой мягкий щелочной металл золотистого цвета (немного светлее, чем чистое золото).

Цезий был открыт 1860 году немецкими химиками Р.В. Бунзеном и Г.Р. Кирхгофом, которые применяли тогда новейший метод исследования — оптическую спектроскопию.

Для анализа они взяли воду из одного минерального источника на территории Германии, подвергли ее спектральному анализу и обнаружили в спектре две яркие синие линии, которые не принадлежали ни одну одному из известных на тот момент времени химических элементов.

Этому незнакомцу они тут же присвоили соответствующее спектральным линиям название, которое в переводе с латинского означает «небесно-голубой». Вообще, цезий был первым химическим элементом, открытым таким способом.

Чистый цезий удалось выделить только в 1882 году усилиями шведского химика К. Сеттерберга, который подверг электролизу расплав цианида цезия и бария.

Цезий является рассеянным элементом, поэтому его очень сложно добывать. Его химическая активность чрезвычайно высока: он может воспламениться от прикосновения руки, а на воздухе он окисляется почти сразу, также сразу воспламеняясь.

Среди всех полученных человеком металлов цезий обладает самой высокой химической активностью. Конкуренцию в этом ему может составить разве что франций, но последний в силу крайней неустойчивости (коротким периодом полураспада) человеком не получен.

В природе цезий встречается редко, а потребность промышленности в нем с каждым годом растет. Мировой объем его добычи составляет всего около 20 тонн в год, тогда как потребность составляет не менее 90 тонн. В процессе эксплуатации он рассеивается и безвозвратно теряется.

В одной тонне земной коры содержится около 3,7 г цезия, а максимальное содержание в минералах не превышает 15 г/т. Концентрация цезия в морской воде порядка 0,5 мкг/л.

Лидером по добыче металлического цезия является Канада, на территории которой расположено около 70% обнаруженных запасов этого химического элемента. Там его добывают из минерала поллуцита, запасы которого также обнаружены в России (Кольский п-ов, Восточный Саян и Забайкалье), Намибии, Зимбабве, Казахстане, Монголии и Италии.

Природный цезий существует в виде единственного стабильного изотопа — цезия-133. При атомных взрывах и в котлах ядерных реакторов образуется цезий-137, который является крайне опасным загрязнителем биосферы.

Цезий широко применяется в различных сферах науки и техники. Он используется в ядерной энергетике, электротехнике и радиоэлектронике, рентгенотехнике и химической промышленности, оптике, медицине и т.

д, На его основе синтезируются медицинские препараты, которые используются в лечении различных язв, дифтерии, шоковых состояний и даже шизофрении.

Соли цезия обладают нормотимическим эффектом, то есть стабилизируют настроение у психически больных людей.

Роль цезия в организме человека

Цезий — важнейший биохимический элемент, обнаруженный почти во всех живых организмах.

В составе химических соединений цезий малотоксичен. Биологическая роль цезия до конца еще не выяснена. Предполагается, что он способствует сохранению гомеостаза человека.

Соединения цезия (соли) показали высокую эффективность в лечении гипотонии, в том числе быстро развивающейся на фоне обморока, коллапса, шоковых состояний, поскольку оказывают сильно выраженное гипертензивное и сосудосуживающее действие.

Цезий восстанавливает тонус угнетенного симпатического отдела ЦНС, помогает при дефиците катехоламинов, оказывает адреностимулирующее действие.

Суточная потребность человека в нем не установлена.

При попадании в организм цезий очень быстро усваивается ЖКТ и поступает в кровь. Его концентрация в органах и тканях человека относительно равномерна, но около 80% накапливается в мышцах, 8% — в скелете, остальная часть равномерно распределяется в сердце, печени и крови, достигая в последней концентрации до 2,8 мкг/л. Выводится преимущественно с мочой и калом.

Он способствует усилению иммунитета за счет значительного увеличения титра комплемента и повышения активности лизоцима и фагоцитарной активности лейкоцитов.

Существует предположение, что цезий благотворно влияет на функцию кроветворения, увеличивая эритро- и лейкопоэз на 20-25%, удлиняет срок жизни эритроцитов и повышает содержание в них гемоглобина.

Хлорид цезия принимает участие в газовом обмене, активируя при этом окислительную деятельность некоторых ферментов и тем самым повышая устойчивость организма к гипоксии (кислородной недостаточности).

Синергистом цезия считается рубидий.

Источники цезия в организме человека

Самые высокие концентрации цезия обнаружены в пресноводных водорослях и арктических наземных растениях, в особенности в лишайниках. Среди продуктов питания особо следует выделить листовой салат и грибы опята.

Повышенная концентрация цезия отмечается в мясе северного оленя и северо-американских водоплавающих птиц.

Нехватка цезия в организме человека

При дефиците цезия наблюдается снижение аппетита, задержка роста и развития у детей. Окончательно последствия нехватки цезия в организме не изучены.

Потребность организма в цезии повышается при шоковых состояниях, коллапсе, обмороке, гипотонии, дифтерии и язвенных заболеваниях.

Избыток цезия в организме человека

№55 Цезий

Цезий был открыт в 1860 году Бунзеном в воде Дюркгаймерского минерального источника на основании присущих ему спектров.

В соответствии с этим он был так и назван — по двум характерным синим линиям спектра (caesius — сине-серый).

Получение металлического цезия удалось впервые осуществить Сеттербергу (Setterberg, 1882) электролизом расплавленной смеси цианидов цезия и бария. К этому времени Бунзеном уже была получена амальгама цезия.

Получение:

Получение цезия лучше всего вести нагреванием гидроксида с металлическим магнием в токе водорода или с металлическим кальцием в вакууме. Согласно де Буру, в качестве восстановителя особенно подходит цирконий.

Небольшие количества цезия, по де Буру, удобно получать нагреванием его хлорида в смеси с азидом бария в высоком вакууме. Образующийся при распаде азида барий восстанавливает щелочные металлы из их хлоридов.

Они испаряются и оседают на холодных стенках сосуда.

Физические свойства:

Цезий в чистом состоянии имеет по данным Костеану золотисто-желтый цвет. На воздухе тускнеет и вскоре покрывается толстой гидроксидной коркой. Поэтому его следует хранить под слоем керосина или парафинового масла. Как и все щелочные металлы, цезий чрезвычайно мягок (как воск) и легко поддается сжатию. Тпл.= 28,4°С. Обладает высокой электропроводностью.

Химические свойства:

Цезий — щелочной металл, он тотчас воспламеняется при доступе кислорода с образованием твердого пероксида CsO2 даже в отсутствие воды, в то время, как другие щелочные металлы (за исключением рубидия) на сухом воздухе или в токе кислорода воспламеняются только при умеренном нагревании.

Цезий воспламеняется также при взаимодействии с галогенами (с бромом реакция идет со взрывом), фосфором и серой. Цезий очень активно разлагает воду. При этом он плавится, а выделяющийся водород воспламеняется.

Со спиртом цезий реагирует с образованием алкоголята:

2Cs + 2HOC2H5 = 2CsOC2H5 + H2

В соединениях проявляет степень окисления +1.

Важнейшие соединения:

Оксид цезия.Для цезия известен ряд соединений с кислородом Cs7O, Cs4O (?), Cs7O2, Cs3O, Cs2O. Существование этих своеобразных соединений было установлено уже в 1909 г. Ренгаде. Оксид цезия оранжевый, может быть получен взаимодействием пероксида со стехиометрическим количеством металла. Энергично взаимодействует с водой.

При слабом нагревании реагирует с водородом с образованием гидроксида и гидрида:
Cs2O + H2 = CsOH + CsH
Надпероксид цезия CsO2, желтого цвета, образуется при горении цезия в токе кислорода. При сильном нагревании надпероксид цезия отщепляет кислород, переходя в черную Cs2O3.

Взаимодействие надпероксида с водой приводит к образованию пероксида водорода и кислорода.
Существует и красный озонид цезия CsO3.
Гидроксид цезия CsOH, бесцв. крист., щелочь. Получают электролизом расторов солей цезия, взаимодействием сульфата цезия с гидроксидом бария.
Соли цезия похожи на соответствующие соли калия.

Поскольку для получения солей цезия используются главным образом остаточные щелока от переработки калийных солей главная задача заключается в том, чтобы отделить его от калия.
Хлорид цезия получают взаимодействием карбонатов с соляной кислотой или прокаливанием хлороплатинатов. Хлорид цезия кристаллизуется в виде кубов. Заметно ядовит.

Сульфат цезия образует ромбические кристаллы, изоморфные сульфату калия. Легко образует двойные соли с сульфатом алюминия, сульфатом железа(III) и с сульфатами двухвалентных металлов.

Применение:

Металлический цезий используется в фотоэлементах, газовых лазерах, цезиевых лампах. Многие соли цезия используются в составе электролитов топливных элементов.

В аналитической и препаративной химии применяют хлорид цезия для получения чистых двойных хлоридов с хлоридами тяжелых металлов; полученные таким образом двойные соли отличаются большей частью плохой растворимостью и способностью хорошо кристаллизоваться.

Для обнаружения алюминия применяется образование цезиевых квасцов: CsAl(SO4)2*12H2O.
Мировое производство (без СССР) — около 10 т/год (1979).

Самоволова Ю.

См. также:
С.И. Венецкий О редких и рассеянных. Рассказы о металлах. Две голубые незнакомки

Цезий — Применение

01 марта 2011

1. Цезий

2. История
3. Геохимия и минералогия
4. Получение
5. Изотопы
6. Физические свойства7. Применение

8. Биологическая роль

9. Интересные факты

Цезий нашёл применение только в начале XX века, когда были обнаружены его минералы и разработана технология получения в чистом виде.

В настоящее время цезий и его соединения используются в электронике, радио-, электро-, рентгенотехнике, химической промышленности, оптике, медицине, ядерной энергетике.

В основном применяется стабильный природный цезий-133, и ограниченно — его радиоактивный изотоп цезий-137, выделяемый из суммы осколков деления урана, плутония, тория в реакторах атомных электростанций.

Фотоэлементы, фотоумножители

Благодаря крайне низкой работе выхода электрона, цезий используется при производстве высокочувствительных и малоинерционных фотоэлектрических приборов — фотоэлементов, фотоумножителей.

В фотоэлементах цезий обычно применяется в виде сплавов с сурьмой, кальцием, барием, алюминием, или серебром, которые вводятся для повышения эффективности устройства, а также для экономии чрезвычайно дорогого цезия.

Такие фотоэлементы способны работать в широком диапазоне длин волн: от дальней инфракрасной, до коротковолновой ультрафиолетовой области электромагнитного излучения, что делает цезиевые фотоэлементы эффективнее рубидиевых.

Счётчики заряженных частиц

Йодид цезия в виде монокристаллов является чрезвычайно важным и чувствительным материалом в области регистрации излучений.

Детекторы частиц на его основе применяются в атомной технике, геологии, медицине, космических исследованиях.

Так, например, измерения элементного состава поверхности Марса выполнялись с помощью гамма спектрометра на основе CsI, установленного на космическом орбитальном аппарате «Марс-5».

Оптика

Йодид и бромид цезия применяются в качестве оптических материалов в специальной оптике — инфракрасные приборы, очки и бинокли ночного видения, прицелы, обнаружение техники и живой силы противника.

Источники света

В электротехнике цезий применяется в изготовлении светящихся трубок, в виде соединений с цирконием или оловом. Наряду с другими металлами цезий используется для наполнения осветительных газоразрядных металлогалогеновых ламп.

Катализаторы

Цезий нашёл большое применение в производственной химии в качестве катализатора. Каталитическая активность цезия используется в процессах получения аммиака, серной кислоты, бутилового спирта, в реакциях дегидрогенизации и при получении муравьиной кислоты.

Особенно эффективным является применения цезия как промотора при каталитическом получении аммиака, синтезе бутадиена, и имеет очень большое экономическое значение так как резко увеличивает эффективность синтеза. Очень большое значение приобрел рутений-цезий-углеродный катализатор.

В целом применение цезия в катализе имеет не только большую сферу его потребления но и большие перспективы дальнейшего развития. В ряде катализаторов оказалось чрезвычайно эффективным применение цезия совместно с рубидием.

Цезий промотирует действие серебряного катализатора, и повышает его селективность при эпоксидировании этилена.

Химические источники тока

На основе цезия создан и применяется высокоэффективный твёрдый электролит для топливных элементов, и аккумуляторов чрезвычайно высокой энергоёмкости — цезий-бета-глинозём.

Изотопы

Радиоактивный нуклид цезий-137 претерпевает бета-распад используется в гамма-дефектоскопии, измерительной технике и при стерилизации пищевых продуктов, а также для стерилизации медицинских препаратов и лекарств, в радиотерапии для лечения злокачественных опухолей. Также цезий-137 используется в производстве радиоизотопных источников тока, где он применяется в виде хлорида цезия. Цезий-137 используется в датчиках предельных уровней сыпучих веществ в непрозрачных бункерах.

Единственный стабильный нуклид цезий-133 используется в атомных часах.

Медицина

На основе соединений цезия созданы эффективные лекарственные препараты для лечения язвенных заболеваний, дифтерии, шоков, шизофрении.

Применение цезия в энергетике и космосе

Значительной сферой применения металлического цезия являются новейшие и стремительно развивающиеся работы и производство энергетических агрегатов. Цезиевая плазма является важнейшей и неотъемлемой компонентой МГД-генераторов с повышенным КПД до 65—70 %. Ионизированые пары цезия являются лучшим рабочим телом для ионных двигателей в космосе.

Сплав цезия с барием является лучшим из известных материалов для выпрямления сверхмощных потоков электроэнергии и в будущем займёт важнейшее положение в большой энергетике и космических электроракетных установках. Одним из его отличительных особенностей является возможность выпрямления и коммутирования чудовищных мощностей в импульсном режиме.

Ввиду того, что цезий имеет большую теплоёмкость, теплопроводность и ряд собственных сплавов с очень низкой температурой плавления −30 °C, то используется в качестве теплоносителя в атомных реакторах и высокотемпературных турбоэнергетических установках, а сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °C среди сплавов.

В течение последних 25 лет цезий исследуется в мире как Материя Ридберга, по предварительным оценкам, сделанным экспериментально в Швеции и России, КВС цезия при температуре менее 700 K имеет весьма высокую электропроводность и работу выхода менее 1эВ и вплоть до 0,2 эВ, что позволяет применить металлический цезий для производства высокоэффективных источников тока, электростанций, утилизации тепла. Конденсат возбуждённых состояний цезия образуется при прокачке его паров сквозь перфорированный материал коллектора, имеющий на своей поверхности тончайший слой углерода или окислов. Для исследования КВС цезия применяется растровое лазерное сканирование, оптическая спектроскопия и съёмка видеокамерой, и уже в ходе первых исследований были обнаружены аномальные явления, проявившие себя в образовании кластеров капельной плазменной фракции, окрашенной в зеленые тона, и резком уменьшении работы выхода коллектора.

Металлургия

Металлический цезий на заре поисков его ассимиляции в промышленности обнаружил свойство резко повышать жаропрочность магния и алюминия, так например добавка 0,3—0,4 % цезия к магнию в 3 раза повышает его прочность на разрыв и резко улучшает его коррозионную стойкость, но ввиду весьма высокой цены, и наличия других более дешёвых металлов для легирования он не применяется для этой цели.

Высокотемпературная сверхпроводимость

Недавно найдено, что продукты внедрения цезия в графит обладают свойством высокотемпературной сверхпроводимости и интенсивно изучаются.

Производство лазеров

В последние годы цезий так же весьма интенсивно изучается как рабочее тело и излучательная среда для создания лазеров имеющих рекордные значения пиковых мощностей как в непрерывном так и в импульсном режиме работы, и в значительной степени этот интерес и огромные капиталовложения направлены на разработку лазеров для вооружения и в области получения термоядерной энергии, но… в равной степени интересу и капиталовложениям противопоставлена закрытость и минимум информации для печати.

Производство электродов

Совершенно особое место и очень большую область применения и расхода металлического цезия в последние годы представляет его использование в качестве добавки к вольфраму для производства электродов мощных осветительных дуговых ламп и электродов применяемых для сварки алюминия, магния, титана, церия, нержавеющей стали и целого ряда активных сплавов в среде аргона, гелия и водорода. Применение этой добавки в значительной степени облегчает зажигание и горение дуги при низком напряжении.

Термоэлектрические материалы

Совсем недавно цезий приобрёл новое направление своей ассимиляции, и это направление является революционным прорывом для разработки новейшей компьютерной техники, генераторов энергии, холодильников глубокого холода и так далее.

Оказалось что сплав сверхчистого висмута, сверхчистого теллура, и сверхчистого цезия обладает поистине фантастическими возможностями для создания охладителей основанных на эффекте Пельтье.

Как показывает практический опыт эксплуатации этого нового полупроводникового материала, его использование наиболее эффективно именно в новейших суперпроцессорах на основе нитрида бора и монокристаллического алмаза в качестве теплоотвода и основы схемы.

Так в опытах с этим новым полупроводниковым материалом удалось на сегодняшний день получить охлаждение вплоть до −237 °C, и это в свою очередь позволяет создавать микрохолодильники для охлаждения мощных процессоров, холодильники для глубокой заморозки тканей и клеточного материала, сжижения газов, охлаждения боевых ультрафиолетовых и инфракрасных лазерных систем, тепловизоров, а в перспективе для охлаждения высокотемпературных сверхпроводников для высокоскоростного транспорта на «магнитной подушке». Очень важным направлением использования данного полупроводника ряд специалистов рассматривает создание лазеров на монокристаллах алмаза с очень высоким КПД, и возможностью работы в пикосекундном диапазоне, что очень важно для конструирования оптоэлектронных систем для обработки информации. Ведущей страной в этой новой области использования является Япония.

Оптические материалы микроэлектроники

Триборат цезия и триборат цезия-лития, а также фосфат цезия-галлия используются как специальные оптические материалы в новейших областях радиоэлектроники.

Пьезоэлектрические материалы

Дигидрофосфат цезия в 7 раз более эффективный пьезоэлектрик, чем кварц, и, несмотря на то, что несколько уступает по эффективности сегнетовой соли, тем не менее более устойчив к влаге чем последняя.

Атомно-водородная энергетика

Совершенно исключительное значение металлический цезий играет в атомно-водородной энергетике при разложении воды термохимическим способом.

Защита воздушных судов

Очень важной областью применения цезия является производство специальных ламп с электронным управлением, для создания тепловых помех для ракет противника. Такие цезиевые лампы устанавливаются на современных боевых самолётах и в значительной степени повышают живучесть самолетов в бою.

Прочие области ассимиляции цезия

Фторид цезия применяют для получения фторорганических соединений, пьезоэлектрической керамики, специальных стекол. Хлорид цезия — электролит в топливных элементах, флюс при сварке молибдена.

Цезий

— химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 55, атомная масса 132,9054; относится к щелочным металлам.

История открытия

Открыт цезий сравнительно недавно, в 1860 г., в минеральных водах известных целебных источников Шварцвальда (Баден-Баден и др.). За короткий исторический срок прошел блистательный путь – от редкого, никому не ведомого химического элемента до стратегического металла.

Принадлежит к семье редких щелочных легких металлов. Легко взаимодействует с другими элементами, образуя прочные связи.

В настоящее время применяется одновременно в нескольких отраслях: в электронике и автоматике, в радиолокации и кино, в атомных реакторах и на космических кораблях.

Впервые он был обнаружен по двум ярким линиям в синей области спектра, и латинское слово «caesius», от которого произошло его название, означает небесно-голубой. Неоспоримо утверждение о том, что цезий практически последний в ряду щелочных металлов.

Правда, еще Менделеев предусмотрительно оставил в своей таблице пустую клетку для «экацезия», который должен был следовать в I группе за цезием. И этот элемент (франций) в 1939 г. был открыт.

Однако франций существует лишь в виде быстро распадающихся радиоактивных изотопов с периодами полураспада в несколько минут, секунд или даже тысячных долей секунды.

Цезий был первым элементом, открытым с помощью спектрального анализа. Ранее соли цезия ошибочно считали солями калия. Ученые, однако, имели возможность познакомиться с этим элементом еще до того, как Бунзен и Кирхгоф создали новый исследовательский метод. Речь идет о пропаже, которая долгие годы не давала покоя химикам.

Еще в 1846 году немецкий ученый К. Платтнер занялся исследованием полуцита-минерала, найденного на острове Эльба. Выполнить полный химический анализ минерала было делом не хитрым, но вот загвоздка: как ни складывал Платтнер полученные им результаты, сумма всех составляющих оказывалась равной 93%.

Куда же могли подеваться остальные 7%? Почти два десятка лет никто не мог ответить на этот вопрос.

Металлический цезий впервые был получен Сеттербергом в 1882 г. электролизом расплавленного цианида цезия. Производство соединений цезия возникло в конце прошлого столетия, а производство металлов цезия было организовано в двадцатых годах прошлого столетия. Однако и в настоящее время их получают в ограниченном количестве.

Описание

Блестящая поверхность металлического цезия имеет бледно-золотистый цвет. Это – один из самых легкоплавких металлов: он плавится при 28,5 °C, кипит при 705 °C в обычных условиях и при 330 °C в вакууме. Легкоплавкость цезия сочетается с большой легкостью.

Несмотря на довольно большую атомную массу (132,905) элемента, его плотность при 20 °C всего 1,87. Цезий во много раз легче своих соседей по менделеевской таблице. Лантан, например, имеющий почти такую же атомную массу, по плотности превосходит цезий в три с лишним раза. Цезий всего вдвое тяжелее натрия, а их атомные массы относятся, как 6:1.

По-видимому, причина этого кроется в своеобразной электронной структуре атомов цезия. Каждый его атом содержит 55 протонов, 78 нейтронов и 55 электронов, но все эти многочисленные электроны расположены относительно рыхло – ионный радиус цезия очень велик – 1,65 Ǻ*.

Ионный радиус лантана, например, равен всего 1,22 Ǻ, хотя в состав его атома входят 57 протонов, 82 нейтрона и 57 электронов. Атомный радиус цезия равен 2,62 Ǻ.

Природный цезий состоит из стабильного нуклида 133Cs. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 2,9*10-27м2.

Конфигурация внешней электронной оболочки атома 6s1, степень окисления +1; энергия ионизации при переходе Cs →Cs+→Cs2+ соответствует 3,89397, 25,1 эВ; сродство к электрону 0,47 эВ; электроотрицательность по Полингу 0,7; работа
выхода электрона 1,81 эВ; металлический радиус 0,266 нм, ковалентный радиус 0.235 нм, ионный радиус Cs+ 0,181 нм (координационное число 6), 0,188 нм (8), 0,192 нм (9), 0,195 нм (10), 0,202 нм (12).

цезия в земной коре 3,7·10-4% по массе. Минералы цезия – поллуцит (Сs, Nа) [АlSi2O6] ·Н2О (содержание Cs2О 29,8–36,7% по массе) и редкий авогадрит (К, Сs) [ВF4].

Цезий присутствует в виде примеси в богатых калием алюмосиликатах: лепидолите (0,1–0,5% СsО), флогопите (0,2–1,5%) и др.

, также в карналлите (0,0003–0,002% CsС1), трифилине, в термальных (до 5 мг/л Cs) и озерных (до 0,3 мг/л Cs) водах. Промышленный источники цезия – поллуцит и лепидолит.

Свойства цезия

Цезий – мягкий металл, который при комнатной температуре находится в полужидком состоянии. Пары окрашены в зеленовато-синий цвет. Кристаллизуется в кубической объемноцентрированной решетке: а = 0,6141 нм, z = 2, пространств, группа IтЗт т. пл. 28,44 °С, точка кипения 669,2 °С; плотность 1,904 г.

/см3 (20 °С); С0р32,21 Дж/(моль·К); Н0пл 2,096 кДж/моль, ∆Н0исп65,62 кДж/моль, ∆Н0возг76,54 кДж/моль (298,15 К); S0298 85,23 Дж/(моль·К); уравнения температурной зависимости давления пара: lg p (мм рт. ст.) = -4122/T + 5,228 – 1,514 lg T + 3977Т (100–301,59К), lg p (мм. рт. cт.

)= -3822/Т + 4,940 – 0,746 lg T (301,59–897 К); теплопроводность, Вт/(м·К): 19,0 (298 К), 19,3 (373 К), 20,2 (473 К); ρ, мкОм·м: 0,1830 (273,15 К), 0,2142 (301,59 К, твердый), 0,3568 (301,59 К, жидкость), температурный коэффициент ρ 6,0–10-3 К-1 (273–291 К); парамагнетик, удельная магнитная восприимчивость +0,22·10-9(293 К); η, мПа·с: 6,76 (301,59 К), 5,27 (350 К), 3,18 (500 К); γ 60,6 мН/м (301,59 К); температурный коэффициент линейного расширения 97·10-6 К-1 (273 К); твердость по Моосу 0,2; модуль упругости 1,7 ГПа (293 К); коэффициент. сжимаемости 71·10-11Па-1 (323 К).

На воздухе цезий мгновенно окисляется с воспламенением и образованием перекиси и надперекиси. С водой цезий и рубидий бурно реагируют с образованием гидроокисей и выделением водорода. Эта реакция протекает даже при температуре –100° С.

https://www.youtube.com/watch?v=_JzTjsMKv_A

Цезий растворяется в жидком аммиаке, со спиртом образуют алкоголяты, способные присоединить одну молекулу спирта. Из-за высокой реакционной способности цезий хранят в герметических стальных сосудах под слоем парафина.

Цезий, как натрий и калий, обладает единственным 5-электроном сверх конфигурации инертных газов. Структура электронных оболочек цезия определяет многие его физико-химические свойства. Конфигурация электронных оболочек следующая: КЬ – [Кг] криптон. 5s и Сз – [Хе] ксенон 6s.

Вследствие небольшой разницы в энергиях атомных орбит – 5d и 6s для цезия атомы их легко возбуждаются. По этой причине металлы обладают низкими значениями ионизационных потенциалов, хорошей электропроводностью и явлением фотоэффекта.

У цезия очень легко «выбить» электрон, так как на внешнем электронном слое он один. Чем дальше от ядра атома удален электрон, тем легче его оторвать. Так, у цезия шесть электронных слоев, а у натрия только три; между ядром и внешним электроном у цезия 54 электрона, а у натрия только 10.

Следовательно, цезий легче всего отдает свой электрон, потому что он обладает наибольшим атомным радиусом и наименьшим ионизационным потенциалом. Цезий встречается в природе только в виде стабильного изотопа 135Сз

Самое замечательное свойство цезия – его исключительно высокая активность. По чувствительности к свету он превосходит все другие металлы. Цезиевый катод испускает поток электронов даже под действием инфракрасных лучей с длиной волны 0,80 мкм.

Кроме того, максимальная электронная эмиссия, превосходящая нормальный фотоэлектрический эффект в сотни раз, наступает у цезия при освещении зеленым светом, тогда как у других светочувствительных металлов этот максимум проявляется лишь при воздействии фиолетовых или ультрафиолетовых лучей.

Долгое время ученые надеялись найти радиоактивные изотопы цезия в природе, поскольку они есть у рубидия и калия. Но в природном цезии не удалось обнаружить каких-либо иных изотопов, кроме вполне стабильного 133Cs. Правда, искусственным путем получено 22 радиоактивных изотопа цезия с атомными массами от 123 до 144.

В большинстве случаев они недолговечны: периоды полураспада измеряются секундами и минутами, реже – несколькими часами или днями. Однако три из них распадаются не столь быстро – это 134Cs, 137Cs и 135Cs, живущие 2,07; 26,6 и 3·106 лет.

Все три изотопа образуются в атомных реакторах при распаде урана, тория и плутония; их удаление из реакторов довольно затруднительно.

Воду он бурно разлагает уже при обычной температуре; при этом выделяется много тепла, и вытесняемый из воды водород тут же воспламеняется. Цезий взаимодействует даже со льдом при –116 °C.

Его хранение требует большой предосторожности.

Цезий взаимодействует и с углеродом. Только самая совершенная модификация углерода – алмаз – в состоянии противостоять его «натиску».

Жидкий расплавленный цезий и его пары разрыхляют сажу, древесный уголь и даже графит, внедряясь между атомами углерода и образуя своеобразные, довольно прочные соединения золотисто-желтого цвета, которые в пределе, по-видимому, отвечают составу C8Cs5.

Они воспламеняются на воздухе, вытесняют водород из воды, а при нагревании разлагаются и отдают весь поглощенный цезий.

Даже при обычной температуре реакции цезия с фтором, хлором и другими галогенами сопровождаются воспламенением, а с серой и фосфором – взрывом. При нагревании цезий соединяется с водородом, азотом и другими элементами, а при 300 °C разрушает стекло и фарфор. Гидриды и дейтериды цезия легко воспламеняются на воздухе, а также в атмосфере фтора и хлора.

Неустойчивы, а иногда огнеопасны и взрывчаты соединения цезия с азотом, бором, кремнием и германием, а также с окисью углерода. Галоидные соединения цезия и цезиевые соли большинства кислот, напротив, очень прочны и устойчивы. Активность исходного цезия проявляется у них разве только в хорошей растворимости подавляющего большинства солей.

Кроме того, они легко превращаются в более сложные комплексные соединения.