Цезият е тежък метал. Знаете ли как

Топи се в ръцете, но не и снега - гатанка от раздел "химия". Отговор - цезий. Точката на топене на този метал е 24,5 градуса по Целзий. Вещество, което буквално тече през пръстите ви, е открито през 1860 г. Цезият е първият елемент, открит чрез спектрален анализ.

Диригент Робърт Бунзен и Густав Кирхоф. Химиците са изследвали водите на минералните извори в Дюркхайм. Намерени магнезий, литий, калций,. Накрая те сложиха капка вода в спектроскопа и видяха две сини линии - доказателство за наличието на неизвестно вещество.

Като начало е изолиран неговият хлороплатинат. За 50 грама са преработени 300 тона минерална вода. С името на новия метал не стана по-мъдър. От латински "цезий" се превежда като "син".

Химични и физични свойства на цезия

В спектроскопа металът излъчва ярко синьо. В действителност елементът е подобен на, малко по-лек от него. В течно състояние жълтостта на цезия изчезва, стопилката става сребриста. Получаването на суровини за експерименти не е лесно.

От металите елементът е най-редкият и най-разпръснат в земната кора. В природата се среща само един изотоп. цезий 133. Той е напълно стабилен, тоест не подлежи на радиоактивен разпад.

Радиоактивните метални изотопи се получават изкуствено. 135-ият цезий е дълготраен черен дроб. Неговият полуразпад е близо 3 000 000 години. Цезий 137половината се разпада за 33,5 години. Изотопът е признат за един от основните източници на замърсяване на биосферата.

Нуклидът влиза в него от заустванията на фабрики, атомни електроцентрали. Полуживот на цезияпозволява му да проникне във вода, почва, растения, да се натрупва в тях. 137-ият изотоп е особено богат в сладководни водорасли и лишеи.

Тъй като е най-редкият от металите, цезият е и най-активен. Елементът е алкален, намира се в основната подгрупа на 1-ва група на периодичната система, което вече задължава веществото да влиза лесно в химични реакции. Потокът им се засилва от наличието на вода. Да, във въздуха цезиев атомексплодира поради наличието на парите му в атмосферата.

Взаимодействието с водата е придружено от експлозия, дори и да е замръзнала. Реакция с лед е възможна при -120 градуса по Целзий. Сухият лед не е изключение. Експлозията също е неизбежна, когато цезият влезе в контакт с киселини, прости алкохоли, халогениди на тежки метали и органични халогени.

Взаимодействията са лесни за стартиране по 2 причини. Първият е силен отрицателен електрохимичен потенциал. Тоест атомът е отрицателно зареден, има тенденция да привлича други частици към себе си.

Втората причина е повърхностната площ на цезия по време на реакции с други вещества. Топейки се в стайни условия, елементът се разпространява. Оказва се, че по-голям брой атоми са отворени за взаимодействие.

Дейността на елемента е довела до липсата на чистата му форма в природата. Има само връзки, например. Между тях: цезиев хлорид, флуорид, йодит, азит, цианит, бромид и цезиев карбонат. Всички соли на 55-ия елемент са лесно разтворими във вода.

Ако се работи с цезиев хидроксид, трябва да се страхувате не от неговото разтваряне, а от факта, че самият той е в състояние да унищожи, например, стъкло. Структурата му се нарушава от реагента вече при стайна температура. Струва си да се повиши степента, хидроксидът няма да пощади кобалт, корунд и желязо.

Реакциите са особено бързи в кислородна среда. Само способен да устои на цезиев хидроксид. Азотът също не взаимодейства с 55-ия елемент. Цезиевият азит се получава само индиректно.

Приложение на цезий

Цезий, формулакойто осигурява ниска работна функция на електрона, е полезен при производството на фотоклетки. В устройствата, базирани на 55-то вещество, разходите за получаване на ток са минимални. Чувствителността към радиация, напротив, е максимална.

Така че фотоволтаичното оборудване да не струва непосилно поради рядкостта на цезия, то е легирано с,,,. Като източник на ток цезият се използва в горивните клетки. Твърдият електролит на базата на 55-ти метал е част от автомобилите и високоенергийните батерии.

55-ият метал се използва и в броячите на заредени частици. За тях се купува цезиев йодит. Активиран с талий, той регистрира почти всяка радиация. Цезиевите детектори се закупуват за ядрени предприятия, геоложки проучвания и медицински клиники.

Използвайте устройства и космическата индустрия. По-специално, Марс-5 изследва елементарния състав на повърхността на червената планета именно благодарение на гама-спектрометър на базата на цезий.

Възможността за улавяне на инфрачервени лъчи е причината за използването му в оптиката. Добавете към него цезиев бромиди цезиев оксид. Има в бинокъл и очила за нощно виждане, оръжейни мерници. Последните работят дори от космоса.

137-ият изотоп на елемента също намери достойно приложение. Радиоактивният нуклид не само замърсява атмосферата, но и стерилизира продукти или по-скоро контейнери за тях. Полуживот на цезийдълго. Милиони консервирани храни могат да бъдат преработени. Понякога се стерилизира и месо - трупове на птици и.

Също така е възможно да се обработват медицински инструменти и лекарства със 137-ия изотоп. Нуклидът е необходим и при самото лечение, когато става дума за тумори. Методът се нарича лъчетерапия. Препарати с цезий се дават и при шизофрения, дифтерия, пептична язва и някои видове шок.

Металурзите се нуждаят от чист елемент. Смесва се със сплави и. Добавката повишава тяхната топлоустойчивост. В , например, той се утроява, когато цезият е само 0,3%.

Увеличава якостта на опън и устойчивостта на корозия. Вярно е, че индустриалците търсят алтернатива на 55-ия елемент. Той е твърде оскъден, не е изгоден като цена.

Добив на цезий

Металът е изолиран от замърсяване. Това е воден алумосиликат и цезий. Минерали, съдържащи 55-ия елемент на единицата. В замърсяването процентът на цезий прави добива икономически жизнеспособен. Много метал и в Avogardite. Самият този камък обаче е толкова рядък, колкото и цезият.

Промишлениците откриват замърсяване с хлориди или сулфати. цезийот камъка се изолира чрез потапянето му в загрята солна киселина. Там се излива и антимонов хлорид. Образува се утайка.

Измива се с гореща вода. Резултатът от операциите е цезиев хлорид. При работа със сулфат полуцитът се потапя в сярна киселина. На изхода се образува цезиев стипца.

В лабораториите се използват други методи за получаване на 55-ия елемент. Има 3 от тях, всички трудоемки. Можете да нагреете дихромат и цезиев хромат с цирконий. Но това изисква вакуум. Необходим е и за разлагането на цезиевия азид. Вакуумът се освобождава само при нагряване на специално приготвен калций и хлорид на 55-ия метал.

Цезий цена

В Русия полюцитът се добива и преработва от Завода за редки метали в Новосибирск. Продуктите се предлагат и от Минно-обработващия комбинат Ловозерск. Последният предлага цезий в ампули 10 и 15 милиграма.

Предлагат се в опаковки от 1000 броя. Минималната цена е 6000 рубли. Севредмет също продава ампули, но е готов да доставя и по-малки обеми – от 250 грама.

Ако чистотата на метала е 99,9%, за един грам, като правило, те искат около 15-20 щатски долара. Говорим за стабилния 133-ти изотоп на 55-ия елемент от периодичната система.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

цезийсе намира в шести период от I група на основната (А) подгрупа на Периодичната система.

принадлежи на семейството с-елементи. метални. Обозначение - Cs. Пореден номер - 55. Относителна атомна маса - 132,95 a.m.u.

Електронната структура на цезиевия атом

Цезиевият атом се състои от положително заредено ядро ​​(+55), вътре в което има 55 протона и 78 неутрона, а 55 електрона се движат в шест орбити.

Фиг. 1. Схематична структура на цезиевия атом.

Разпределението на електроните в орбиталите е както следва:

55Cs) 2) 8) 18) 18) 8) 1 ;

1с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 6 3д 10 4с 2 4стр 6 4д 10 5с 2 5стр 6 6с 1 .

Външното енергийно ниво на цезиевия атом съдържа 1 електрон, който е валентност. Няма възбудено състояние. Енергийната диаграма на основното състояние приема следната форма:

Валентният електрон на цезиевия атом може да се характеризира с набор от четири квантови числа: н(главен квант), л(орбитална), м л(магнитни) и с(въртене):

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

цезийе петдесет и петият елемент от периодичната таблица. Обозначение - Cs от латинското "цезий". Намира се в шести период, група IA. Отнася се за метали. Основният заряд е 55.

Цезият се среща в природата като част от множество минерали, най-важните от които са полюцит (Cs,Na) 2 Al 2 Si 4 O 12 × H 2 O и овогадрит (K, Cs) BF 4 . Известно е, че се включва и в някои алумосиликати като примес.

Под формата на просто вещество цезият е златисто жълт метал (фиг. 1) с центрирана по тялото кристална решетка. Плътност - 1,9 g / cm 3. Точка на топене 28,4 o C, кипене - 685 o C. Мека, лесна за рязане с нож. Самозапалва се във въздуха.

Ориз. 1. Цезий. Външен вид.

Атомно и молекулно тегло на цезия

Относителната молекулна маса на веществото (M r) е число, показващо колко пъти масата на дадена молекула е по-голяма от 1/12 от масата на въглероден атом и относителната атомна маса на елемент (Ar r) е колко пъти средната маса на атомите на химичен елемент е по-голяма от 1/12 масата на въглероден атом.

Тъй като цезият съществува в свободно състояние под формата на едноатомни Cs молекули, стойностите на неговата атомна и молекулна маса съвпадат. Те са равни на 132,9054.

Изотопи на цезий

Известно е, че цезият може да се среща в природата под формата на единствения стабилен изотоп 133 Cs. Масовото число е 133, ядрото на атома съдържа петдесет и пет протона и седемдесет и осем неутрона.

Съществуват изкуствени нестабилни изотопи на цезий с масови числа от 112 до 151, сред които изотопът 135 Cs с период на полуразпад от 2,3 милиона години е най-дълго живеещият.

Цезиеви йони

На външното енергийно ниво на цезиевия атом има един електрон, който е валентен:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 6s 1 .

В резултат на химическо взаимодействие цезият отдава своя валентен електрон, т.е. е негов донор и се превръща в положително зареден йон:

Cs 0 -1e → Cs + .

Молекула и атом на цезия

В свободно състояние цезият съществува под формата на едноатомни Cs молекули. Ето някои свойства, които характеризират атома и молекулата на цезия:

Цезиеви сплави

Цезият се използва под формата на сплави с антимон, калций, барий, алуминий и сребро като слънчеви клетки.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

В естествения цезий не са открити никакви изотопи, различни от стабилния 133 Cs. Известни са 33 радиоактивни изотопа на цезий с масови числа от 114 до 148. В повечето случаи те са краткотрайни: периодите на полуразпад се измерват в секунди и минути, по-рядко – няколко часа или дни. Три от тях обаче не се разпадат толкова бързо – това са 134 Cs, 137 Cs и 135 Cs с период на полуразпад от 2 години, 30 години и 3·10 6 години. И трите изотопа се получават при разпадането на уран, торий и плутоний в ядрени реактори или по време на тестване на ядрени оръжия.

+1 степен на окисление.

През 1846 г. в пегматитите на остров Елба в Тиренско море е открит цезиев силикат, полюцит. При изучаването на този минерал цезият, неизвестен по това време, е бил сбъркан с калий. Съдържанието на калий се изчислява от масата на платиновото съединение, с помощта на което елементът се превежда в неразтворимо състояние. Тъй като калият е по-лек от цезия, изчислението на резултатите от химическия анализ показва недостиг от около 7%. Тази мистерия е разрешена едва след откриването на спектралния метод за анализ от немските учени Роберт Бунзен и Густав Кирхоф през 1859 г. Бунзен и Кирхоф откриват цезия през 1861 г. Първоначално той е открит в минералните води на лечебните извори на Черното гора. Цезият е първият от елементите, открити чрез спектроскопия. Името му отразява цвета на най-ярките линии в спектъра (от лат. caesius - небесно синьо).

Откривателите на цезия не успяха да изолират този елемент в свободно състояние. Металният цезий е получен за първи път едва 20 години по-късно, през 1882 г., от шведския химик К. Сетерберг (Setterberg C.) чрез електролиза на разтопена смес от цезий и бариеви цианиди, взети в съотношение 4:1. Добавя се бариев цианид, за да се понижи точката на топене, но е трудно да се работи с цианиди поради тяхната висока токсичност и барият замърсява крайния продукт, а добивът на цезий е много малък. По-рационален метод е открит през 1890 г. от известния руски химик Н. Н. Бекетов, който предлага редукцията на цезиевия хидроксид с метален магнезий в поток от водород при повишена температура. Водородът запълва устройството и предотвратява окисляването на цезия, който се дестилира в специален приемник, но в този случай добивът на цезий не надвишава 50% от теоретичния.

Цезий в природата и неговото промишлено добиване.

Цезият е рядък елемент. Среща се в дифузно състояние (от порядъка на хилядни от процента) в много скали; следи от този метал също са открити в морската вода. Намира се в по-високи концентрации (до няколко десети от процента) в някои калиеви и литиеви минерали, главно в лепидолита. За разлика от рубидия и повечето други редки елементи, цезият образува свои собствени минерали – полуцит, овогадрит и родицит.

Родицитът е изключително рядък. Често се нарича литиеви минерали, тъй като съставът му (M 2 O 2Al 2 O 3 3B 2 O 3, където M 2 O е сумата от алкални метални оксиди) обикновено съдържа повече литий, отколкото цезий. Авогадритът (K,Cs) също е рядък. Най-много цезий се намира в замърсявания (Cs, Na) н H 2 O (съдържанието на Cs 2 O е 29,8–36,7 % тегловни).

Данните за световните ресурси на цезий са много ограничени. Техните оценки се основават на добит замърсител като страничен продукт заедно с други пегматитни минерали.

Канада е лидер в добива на замърсяване. Находището на езерото Берник (югоизточна Манитоба) съдържа 70% от световните запаси на цезий (около 73 хиляди тона). Полуцит се добива и в Намибия и Зимбабве, чиито ресурси се оценяват съответно на 9 хиляди тона и 23 хиляди тона цезий. В Русия отлаганията на замърсители се намират на Колския полуостров, в Източните Саяни и Забайкалия. Предлагат се и в Казахстан, Монголия и Италия (остров Елба).

За да отвори този минерал и да прехвърли ценни компоненти, той се преработва в разтворима форма чрез нагряване с концентрирани минерални киселини. Ако замърсяването се разложи със солна киселина, тогава Cs 3 се утаява от получения разтвор под действието на SbCl 3 , който след това се обработва с гореща вода или разтвор на амоняк. Когато замърсяването се разлага със сярна киселина, се получава цезиев стипца CsAl (SO 4) 2 12H 2 O.

Използва се и друг метод: полюцитът се синтерува със смес от калциев оксид и калциев хлорид, утайката се излугва в автоклав с гореща вода, разтворът се изпарява до сухо със сярна киселина и остатъкът се обработва с гореща вода. След отделяне на калциевия сулфат, цезиевите съединения се изолират от разтвора.

Съвременните методи за извличане на цезий от замърсяване се основават на предварителното легиране на концентрати с излишък от вар и малко количество флуорен шпат. Ако процесът се извършва при 1200 ° C, тогава почти целият цезий сублимира под формата на оксид Cs 2 O. Тази сублимация е замърсена с примес от други алкални метали, но е разтворима в минерални киселини, което опростява по-нататъшните операции. Металният цезий се извлича чрез нагряване на смес (1:3) от натрошен полуцит с калций или алуминий до 900 ° C.

Но по принцип цезият се получава като страничен продукт при производството на литий от лепидолит. Лепидолитът е предварително стопен (или синтерован) при температура около 1000 ° C с гипс или калиев сулфат и бариев карбонат. При тези условия всички алкални метали се превръщат в лесно разтворими съединения - те могат да бъдат излужени с гореща вода. След изолирането на лития остава да се обработят получените филтрати и тук най-трудната операция е отделянето на цезий от рубидий и огромен излишък от калий.

За разделяне на цезий, рубидий и калий и получаване на чисти цезиеви съединения се използват методи на многократна кристализация на стипца и нитрати, утаяване и прекристализация на Cs 3 или Cs 2. Използват се също хроматография и екстракция. Полихалидите се използват за получаване на цезиеви съединения с висока чистота.

По-голямата част от произведения цезий идва от производството на литий, така че когато литият започва да се използва в термоядрени устройства и широко се използва в автомобилните смазочни материали през 50-те години на миналия век, извличането на литий, подобно на цезия, се увеличава и цезиевите съединения стават по-достъпни от преди.

Данни за световното производство и потребление на цезий и неговите съединения не са публикувани от края на 80-те години на миналия век. Пазарът на цезий е малък и годишното му потребление се оценява само на няколко хиляди килограма. В резултат на това няма търговия и официални пазарни цени.

Характеризиране на просто вещество, промишлено производство и използване на метален цезий.

Цезият е златисто жълт метал, един от трите наситено оцветени метала (заедно с медта и златото). След живака той е най-топимият метал. Цезият се топи при 28,44 ° C, кипи при 669,2 ° C. Неговите пари са оцветени в зеленикаво-синьо.

Лепимостта на цезия е съчетана с голяма лекота. Въпреки доста голямата атомна маса на елемента, неговата плътност при 20 ° C е само 1,904 g / cm 3. Цезият е много по-лек от своите съседи в периодичната таблица. Лантана, например, който има почти същата атомна маса, е повече от три пъти по-плътен от цезия. Цезият е само два пъти по-тежък от натрия, докато съотношението им на атомна маса е 6:1. Очевидно причината за това се крие в електронната структура на цезиевите атоми (един електрон на последния с-подниво), което води до факта, че металният радиус на цезия е много голям (0,266 nm).

Цезият има още едно много важно свойство, свързано с електронната му структура – ​​той губи своя единичен валентен електрон по-лесно от всеки друг метал; това изисква много малко енергия - само 3,89 eV, следователно, например, получаването на плазма от цезий изисква много по-малко енергия, отколкото при използване на всеки друг химичен елемент.

По чувствителност към светлина цезият превъзхожда всички други метали. Цезиевият катод излъчва поток от електрони дори когато е изложен на инфрачервени лъчи с дължина на вълната 0,80 микрона. Максималната електронна емисия настъпва при цезий при осветяване със зелена светлина, докато при други светлочувствителни метали този максимум се появява само при излагане на виолетови или ултравиолетови лъчи.

Химически цезият е много активен. Във въздуха той моментално се окислява при запалване, образувайки CsO 2 супероксид с примес на Cs 2 O 2 пероксид. Цезият е способен да абсорбира и най-малките следи от кислород в дълбок вакуум. С вода той реагира експлозивно, за да образува CsOH хидроксид и освобождава водород. Цезият реагира дори с лед при -116 ° C. Съхранението му изисква голямо внимание.

Цезият също взаимодейства с въглерода. Само най-съвършената модификация на въглерода - диамантът - е в състояние да издържи на цезий. Течният разтопен цезий и неговите пари разхлабват сажди, въглен и дори графит, прониквайки между въглеродните атоми и давайки доста силни златисто-жълти съединения. При 200–500°C се образува съединение със състав C 8 Cs 5, а при по-високи температури C 24 Cs, C 36 Cs. Те се запалват във въздуха, изместват водорода от водата и при нагряване силно се разлагат и освобождават целия абсорбиран цезий.

Дори при обикновени температури реакциите на цезия с флуор, хлор и други халогени са придружени от запалване, а със сяра и фосфор - от експлозия. При нагряване цезият се свързва с водород. При нормални условия цезият не взаимодейства с азота. Cs 3 N нитридът се образува в реакция с течен азот по време на електрически разряд между електроди, направени от цезий.

Цезият се разтваря в течен амоняк, алкиламини и полиестери, образувайки сини разтвори, които са електропроводими. В разтвор на амоняк цезият бавно реагира с амоняк, за да освободи водород и да образува амида CsNH 2 .

Сплавите и интерметалните съединения на цезия са относително топими. Цезиев аурид CsAu, в който се осъществява частично йонна връзка между златото и цезиевите атоми, е полупроводник н-Тип.

Най-доброто решение на проблема с получаването на метален цезий е намерено през 1911 г. от френския химик A. Axpil. Според неговия метод, който все още е най-разпространеният, цезиевият хлорид се редуцира с метален калций във вакуум:

2CsCl + Ca → CaCl 2 + 2Cs

докато реакцията отива почти до края. Процесът се извършва при налягане 0,1–10 Pa и температура 700–800 ° C. Освободеният цезий се изпарява и се дестилира, а калциевият хлорид остава напълно в реактора, тъй като при тези условия летливостта на солта е незначително (точката на топене на CaCl 2 е 773 ° C) . В резултат на многократна дестилация във вакуум се получава абсолютно чист метален цезий.

Описани са и много други методи за получаване на метален цезий от неговите съединения. Металният калций може да бъде заменен от неговия карбид, но реакционната температура трябва да се увеличи до 800 ° C, така че крайният продукт е замърсен с допълнителни примеси. Електролизата на стопилка на цезиев халид също се извършва с помощта на течен оловен катод. В резултат на това се получава сплав на цезий с олово, от която се изолира метален цезий чрез дестилация във вакуум.

Възможно е да се разложи цезиевият азид или да се редуцира неговият дихромат с цирконий, но тези реакции понякога са придружени от експлозия. Когато цезиевият бихромат се заменя с хромат, процесът на редукция протича гладко и въпреки че добивът не надвишава 50%, много чист метален цезий се отдестилира. Този метод е приложим за получаване на малки количества метал в специално вакуумно устройство.

Световното производство на цезий е сравнително малко.

Металният цезий е компонент на катодния материал за фотоклетки, фотоумножители, телевизионни излъчващи електронно-лъчеви тръби. Фотоклетките със сложен сребърно-цезиев фотокатод са особено ценни за радарите: те са чувствителни не само към видимата светлина, но и към невидимите инфрачервени лъчи и, за разлика например от селеновите, работят без инерция. Антимон-цезиевите фотоклетки се използват широко в телевизията и киното; чувствителността им дори след 250 часа работа пада само с 5-6%, работят надеждно в температурния диапазон от -30°C до +90°C. Те са т. нар. многостепенни фотоклетки; в този случай под действието на електрони, причинени от светлинни лъчи в един от катодите, възниква вторична емисия - електроните се излъчват от допълнителни фотокатоди на устройството. В резултат на това общият електрически ток, който възниква във фотоклетката, се умножава многократно. Усилването на тока и повишаването на чувствителността също се постигат чрез запълване на фотоклетки на цезий с инертен газ (аргон или неон).

Металният цезий се използва за производството на специални токоизправители, в много отношения превъзхождащи живачните. Използва се като охладител в ядрени реактори, компонент на смазочните материали за космическите технологии, геттер във вакуумни електронни устройства. Металният цезий проявява и каталитична активност в реакциите на органични съединения.

Цезият се използва в стандартите за атомно време. Цезиевите часовници са забележително точни. Тяхното действие се основава на преходи между две състояния на цезиевия атом с паралелна и антипаралелна ориентация на присъщите магнитни моменти на атомното ядро ​​и валентния електрон. Този преход е придружен от трептения със строго постоянни характеристики (дължина на вълната 3,26 cm). През 1967 г. Международната генерална конференция по мерки и теглилки установява: „Секундата е време, равно на 9 192 631 770 периода на излъчване, съответстващо на прехода между две свръхфини нива на основното състояние на атома цезий-133“.

Напоследък много внимание се отделя на цезиевата плазма, цялостно изследване на нейните свойства и условия на образуване и може би тя ще се използва в плазмените двигатели на бъдещето. Освен това работата по изследването на цезиевата плазма е тясно свързана с проблема за контролирания термоядрен синтез. Мнозина смятат, че е целесъобразно да се създаде цезиева плазма, използвайки топлинната енергия на ядрените реактори.

Цезият се съхранява в стъклени ампули в атмосфера на аргон или в стоманени запечатани съдове под слой от дехидратирано вазелиново масло. Изхвърлете металните остатъци чрез третиране с пентанол.

Цезиеви съединения.

Цезият образува бинарни съединения с повечето неметали. Цезиевите хидриди и деутеридите са силно запалими във въздуха и в атмосфера на флуор и хлор. Нестабилни, а понякога и запалими и експлозивни съединения на цезия с азот, бор, силиций и германий. Халогенидите и солите на повечето киселини са по-стабилни.

Съединения с кислород. Цезият образува девет съединения с кислород, вариращи в състав от Cs7O до CsO3.

Цезиевият оксид Cs 2 O образува кафяво-червени кристали, разтварящи се във въздуха. Получава се чрез бавно окисление при недостатъчно (2/3 от стехиометричното) количество кислород. Останалата част от нереагиралия цезий се дестилира във вакуум при 180–200 ° C. Цезиевият оксид сублимира във вакуум при 350–450 ° C и се разлага при 500 ° C:

2Cs 2 O = Cs 2 O 2 + 2Cs

Реагира енергично с вода за получаване на цезиев хидроксид.

Цезиевият оксид е компонент на сложни фотокатоди, специални стъкла и катализатори. Установено е, че когато синтол (синтетично масло) се получава от воден газ и стирен от етилбензен, както и при някои други синтези, добавянето на малко количество цезиев оксид към катализатора (вместо калиев оксид) повишава добива на крайния продукт и подобрява условията на процеса.

Хигроскопични бледожълти кристали на цезиев пероксид Cs 2 O 2 могат да бъдат получени чрез окисляване на цезий (или неговия разтвор в течен амоняк) с дозирано количество кислород. Над 650 ° C цезиевият пероксид се разлага с освобождаването на атомен кислород и енергично окислява никел, сребро, платина и злато. Цезиевият пероксид се разтваря в ледена вода без разлагане и над 25 ° C реагира с него:

2Cs 2 O 2 + 2H 2 O \u003d 4CsOH + O 2

Разтваря се в киселини, за да образува водороден прекис.

Когато цезият се изгаря на въздух или в кислород, се образува златистокафяв цезиев супероксид CsO 2. Над 350 ° C той се дисоциира с освобождаването на кислород. Цезиевият супероксид е много силен окислител.

Цезиевият пероксид и супероксидът служат като източници на кислород и се използват за неговата регенерация в космически и подводни превозни средства.

Cs2O3 sesquioxide се образува като тъмен парамагнитен прах при внимателно термично разлагане на цезиевия супероксид. Може да се получи и чрез окисляване на метал, разтворен в течен амоняк, или чрез контролирано окисляване на пероксид. Предполага се, че е динапероксид-пероксид [(Cs +)4(O 2 2–)(O 2 –) 2].

Оранжево-червен озонид CsO 3 може да се получи чрез действието на озона върху безводен прах от цезиев хидроксид или пероксид при ниска температура. Когато стои, озонидът бавно се разлага на кислород и супероксид, а когато се хидролизира, веднага се превръща в хидроксид.

Цезият също образува субоксиди, при които формалното окислително състояние на елемента е много по-ниско от +1. Оксидният състав Cs 7 O има бронзов цвят, неговата точка на топене е 4,3 ° C, той активно реагира с кислород и вода. В последния случай се образува цезиев хидроксид. Когато се нагрява бавно, Cs 7 O се разлага на Cs 3 O и цезий. Виолетовите кристали на Cs 11 O 3 се топят с разлагане при 52,5 ° C. Червено-виолетовите Cs 4 O се разлагат над 10,5 ° C. Нестехиометрична фаза Cs 2+ х O променя състава до Cs 3 O, който се разлага при 166 ° C.

Цезиев хидроксид CsOH образува безцветни кристали, които се топят при ° C. Точките на топене на хидратите са още по-ниски, например CsOH H 2 O монохидратът се топи с разлагане при 2,5 ° C, а CsOH 3H 2 O трихидратът дори -5,5 ° C.

Цезиевият хидроксид служи като катализатор за синтеза на мравчена киселина. С този катализатор реакцията протича при 300°С без високо налягане. Добивът на крайния продукт е много висок – 91,5%.

Цезиеви халогениди CsF, CsCl, CsBr, CsI (безцветни кристали) се топят без разлагане, летливи над точката на топене. Термичната стабилност намалява при преминаване от флуорид към йодид; бромид и йодид в парите се разлагат частично до прости вещества. Цезиевите халиди са силно разтворими във вода. В 100 g вода при 25 ° C се разтварят 530 g цезиев флуорид, 191,8 g цезиев хлорид, 123,5 g цезиев бромид, 85,6 g цезиев йодид. Безводен хлорид, бромид и йодид кристализират от водни разтвори. Цезиевият флуорид се освобождава под формата на CsF кристални хидрати н H 2 O, където н = 1, 1,5, 3.

При взаимодействие с халогениди на много елементи, цезиевите халиди лесно образуват сложни съединения. Някои от тях, като Cs 3 , се използват за изолиране и аналитично определяне на цезий.

Цезиевият флуорид се използва за получаване на органофлуорни съединения, пиезоелектрическа керамика и специални стъкла. Цезиевият хлорид е електролит в горивните клетки, флюс за заваряване на молибден.

Цезиевият бромид и йодид се използват широко в оптиката и електротехниката. Кристалите на тези съединения са прозрачни за инфрачервени лъчи с дължина на вълната от 15 до 30 µm (CsBr) и 24 до 54 µm (CsI). Конвенционалните призми от натриев хлорид предават 14 µm и калиев хлорид 25 µm, така че използването на цезиев бромид и йодид вместо натрий и калиев хлорид направи възможно записването на сложни молекули в далечната инфрачервена област.

Ако при производството на флуоресцентни екрани за телевизори и научно оборудване, приблизително 20% цезиев йодид се въведе между кристалите на цинковия сулфид, екраните ще абсорбират по-добре рентгеновите лъчи и ще светят по-ярко, когато бъдат облъчени с електронен лъч.

Сцинтилационните устройства за откриване на тежки заредени частици, съдържащи единични кристали на цезиев йодид, активиран от талий, имат най-висока чувствителност от всички устройства от този тип.

Цезий-137.

Изотопът 137 Cs се произвежда във всички ядрени реактори (средно 6 137 Cs ядра от 100 ядра на уран).

При нормални условия на работа на атомните електроцентрали изпусканията на радионуклиди, включително радиоактивен цезий, са незначителни. По-голямата част от продуктите на ядрено делене остават в горивото. Според дозиметричния мониторинг концентрацията на цезий в районите, където се намира атомната електроцентрала, почти не надвишава концентрацията на този нуклид в контролните зони.

Трудни ситуации възникват след аварии, когато огромно количество радионуклиди навлизат във външната среда и се замърсяват големи площи. Навлизането на цезий-137 в атмосферата е отбелязано по време на авария в Южен Урал през 1957 г., където е възникнала термична експлозия на съхранение на радиоактивни отпадъци, по време на пожар в радиохимичен завод в Windenale в Обединеното кралство през 1957 г., по време на вятър отстраняване на радионуклиди от заливната низина на езерото. Карачай в Южен Урал през 1967 г. Аварията в атомната електроцентрала в Чернобил през 1986 г. се превърна в катастрофа, около 15% от общото радиационно замърсяване пада върху дела на цезий-137. Основният източник на радиоактивен цезий в човешкото тяло е храна от животински произход, замърсена с нуклида.

Радионуклидът 137 Cs може да се използва и в полза на човека. Използва се при откриване на дефекти, както и в медицината за диагностика и лечение. Цезий-137 заинтересува специалисти в областта на рентгеновата терапия. Този изотоп се разлага сравнително бавно, губейки само 2,4% от първоначалната си активност годишно. Доказа се, че е подходящ за лечение на злокачествени тумори. Цезий-137 има определени предимства пред радиоактивния кобалт-60: по-дълъг полуживот и по-малко твърдо g-лъчение. В това отношение устройствата на базата на 137 Cs са по-издръжливи, а радиационната защита е по-малко тромава. Тези предимства обаче стават реални само при отсъствието на 134 Cs примеси с по-кратък период на полуразпад и по-твърдо g-лъчение.

От разтвори, получени при преработката на радиоактивни отпадъци от ядрени реактори, 137 Cs се извлича чрез съвместно утаяване с желязо, никел, цинк хексацианоферати или амониев флуороволфрамат. Използват се също йонообмен и екстракция.

Елена Савинкина

цезий(лат. Caesium), Cs, химичен елемент от група I на периодичната система на Менделеев; атомен номер 55, атомна маса 132,9054; сребристо-бял метал, принадлежи към алкалните метали. Среща се естествено като стабилен изотоп 133 Cs. От изкуствено получени радиоактивни изотопи с масови числа от 113 до 148, 137 Cs е най-стабилният с период на полуразпад T ½ = 33 години.

Справка по история.Цезият е открит през 1860 г. от Р. В. Бунзен и Г. Р. Кирхоф във водите на минералния извор Дюркхайм (Германия) чрез метода на спектралния анализ. Наречен Цезий (от латински caesius - небесно синьо) за две ярки линии в синята част на спектъра. Металният цезий е изолиран за първи път от шведския химик К. Сетерберг през 1882 г. по време на електролизата на разтопена смес от CsCN и Ba.

Разпространение на цезий в природата.Цезият е типичен рядък и микроелемент. Средното съдържание на цезий в земната кора (кларк) е 3,7·10 -4% тегловни. Ултраосновните скали съдържат 1·10 -5% цезий, основните - 1·10 -4%. Цезият е геохимично тясно свързан с гранитна магма, образувайки концентрации в пегматити заедно с Li, Be, Ta, Nb; особено в пегматити, богати на Na (албит) и Li (лепидолит). Известни са два изключително редки минерала на цезий - полуцит и авогадрит (K, Cs) (BF) 4 ; най-високата концентрация на цезий в полуцита (26-32% Cs 2 O). Повечето от атомите на цезий изоморфно заместват K и Rb в фелдшпатове и слюди. Примес на цезий се намира в берил, карналит и вулканично стъкло. Установено е слабо обогатяване на цезий в някои термални води. Като цяло цезият е слаб воден мигрант. От първостепенно значение в историята на цезия са процесите на изоморфизъм и сорбция на големи цезиеви катиони. Геохимично цезият е близо до Rb и K и отчасти до Ba.

Физични свойства на цезия.Цезият е много мек метал; плътност 1,90 g / cm 3 (20 ° C); tpl 28,5 °С; t kip 686 °C. При обикновена температура той кристализира в кубична решетка, центрирана по тялото (a = 6,045Å). Атомен радиус 2,60 Å, йонен радиус Cs + 1,86 Å. Специфичен топлинен капацитет 0,218 kJ/(kg K); специфична топлина на топене 15,742 kJ/kg (3,766 cal/g); специфична топлина на изпаряване 610,28 kJ/kg (146,0 cal/g); температурен коефициент на линейно разширение (0-26 ° C) 9,7 10 -5; коефициент на топлопроводимост (28,5 ° C) 18,42 W / (m K) ; електрическо съпротивление (20 °C) 0,2 μm m; температурен коефициент на електрическо съпротивление (0-30°C) 0,005. Цезият е диамагнитен, специфична магнитна чувствителност (18 °C) -0,1 10 -6 . Динамичен вискозитет 0,6299 Mn s/m 2 (43,4 °C), 0,4065 Mn s/m 2 (140,5 °C). Повърхностно напрежение (62 °C) 6,75 10 -2 N/m (67,5 dynes/cm); свиваемост (20 °C) 7,05 Mn/m 2 (70,5 kgf/cm 2). Енергия на йонизация 3.893 eV; стандартен електроден потенциал - 2,923 V, работа на електроните 1,81 eV. Твърдост по Бринел 0,15 MN / m 2 (0,015 kgf / cm 2).

Химични свойства на цезия.Конфигурацията на външните електрони на цезиевия атом 6s 1 ; в съединенията има степен на окисление + 1. Цезият има много висока реактивност. Във въздуха той незабавно се запалва с образуването на пероксид Cs 2 O 2 и супероксид CsO 2; при липса на въздух се получава оксид Cs 2 O; озонид CsO 3 също е известен. С вода, халогени, въглероден диоксид, сяра, въглероден тетрахлорид, цезий реагира с експлозия, давайки съответно хидроксид CsOH, халогениди, оксиди, сулфиди, CsCl. Той взаимодейства с водород при 200-350 °C и налягане от 5-10 MN/m 2 (50-100 kgf/cm 2), образувайки хидрид. Над 300 °C цезият разрушава стъклото, кварца и други материали, а също така причинява корозия на металите. Цезият, когато се нагрява, се комбинира с фосфор, силиций, графит. Когато цезият взаимодейства с алкални и алкалоземни метали, както и с Hg, Au, Bi и Sb, се образуват сплави; с ацетилен - ацетиленид Cs 2 C 2. Повечето прости цезиеви соли, особено CsF, CsCl, Cs 2 CO 3 , Cs 2 SO 4 , CsH 2 PO 4 , са силно разтворими във вода; слабо разтворим CsMnO 4 , CsClO 4 и Cs 2 Cr 2 O 7 . Цезият не е комплексообразуващ елемент, но е включен в много комплексни съединения като външен катион.

Получаване на цезий.Цезият се получава директно от замърсяване чрез вакуумна термична редукция. Като редуциращи агенти се използват Ca, Mg, Al и други метали.

Различни цезиеви съединения също се получават чрез обработка на замърсяване. Първо, рудата се обогатява (чрез флотация, ръчен добив и др.), а след това отделеният концентрат се разлага или с киселини (H 2 SO 4 , HNO 3 и други) или чрез синтероване с оксидно-солеви смеси (напр. CaO с CaCl 2). Цезият се утаява от продуктите на разлагането на замърсители под формата на CsAl(SO 4) 2 ·12H 2 O, Cs 3 и други слабо разтворими съединения. Освен това утайките се превръщат в разтворими соли (сулфат, хлорид, йодид и други). Последният етап от технологичния цикъл е производството на високочисти цезиеви съединения, за които се използват методи на кристализация от разтвори на Cs, Cs 3 , Cs 2 и адсорбция на примеси върху окислени активни въгли. Дълбокото пречистване на металния цезий се извършва по метода на ректификация. Обещаващо е получаването на цезий от отпадъци от преработката на нефелин, някои слюди, както и подземни води по време на добива на нефт; Цезият се извлича чрез екстракционни и сорбционни методи.

Цезият се съхранява или в ампули от Pyrex стъкло в атмосфера на аргон, или в запечатани стоманени съдове под слой от дехидратиран вазелин или парафиново масло.

Използването на цезий.Цезият се използва за производството на фотокатоди (антимон-цезий, бисмут-цезий, кислород-сребро-цезий), електровакуумни фотоклетки, фотоумножители, електронно-оптични преобразуватели. Използват се цезиеви изотопи: 133 Cs в квантовите честотни стандарти, 137 Cs в радиологията. Резонансната честота на енергийния преход между поднивата на основното състояние на 133 Cs е в основата на съвременното определение на второто.

цезий в тялото.Цезият е постоянен химичен микрокомпонент в организма на растенията и животните. Морските водорасли съдържат 0,01-0,1 μg цезий на 1 g сухо вещество, сухоземните растения - 0,05-0,2. Животните получават цезий от вода и храна. В тялото на членестоноги, около 0,067-0,503 μg / g цезий, влечуги - 0,04, бозайници - 0,05. Основното депо на цезий в тялото на бозайниците са мускулите, сърцето, черния дроб; в кръвта - до 2,8 mcg / l. Цезият е сравнително ниско токсичен.

Цезий-137 (137 Cs) - бета-гама излъчващ радиоизотоп цезий; един от основните компоненти на радиоактивното замърсяване на биосферата. Съдържа се в радиоактивни отпадъци, радиоактивни отпадъци, изхвърляния от инсталации, които преработват отпадъци от атомни електроцентрали. Интензивно се сорбира от почвата и дънните седименти; във водата е предимно под формата на йони. Среща се в растения, животни и хора. Факторът на натрупване на 137 Cs е най-висок в сладководни водорасли и арктически сухоземни растения, особено лишеи. При животните 137 Cs се натрупва главно в мускулите и черния дроб. Най-високият коефициент на натрупването му е отбелязан при северните елени и северноамериканските водолюбиви птици. В човешкото тяло l37 Cs се разпределя относително равномерно и не оказва значително вредно въздействие.