A cézium nehézfém. Tudod hogyan

Elolvad a kézben, de nem a hó - egy találós kérdés a "kémia" részből. Válasz - cézium. Ennek a fémnek az olvadáspontja 24,5 Celsius fok. 1860-ban fedeztek fel egy anyagot, amely szó szerint átfolyik az ujjain. A cézium volt az első elem, amelyet spektrális elemzéssel fedeztek fel.

Vezényel: Robert Bunsen és Gustav Kirchoff. Vegyészek tanulmányozták a durkheimi ásványforrások vizét. Talált magnézium, lítium, kalcium,. Végül egy csepp vizet tettek a spektroszkópba, és két kék vonalat láttak - ez egy ismeretlen anyag jelenlétének bizonyítéka.

Először izoláltuk klórplatinátját. 50 gramm kedvéért 300 tonna ásványvizet dolgoztak fel. Az új fém nevével nem lett bölcsebb. A latinból a céziumot "kéknek" fordítják.

A cézium kémiai és fizikai tulajdonságai

A spektroszkópban a fém fényes kéket sugároz. A valóságban az elem hasonló, valamivel könnyebb nála. Folyékony állapotban a cézium sárgasága eltűnik, az olvadék ezüstössé válik. A kísérletekhez szükséges alapanyagok beszerzése nem egyszerű.

A fémek közül az elem a legritkább és a leginkább szóródott a földkéregben. A természetben csak egy izotóp található. cézium 133. Teljesen stabil, azaz nincs kitéve radioaktív bomlásnak.

A radioaktív fémizotópokat mesterségesen állítják elő. A 135. cézium hosszú májú. Felezési ideje közel 3 000 000 év. Cézium 137 fele 33,5 év alatt szétesik. Az izotóp a bioszféra szennyezésének egyik fő forrása.

A nuklid gyárak, atomerőművek kibocsátásaiból kerül bele. A cézium felezési ideje lehetővé teszi, hogy behatoljon a vízbe, talajba, növényekbe, felhalmozódjon bennük. A 137. izotóp különösen nagy mennyiségben fordul elő édesvízi algákban és zuzmókban.

Mivel a fémek közül a legritkább, a cézium a legaktívabb is. A lúgos elem a periodikus rendszer 1. csoportjának fő alcsoportjában található, amely már arra kötelezi az anyagot, hogy könnyen kémiai reakciókba lépjen. Áramlásukat a víz jelenléte fokozza. Igen, a levegőben cézium atom felrobban a gőzének a légkörben való jelenléte miatt.

A vízzel való kölcsönhatás robbanással jár, még akkor is, ha az megfagy. A jéggel való reakció -120 Celsius fokon lehetséges. A szárazjég sem kivétel. A robbanás akkor is elkerülhetetlen, ha a cézium savakkal, egyszerű alkoholokkal, nehézfém-halogenidekkel és szerves halogénekkel érintkezik.

Az interakciók 2 okból könnyen elindíthatók. Az első egy erős negatív elektrokémiai potenciál. Vagyis az atom negatív töltésű, hajlamos más részecskéket magához vonzani.

A második ok a cézium felülete más anyagokkal való reakciók során. Szobai körülmények között megolvadva az elem szétterül. Kiderült, hogy több atom nyitott kölcsönhatásra.

Az elem aktivitása ahhoz vezetett, hogy tiszta formája hiányzik a természetből. Csak kapcsolatok vannak például. Közöttük: cézium-klorid, fluorid, jodid, azit, cianit, bromid és cézium-karbonát. Az 55. elem összes sója könnyen oldódik vízben.

Ha a munka folyik cézium-hidroxid, nem a feloldódásától kell félni, hanem attól, hogy ő maga képes tönkretenni például az üveget. Szerkezetét a reagens már szobahőmérsékleten megbolygatja. Érdemes a fokozatot emelni, a hidroxid nem kíméli a kobaltot, a korundot és a vasat sem.

A reakciók különösen gyorsak oxigénes környezetben. Csak cézium-hidroxiddal szemben képes ellenállni. A nitrogén az 55. elemmel sem lép kölcsönhatásba. A cézium-azitet csak közvetetten nyerik.

Cézium alkalmazása

Cézium, képlet amely az elektron alacsony munkafunkcióját biztosítja, hasznos a fotocellák gyártásában. Az 55. anyagon alapuló eszközökben az áramszerzés költsége minimális. A sugárzásra való érzékenység éppen ellenkezőleg, maximális.

Annak érdekében, hogy a fotovoltaikus berendezések a cézium ritkasága miatt ne kerüljenek túl magasba, ötvözik őket,,,. Áramforrásként a céziumot üzemanyagcellákban használják. Az 55. fémen alapuló szilárd elektrolit az autók és a nagy energiájú akkumulátorok része.

Az 55. fémet a töltött részecskék számlálóiban is használják. Cézium-jodidot vásárolnak számukra. Talliummal aktiválva szinte bármilyen sugárzást regisztrál. A céziumdetektorokat nukleáris vállalkozások, geológiai kutatások és orvosi rendelők számára vásárolják.

Használjon eszközöket és az űripart. A Mars-5 a vörös bolygó felszínének elemi összetételét vizsgálta pontosan egy cézium alapú gamma-spektrométernek köszönhetően.

Az infravörös sugarak rögzítésének képessége az oka annak, hogy az optikában használják. Add hozzá cézium-bromidés cézium-oxid. Távcsőben és éjjellátó szemüvegben, fegyvercélzókban van. Ez utóbbiak még az űrből is működnek.

Az elem 137. izotópja is méltó alkalmazásra talált. A radioaktív nuklid nemcsak a légkört szennyezi, hanem sterilizálja is a termékeket, vagy inkább a tartályokat. A cézium felezési ideje hosszú. Több millió konzerv feldolgozható. Néha a húst is sterilizálják - madarak tetemeit és.

A 137. izotóppal orvosi műszerek és gyógyszerek feldolgozására is van lehetőség. A nuklidra magában a kezelésben is szükség van, ha daganatokról van szó. A módszert sugárterápiának nevezik. A céziumtartalmú készítményeket skizofrénia, diftéria, peptikus fekély és bizonyos típusú sokk esetén is adják.

A kohászoknak tiszta elemre van szükségük. Ötvözetekkel keverik és. Az adalékanyag növeli a hőállóságukat. Például ben megháromszorozódik, ha a cézium már csak 0,3%.

Növeli a szakítószilárdságot és a korrózióállóságot. Igaz, az iparosok alternatívát keresnek az 55-ös elem helyett. Túl szűkös, árban nem jövedelmező.

Cézium bányászat

A fémet izolálják a pollucittól. Ez egy vizes alumínium-szilikát és cézium. Az egység 55. elemét tartalmazó ásványok. A pollucitban a cézium százalékos aránya gazdaságilag életképessé teszi a bányászatot. Sok fém és Avogardite. Ez a kő azonban olyan ritka, mint a cézium.

Az iparosok a pollucitot kloridokkal, ill szulfátok. Cézium a kőből felmelegített sósavba merítve izolálják. Antimon-kloridot is öntenek oda. Csapadék képződik.

Forró vízzel mossuk. A műveletek eredménye cézium-klorid. Szulfáttal végzett munka során a pollucitot kénsavba merítik. A kimeneten cézium timsó képződik.

A laboratóriumokban más módszereket alkalmaznak az 55. elem előállítására. 3 van belőlük, mindegyik fáradságos. A dikromátot és a cézium-kromátot cirkóniummal hevítheti. Ehhez azonban vákuum kell. Szükséges a cézium-azid lebontásához is. A vákuumot csak speciálisan elkészített kalcium és az 55. fém kloridja hevítik.

Cézium ár

Oroszországban a pollucitot a Novoszibirszki Ritka Fémek Üzeme bányászja és dolgozza fel. A termékeket a lovozerski bányászati ​​és feldolgozó üzem is kínálja. Az utolsó ajánlat cézium ampullákban 10 és 15 milligramm.

1000 darabos kiszerelésben érkeznek. A minimális ár 6000 rubel. A Sevredmet ampullákat is értékesít, de készen áll kisebb mennyiségek szállítására - 250 grammtól.

Ha a fém tisztasága 99,9%, egy grammért általában 15-20 dollár körüli összeget kérnek. A periódusos rendszer 55. elemének stabil 133. izotópjáról beszélünk.

MEGHATÁROZÁS

Cézium a periódusos rendszer fő (A) alcsoportjának I. csoportjának hatodik periódusában található.

családhoz tartozik s-elemek. Fém. Megnevezés - Cs. Sorszám - 55. Relatív atomtömeg - 132,95 a.m.u.

A cézium atom elektronszerkezete

A céziumatom egy pozitív töltésű magból (+55) áll, amelyben 55 proton és 78 neutron található, és 55 elektron mozog hat pályán.

1. ábra. A cézium atom sematikus szerkezete.

Az elektronok eloszlása ​​a pályákon a következő:

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

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

A céziumatom külső energiaszintje 1 elektront tartalmaz, ami vegyérték. Nincs izgatott állapot. Az alapállapot energiadiagramja a következő formában jelenik meg:

A céziumatom vegyértékelektronja négy kvantumszám halmazával jellemezhető: n(főkvantum), l(pálya), m l(mágneses) és s(pörgetés):

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

MEGHATÁROZÁS

Cézium a periódusos rendszer ötvenötödik eleme. Megnevezés - Cs a latin „cézium” szóból. A hatodik periódusban található, IA csoport. Fémekre utal. Az alapdíj 55.

A cézium a természetben számos ásvány részeként megtalálható, ezek közül a legfontosabbak a pollucit (Cs,Na) 2 Al 2 Si 4 O 12 × H 2 O és az avogadrit (K, Cs) BF 4 . Ismeretes, hogy egyes alumínium-szilikátokban szennyeződésként is szerepel.

Egyszerű anyag formájában a cézium aranysárga fém (1. ábra), testközpontú kristályrácsával. Sűrűség - 1,9 g / cm3. Olvadáspont 28,4 o C, forráspont - 685 o C. Puha, késsel könnyen vágható. Levegőben öngyullad.

Rizs. 1. Cézium. Megjelenés.

A cézium atom- és molekulatömege

Egy anyag relatív molekulatömege (M r) egy szám, amely megmutatja, hogy egy adott molekula tömege hányszor nagyobb, mint egy szénatom tömegének 1/12-e, és egy elem relatív atomtömege (Ar r) az, hogy egy kémiai elem átlagos atomtömege hányszor nagyobb, mint egy szénatom tömegének 1/12-e.

Mivel a cézium szabad állapotban monoatomos Cs-molekulák formájában létezik, atom- és molekulatömegének értékei egybeesnek. Ezek egyenlőek: 132,9054.

A cézium izotópjai

Ismeretes, hogy a cézium a természetben az egyetlen stabil 133 Cs izotóp formájában fordulhat elő. A tömegszám 133, az atommag ötvenöt protont és hetvennyolc neutront tartalmaz.

A céziumnak vannak mesterséges instabil izotópjai 112-151 tömegszámmal, amelyek közül a 2,3 millió éves felezési idejű 135 Cs izotóp a leghosszabb életű.

Cézium ionok

A céziumatom külső energiaszintjén egy elektron van, ami a vegyérték:

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

A cézium kémiai kölcsönhatás következtében feladja vegyértékelektronját, azaz. donora, és pozitív töltésű ionná alakul:

Cs 0 -1e → Cs + .

A cézium molekulája és atomja

A cézium szabad állapotban monoatomos Cs-molekulák formájában létezik. Íme néhány tulajdonság, amely a céziumatomot és -molekulát jellemzi:

Céziumötvözetek

A céziumot antimont, kalciumot, báriumot, alumíniumot és ezüstöt tartalmazó ötvözetek formájában használják napelemként.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

2. PÉLDA

A természetes céziumban a stabil 133 Cs-on kívül nem találtak más izotópot. A céziumnak 33 ismert radioaktív izotópja van, tömegszámuk 114 és 148 között. A legtöbb esetben ezek rövid életűek: a felezési időt másodpercekben és percekben mérik, ritkábban - több órát vagy napot. Ezek közül azonban három nem bomlik el olyan gyorsan - ezek a 134 Cs, 137 Cs és 135 Cs, amelyek felezési ideje 2 év, 30 év és 3·10 6 év. Mindhárom izotóp az urán, a tórium és a plutónium bomlása során keletkezik atomreaktorokban vagy atomfegyver-kísérletek során.

+1 oxidációs állapot.

1846-ban cézium-szilikátot, pollucitot fedeztek fel a Tirrén-tengerben lévő Elba-sziget pegmatitjaiban. Ennek az ásványnak a tanulmányozása során az akkor még ismeretlen céziumot összetévesztették káliummal. A káliumtartalmat a platinavegyület tömegéből számítottuk ki, melynek segítségével az elem oldhatatlan állapotba került. Mivel a kálium könnyebb, mint a cézium, a kémiai elemzések eredményeinek számítása mintegy 7%-os hiányt mutatott ki. Ezt a rejtélyt csak azután oldották meg, hogy Robert Bunsen és Gustav Kirchhoff német tudósok 1859-ben felfedezték a spektrális elemzési módszert. Bunsen és Kirchhoff 1861-ben fedezték fel a céziumot. Kezdetben a Fekete gyógyforrások ásványvizeiben találták. Erdő. A cézium volt az első a spektroszkópiával felfedezett elemek közül. Neve a spektrum legfényesebb vonalainak színét tükrözi (a latin caesius - égkék szóból).

A cézium felfedezőinek nem sikerült ezt az elemet szabad állapotban elkülöníteniük. Fémes céziumot csak 20 évvel később, 1882-ben nyert először K. Setterberg (Setterberg C.) svéd vegyész cézium- és bárium-cianidok olvadt keverékének elektrolízisével, 4:1 arányban. Az olvadáspont csökkentésére bárium-cianidot adtak hozzá, de a cianidokkal nehéz volt dolgozni a nagy toxicitásuk miatt, és a bárium szennyezte a végterméket, a cézium hozama nagyon kicsi volt. Egy racionálisabb módszert talált 1890-ben a híres orosz kémikus, N. N. Beketov, aki azt javasolta, hogy a cézium-hidroxidot fémes magnéziummal redukálják hidrogénáramban, emelt hőmérsékleten. Hidrogén töltötte meg a készüléket, és megakadályozta a cézium oxidációját, amelyet speciális tartályba desztilláltak le, azonban ebben az esetben a cézium hozama nem haladta meg az elméleti 50%-át.

Cézium a természetben és ipari kitermelése.

A cézium ritka elem. Diffúz állapotban (ezredszázalékos nagyságrendben) sok kőzetben fordul elő; nyomokban ebből a fémből is találtak tengervízben. Nagyobb koncentrációban (akár több tized százalékig) megtalálható egyes kálium- és lítium-ásványokban, főleg a lepidolitban. A rubídiummal és a legtöbb más ritka elemmel ellentétben a cézium saját ásványait képezi - pollucitot, avogadritot és rodocitot.

A rodicite rendkívül ritka. Gyakran lítium ásványoknak is nevezik, mivel összetétele (M 2 O 2Al 2 O 3 3B 2 O 3, ahol M 2 O az alkálifém-oxidok összege) általában több lítiumot tartalmaz, mint céziumot. Az avogadrit (K,Cs) is ritka. A legtöbb cézium a pollucitban található (Cs, Na) n H 2 O (Cs 2 O tartalom 29,8-36,7 tömeg%).

A világ céziumkészletére vonatkozó adatok nagyon korlátozottak. Becsléseik a melléktermékként bányászott polluciton és más pegmatit ásványokon alapulnak.

Kanada vezető szerepet tölt be a szennyezőanyag-bányászat terén. A Bernick-tó lelőhelye (Délkelet-Manitoba) a világ céziumkészletének 70%-át (körülbelül 73 ezer tonnát) tartalmazza. Namíbiában és Zimbabwében is bányásznak pollucitot, ahol 9 ezer tonnára, illetve 23 ezer tonnára becsülik a céziumot. Oroszországban a szennyezőanyag-lerakódások a Kola-félszigeten, a Keleti-Szaján-hegységben és Transbajkáliában találhatók. Kazahsztánban, Mongóliában és Olaszországban (Elba-sziget) is elérhetők.

Ennek az ásványnak a felnyitása és az értékes komponensek átvitele érdekében koncentrált ásványi savakkal való melegítéssel oldható formává dolgozzák fel. Ha a pollucitot sósavval bontjuk le, akkor a kapott oldatból SbCl 3 hatására Cs 3 csapódik ki, amelyet ezután forró vízzel vagy ammóniaoldattal kezelünk. A pollucit kénsavval történő lebontásakor cézium-timsó CsAl (SO 4) 2 12H 2 O keletkezik.

Egy másik módszert is alkalmaznak: a pollucitot kalcium-oxid és kalcium-klorid keverékével szinterelik, a pogácsát autoklávban forró vízzel kilúgozzák, az oldatot kénsavval szárazra párolják, a maradékot forró vízzel kezelik. A kalcium-szulfát elválasztása után a céziumvegyületeket izoláljuk az oldatból.

A cézium pollucitból történő kinyerésének modern módszerei a koncentrátumok előzetes ötvözésén alapulnak mészfelesleggel és kis mennyiségű fluorpáttal. Ha a folyamatot 1200 °C-on hajtják végre, akkor szinte az összes cézium Cs 2 O oxid formájában szublimál. Ez a szublimáció más alkálifémek keverékével szennyezett, de ásványi savakban oldódik, ami leegyszerűsíti a további műveleteket. A fémes céziumot úgy nyerik ki, hogy 1:3 arányú zúzott pollucit keverékét kalciummal vagy alumíniummal 900 °C-ra melegítik.

De alapvetően a cézium a lepidolitból lítium előállításánál melléktermékként keletkezik. A lepidolitot körülbelül 1000 ° C-on előolvasztják (vagy szinterelik) gipsz- vagy kálium-szulfáttal és bárium-karbonáttal. Ilyen körülmények között az összes alkálifém könnyen oldódó vegyületté alakul - forró vízzel kilúgozhatók. A lítium izolálása után a kapott szűrleteket kell feldolgozni, és itt a legnehezebb művelet a cézium elválasztása a rubídiumtól és a hatalmas káliumfeleslegtől.

A cézium, rubídium és kálium elválasztására és tiszta céziumvegyületek előállítására timsó és nitrátok többszörös kristályosítását, a Cs3 vagy Cs2 kicsapását és átkristályosítását alkalmazzák. Kromatográfiát és extrakciót is alkalmaznak. A polihalogenideket nagy tisztaságú céziumvegyületek előállítására használják.

Az előállított cézium nagy része lítium előállításából származik, így amikor az 1950-es években a lítiumot fúziós berendezésekben kezdték használni, és széles körben alkalmazták autóipari kenőanyagokban, a lítium kinyerése a céziumhoz hasonlóan megnőtt, és a céziumvegyületek elérhetőbbé váltak, mint korábban.

A cézium és vegyületei világtermeléséről és fogyasztásáról az 1980-as évek vége óta nem publikáltak adatokat. A cézium piaca kicsi, éves fogyasztását mindössze néhány ezer kilogrammra becsülik. Ebből kifolyólag nincs kereskedés és hivatalos piaci árak sem.

Egy egyszerű anyag jellemzése, a fémes cézium ipari előállítása és felhasználása.

A cézium egy aranysárga fém, egyike a három intenzív színű fémnek (a réz és az arany mellett). A higany után ez a legolvadékonyabb fém. A cézium 28,44 °C-on olvad, 669,2 °C-on forr. Gőzei zöldeskék színűek.

A cézium olvaszthatósága nagy könnyedséggel párosul. Az elem meglehetősen nagy atomtömege ellenére sűrűsége 20 ° C-on csak 1,904 g / cm 3. A cézium sokkal könnyebb, mint szomszédai a periódusos rendszerben. A közel azonos atomtömegű lantán például több mint háromszor olyan sűrű, mint a cézium. A cézium csak kétszer olyan nehéz, mint a nátrium, míg atomtömegük aránya 6:1. Ennek oka nyilvánvalóan a céziumatomok elektronszerkezetében rejlik (egy elektron az utolsón s-alszint), ami ahhoz vezet, hogy a cézium fémes sugara nagyon nagy (0,266 nm).

A céziumnak van még egy nagyon fontos tulajdonsága az elektronikus szerkezetéhez kapcsolódóan: könnyebben elveszíti egyetlen vegyértékelektronját, mint bármely más fém; ez nagyon kevés energiát igényel - csak 3,89 eV, ezért például a plazma céziumból való előállítása sokkal kevesebb energiát igényel, mint bármely más kémiai elem használatakor.

Fényérzékenységében a cézium minden más fémnél jobb. A cézium-katód akkor is elektronáramot bocsát ki, ha 0,80 mikron hullámhosszú infravörös sugaraknak van kitéve. A maximális elektronemisszió a céziumban zöld fénnyel megvilágítva jelentkezik, míg más fényérzékeny fémeknél ez a maximum csak ibolya vagy ultraibolya sugárzás hatására jelenik meg.

Kémiailag a cézium nagyon aktív. Levegőben gyulladás hatására azonnal oxidálódik, és Cs 2 O 2 peroxid keverékével CsO 2 szuperoxidot képez. A cézium mélyvákuumban a legkisebb mennyiségű oxigént is képes elnyelni. Vízzel robbanásszerűen reagál, CsOH-hidroxidot képezve és hidrogént szabadít fel. A cézium még a jéggel is reagál -116°C-on Tárolása nagy odafigyelést igényel.

A cézium a szénnel is kölcsönhatásba lép. Csak a szén legtökéletesebb változata - a gyémánt - képes ellenállni a céziumnak. A folyékony megolvadt cézium és gőzei fellazítják a kormot, a szenet, sőt a grafitot is, behatolva a szénatomok közé, és meglehetősen erős aranysárga vegyületeket adnak. 200-500°C-on C 8 Cs 5, magasabb hőmérsékleten C 24 Cs, C 36 Cs összetételű vegyület képződik. Levegőben meggyulladnak, kiszorítják a hidrogént a vízből, hevítés hatására erősen lebomlanak, és az összes felszívódott céziumot felszabadítják.

A cézium reakcióját fluorral, klórral és más halogénekkel még normál hőmérsékleten is gyulladás kíséri, kénnel és foszforral pedig robbanás. Melegítéskor a cézium hidrogénnel egyesül. Normál körülmények között a cézium nem lép kölcsönhatásba a nitrogénnel. Cs 3 N nitrid képződik folyékony nitrogénnel reakcióban a céziumból készült elektródák közötti elektromos kisülés során.

A cézium folyékony ammóniában, alkil-aminokban és poliészterekben oldódik, kék oldatokat képezve, amelyek elektromosan vezetőképesek. Az ammóniaoldatban a cézium lassan reagál az ammóniával, így hidrogén szabadul fel, és CsNH 2 amid keletkezik.

A cézium ötvözetei és intermetallikus vegyületei viszonylag olvadékonyak. A CsAu cézium-aurid, amelyben részlegesen ionos kötés jön létre az arany és a cézium atomjai között, egy félvezető n-típus.

A fémes cézium előállításának problémájára a legjobb megoldást A. Axpil francia kémikus találta meg 1911-ben. A ma is legelterjedtebb módszere szerint a cézium-kloridot fémes kalciummal redukálják vákuumban:

2CsCl + Ca → CaCl 2 + 2Cs

miközben a reakció majdnem a végére megy. Az eljárást 0,1–10 Pa nyomáson és 700–800 °C hőmérsékleten hajtják végre. A felszabaduló cézium elpárolog és lepárolódik, a kalcium-klorid pedig teljesen a reaktorban marad, mivel ilyen körülmények között a só illékonysága elhanyagolható (a CaCl 2 olvadáspontja 773 °C) . Az ismételt vákuumdesztilláció eredményeként teljesen tiszta fémes céziumot kapunk.

Számos más módszert is leírtak fémes cézium előállítására vegyületeiből. A fémes kalcium helyettesíthető karbidjával, azonban ebben az esetben a reakcióhőmérsékletet 800 °C-ra kell emelni, így a végtermék további szennyeződésekkel szennyeződik. A cézium-halogenid olvadék elektrolízise szintén folyékony ólomkatód segítségével történik. Ennek eredményeként cézium ólommal készült ötvözete keletkezik, amelyből vákuumdesztillációval a céziumfémet izolálják.

Lehetőség van a cézium-azid lebontására vagy dikromátjának cirkóniummal történő redukálására, de ezeket a reakciókat néha robbanás kíséri. Ha a cézium-dikromátot kromáttal helyettesítjük, a redukciós folyamat zökkenőmentesen megy végbe, és bár a hozam nem haladja meg az 50%-ot, a nagyon tiszta fémes cézium desztillálódik le. Ez a módszer kis mennyiségű fém előállítására alkalmazható speciális vákuumkészülékben.

A világ céziumtermelése viszonylag kicsi.

A fémes cézium a fotocellák, fénysokszorozók, televíziós sugárzást sugárzó katódsugárcsövek katódanyagának alkotóeleme. A komplex ezüst-cézium fotokatóddal ellátott fotocellák különösen értékesek a radar számára: nemcsak a látható fényre, hanem a láthatatlan infravörös sugarakra is érzékenyek, és ellentétben például a szelénnel, tehetetlenség nélkül működnek. Az antimon-cézium fotocellákat széles körben használják a televízióban és a moziban; érzékenységük 250 üzemóra után is csak 5-6%-kal csökken, megbízhatóan működnek a -30 °C és + 90 °C közötti hőmérséklet-tartományban. Ezek az úgynevezett többlépcsős fotocellák; ebben az esetben az egyik katódon a fénysugarak által okozott elektronok hatására másodlagos emisszió következik be - az elektronokat az eszköz további fotokatódjai bocsátják ki. Ennek eredményeként a fotocellában fellépő teljes elektromos áram sokszorosára megnövekszik. Az áramerősítés és az érzékenység növelése a cézium fotocellák inert gázzal (argon vagy neon) való feltöltésével is elérhető.

A fémes céziumot speciális egyenirányítók gyártására használják, amelyek sok tekintetben jobbak a higanynál. Atomreaktorokban hűtőközegként, űrtechnológiai kenőanyagok összetevőjeként, vákuumelektronikai eszközök getterjeként használják. A fémes cézium a szerves vegyületek reakcióiban is katalitikus aktivitást mutat.

A céziumot atomi időszabványokban használják. A céziumórák rendkívül pontosak. Hatásuk a céziumatom két állapota közötti átmeneteken alapul, az atommag és a vegyértékelektron belső mágneses momentumainak párhuzamos és antiparallel orientációjával. Ezt az átmenetet szigorúan állandó karakterisztikájú oszcillációk kísérik (hullámhossz 3,26 cm). 1967-ben a Nemzetközi Általános Súly- és Mértékkonferencia megállapította: "A másodperc 9 192 631 770 sugárzási periódusnak felel meg, amely megfelel a cézium-133 atom alapállapotának két hiperfinom szintje közötti átmenetnek."

A közelmúltban nagy figyelmet fordítottak a céziumplazmára, annak tulajdonságait és képződési körülményeit átfogó tanulmányozásra, és talán a jövő plazmamotorjaiban fogják használni. Ezenkívül a céziumplazma tanulmányozása szorosan kapcsolódik a szabályozott termonukleáris fúzió problémájához. Sokan úgy gondolják, hogy az atomreaktorok hőenergiájának felhasználásával célszerű céziumplazmát előállítani.

A céziumot üvegampullákban tárolják argonatmoszférában, vagy acél zárt edényekben, dehidratált vazelinolaj réteg alatt. A fémmaradványokat pentanollal történő kezeléssel távolítsa el.

Céziumvegyületek.

A cézium bináris vegyületeket képez a legtöbb nemfémmel. A cézium-hidridek és deuteridek levegőben, valamint fluoros és klóros atmoszférában nagyon gyúlékonyak. A cézium instabil, néha gyúlékony és robbanásveszélyes vegyületei nitrogénnel, bórral, szilíciummal és germániummal. A legtöbb sav halogenidjei és sói stabilabbak.

Vegyületek oxigénnel. A cézium kilenc vegyületet képez oxigénnel, amelyek összetétele Cs 7 O-tól CsO 3 -ig terjed.

A cézium-oxid Cs 2 O barna-vörös kristályokat képez, amelyek a levegőben elfolyósodnak. Lassú oxidációval nyerik, elégtelen (a sztöchiometrikus arány 2/3-a) oxigénnel. Az el nem reagált cézium maradékát vákuumban 180–200 °C-on ledesztilláljuk. A cézium-oxid vákuumban 350–450 °C-on szublimál, és 500 °C-on bomlik:

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

Hevesen reagál vízzel, cézium-hidroxidot képezve.

A cézium-oxid komplex fotokatódok, speciális üvegek és katalizátorok alkotóeleme. Megállapítást nyert, hogy amikor vízgázból szintetolt (szintetikus olajat) és etil-benzolból sztirolt állítanak elő, valamint néhány más szintézis során a katalizátorhoz kis mennyiségű cézium-oxid hozzáadása (kálium-oxid helyett) növeli a hozamot. javítja a folyamat körülményeit.

A cézium-peroxid Cs 2 O 2 higroszkópos halványsárga kristályait céziumnak (vagy folyékony ammóniában készült oldatának) adagolt mennyiségű oxigénnel történő oxidálásával lehet előállítani. 650 °C felett a cézium-peroxid atomi oxigén felszabadulásával bomlik le, és erőteljesen oxidálja a nikkelt, ezüstöt, platinát és aranyat. A cézium-peroxid jeges vízben bomlás nélkül oldódik, és 25 ° C felett reagál vele:

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

Savakban oldva hidrogén-peroxidot képez.

Amikor a céziumot levegőn vagy oxigénben elégetjük, aranybarna cézium-szuperoxid, CsO 2 képződik. 350 ° C felett az oxigén felszabadulásával disszociál. A cézium-szuperoxid nagyon erős oxidálószer.

A cézium-peroxid és a szuperoxid oxigénforrásként szolgál, és regenerálására használják űr- és tengeralattjáró járművekben.

A Cs 2 O 3 szeszkvioxid a cézium-szuperoxid gondos hőbontása során sötét paramágneses por formájában képződik. Előállítható egy folyékony ammóniában oldott fém oxidációjával vagy egy peroxid szabályozott oxidációjával is. Feltételezzük, hogy dinaperoxid-peroxid [(Cs +)4(O 2 2–)(O 2 –) 2].

A narancsvörös ózonid CsO 3 úgy állítható elő, hogy az ózont cézium-hidroxid vagy peroxid vízmentes porára alacsony hőmérsékleten ózonnal reagáltatjuk. Állás közben az ózonid lassan oxigénre és szuperoxiddá bomlik, majd hidrolizálva azonnal hidroxiddá alakul.

A cézium szuboxidokat is képez, amelyekben az elem formális oxidációs állapota jóval alacsonyabb, mint +1. A Cs 7 O oxidkompozíció bronz színű, olvadáspontja 4,3 ° C, aktívan reagál oxigénnel és vízzel. Ez utóbbi esetben cézium-hidroxid képződik. Lassan hevítve a Cs 7 O Cs 3 O-ra és céziumra bomlik. A Cs 11 O 3 ibolyaszínű kristályai 52,5 °C-on bomlás közben megolvadnak. A vörös-ibolya Cs 4 O 10,5 °C felett bomlik. Nem sztöchiometrikus fázis Cs 2+ x Az O összetételét Cs3O-ig változtatja, amely 166 °C-on lebomlik.

Cézium-hidroxid A CsOH színtelen kristályokat képez, amelyek ° C-on megolvadnak. A hidrátok olvadáspontja még alacsonyabb, például a CsOH H 2 O monohidrát 2,5 ° C-on bomlás közben, a CsOH 3H 2 O trihidrát pedig -5,5 ° C-on is megolvad.

A cézium-hidroxid katalizátorként szolgál a hangyasav szintéziséhez. Ezzel a katalizátorral a reakció 300 °C-on megy végbe nagy nyomás nélkül. A végtermék hozama nagyon magas - 91,5%.

Cézium-halogenidek CsF, CsCl, CsBr, CsI (színtelen kristályok) bomlás nélkül olvad, olvadáspont felett illékony. A hőstabilitás csökken, ha a fluoridról a jodidra váltunk; a gőzökben lévő bromid és jodid részben egyszerű anyagokra bomlik. A cézium-halogenidek vízben jól oldódnak. 100 g 25 °C-os vízben 530 g cézium-fluoridot, 191,8 g cézium-kloridot, 123,5 g cézium-bromidot és 85,6 g cézium-jodidot oldunk. A vízmentes klorid, bromid és jodid vizes oldatokból kristályosodik ki. A cézium-fluorid CsF kristályos hidrátok formájában szabadul fel n H 2 O, hol n = 1, 1,5, 3.

Ha sok elem halogenidjével kölcsönhatásba lép, a cézium-halogenidek könnyen komplex vegyületeket képeznek. Ezek egy részét, mint például a Cs 3 , a cézium izolálására és analitikai meghatározására használják.

A cézium-fluoridot szerves fluorvegyületek, piezoelektromos kerámiák és speciális üvegek előállítására használják. A cézium-klorid az üzemanyagcellák elektrolitja, a molibdén hegesztésére szolgáló folyasztószer.

A cézium-bromidot és -jodidot széles körben használják az optikában és az elektrotechnikában. Ezeknek a vegyületeknek a kristályai 15-30 µm (CsBr) és 24-54 µm (CsI) hullámhosszúságú infravörös sugaraknak átlátszóak. A hagyományos nátrium-klorid prizmák 14 µm-t, a kálium-klorid 25 µm-t engednek át, így a nátrium- és kálium-klorid helyett cézium-bromid és -jodid alkalmazása lehetővé tette komplex molekulák rögzítését a távoli infravörös tartományban.

Ha a televíziók és tudományos berendezések fluoreszkáló képernyőinek gyártása során körülbelül 20%-ban cézium-jodidot vezetnek be a cink-szulfid kristályok közé, akkor a képernyők jobban elnyelik a röntgensugárzást, és elektronsugárral besugározva fényesebben világítanak.

A talliummal aktivált cézium-jodid egykristályait tartalmazó, nehéz töltésű részecskék kimutatására szolgáló szcintillációs eszközök a legmagasabb érzékenységgel rendelkeznek az összes ilyen típusú eszköz közül.

Cézium-137.

A 137 Cs izotóp minden atomreaktorban termelődik (átlagosan 6 137 Cs atommag a 100 uránmagból).

Az atomerőművek normál üzemi körülményei között a radionuklidok, köztük a radioaktív cézium kibocsátása jelentéktelen. A maghasadási termékek túlnyomó többsége az üzemanyagban marad. A dozimetriai monitorozás adatai szerint a cézium koncentrációja azokon a területeken, ahol az atomerőmű található, szinte nem haladja meg ennek a nuklidnak a koncentrációját a szabályozási területeken.

Nehéz helyzetek a balesetek után adódnak, amikor hatalmas mennyiségű radionuklid kerül a külső környezetbe, és nagy területek szennyeződnek. A cézium-137 légkörbe jutását egy 1957-es dél-uráli baleset során figyelték meg, ahol egy radioaktív hulladéktároló hőrobbanása történt, az egyesült királyságbeli Windenale-ben, egy radiokémiai üzemben 1957-ben szél idején kitört tűz során. radionuklidok eltávolítása a tó árteréről. Karacsáj a Dél-Urálban 1967-ben. Az 1986-os csernobili atomerőmű balesete katasztrófává vált, a teljes sugárszennyezettség mintegy 15%-a a cézium-137 részarányára esett. Az emberi szervezetben a radioaktív cézium fő forrása a nukliddal szennyezett állati eredetű élelmiszer.

A 137 Cs radionuklid emberi célokra is felhasználható. Hibafelismerésre, valamint az orvostudományban diagnosztikára és kezelésre használják. Cézium-137 érdeklődő szakemberek a röntgenterápia területén. Ez az izotóp viszonylag lassan bomlik le, évente mindössze 2,4%-át veszíti el eredeti aktivitásának. Alkalmasnak bizonyult rosszindulatú daganatok kezelésére. A cézium-137-nek vannak bizonyos előnyei a radioaktív kobalt-60-hoz képest: hosszabb a felezési ideje és kevésbé kemény g-sugárzás. Ebből a szempontból a 137 Cs alapú készülékek tartósabbak, a sugárvédelem pedig kevésbé körülményes. Ezek az előnyök azonban csak rövidebb felezési idejű és keményebb g-sugárzású 134 Cs szennyeződések hiányában válnak valósággá.

Az atomreaktorokból származó radioaktív hulladékok feldolgozása során nyert oldatokból a 137 Cs-t vassal, nikkellel, cink-hexacianoferráttal vagy ammónium-fluor-volframáttal történő együttes kicsapással vonják ki. Ioncserét és extrakciót is alkalmaznak.

Elena Savinkina

Cézium(lat. Cézium), Cs, a Mengyelejev-féle periodikus rendszer I. csoportjába tartozó kémiai elem; rendszáma 55, rendszáma 132,9054; ezüstös-fehér fém, az alkálifémek közé tartozik. A természetben 133 Cs stabil izotópként fordul elő. A mesterségesen előállított, 113-148 tömegszámú radioaktív izotópok közül a 137 Cs a legstabilabb, felezési ideje T ½ = 33 év.

Történeti hivatkozás. A céziumot 1860-ban R. V. Bunsen és G. R. Kirchhoff fedezte fel a Durkheim ásványforrás (Németország) vizében spektrális analízis módszerével. Cesium néven (latin caesius - égkék) két fényes vonal miatt a spektrum kék részén. A fémes céziumot először K. Setterberg svéd kémikus izolálta 1882-ben CsCN és Ba olvadt keverékének elektrolízise során.

A cézium eloszlása ​​a természetben. A cézium egy tipikus ritka és nyomelem. A földkéreg (clarke) céziumtartalma átlagosan 3,7·10 -4 tömeg%. Az ultrabázikus kőzetek 1·10 -5% céziumot tartalmaznak, a főbbek - 1,10 -4%. A cézium geokémiailag szorosan kapcsolódik a gránit magmához, koncentrációt képez a pegmatitokban Li, Be, Ta, Nb-vel együtt; különösen a Na-ban (albit) és Li-ben (lepidolitban) gazdag pegmatitokban. A céziumnak két rendkívül ritka ásványa ismert: a pollucit és az avogadrit (K, Cs) (BF) 4 ; a legmagasabb céziumkoncentráció a pollucitban (26-32% Cs 2 O). A céziumatomok többsége izomorf módon helyettesíti a K-t és az Rb-t a földpátban és a csillámban. A cézium adalékanyag a berillben, a karnallitban és a vulkáni üvegben található. Egyes termálvizekben gyenge céziumdúsulást állapítottak meg. Általában a cézium gyenge vízi vándorló. A cézium történetében elsődleges fontosságúak a nagy céziumkationok izomorfizmusának és szorpciójának folyamatai. Geokémiailag a cézium közel van az Rb-hez és K-hoz, részben pedig a Ba-hoz.

A cézium fizikai tulajdonságai. A cézium nagyon puha fém; sűrűsége 1,90 g/cm3 (20 °C); t pl 28,5 °C; t kip 686 °C. Közönséges hőmérsékleten egy köbös testközpontú rácsban kristályosodik (a = 6,045Å). Atomsugár 2,60 Å, ionsugár Cs + 1,86 Å. Fajlagos hőkapacitás 0,218 kJ/(kg K); fajlagos olvadási hő 15,742 kJ/kg (3,766 cal/g); fajlagos párolgási hő 610,28 kJ/kg (146,0 cal/g); a lineáris tágulás hőmérsékleti együtthatója (0-26 ° C) 9,7 10 -5; hővezetési együttható (28,5 ° C) 18,42 W / (m K) ; elektromos ellenállás (20 °C) 0,2 μm m; az elektromos ellenállás hőmérsékleti együtthatója (0-30°C) 0,005. A cézium diamágneses, fajlagos mágneses szuszceptibilitás (18 °C) -0,1 10 -6 . Dinamikus viszkozitás 0,6299 Mn s/m 2 (43,4 °C), 0,4065 Mn s/m 2 (140,5 °C). Felületi feszültség (62 °C) 6,75 10-2 N/m (67,5 dyn/cm); összenyomhatóság (20 °C) 7,05 Mn/m 2 (70,5 kgf/cm 2). Ionizációs energia 3,893 eV; standard elektródpotenciál - 2,923 V, az elektronok munkafüggvénye 1,81 eV. Brinell keménység 0,15 MN / m 2 (0,015 kgf / cm 2).

A cézium kémiai tulajdonságai. A céziumatom külső elektronjainak konfigurációja 6s 1 ; vegyületekben oxidációs foka + 1. A cézium reakcióképessége nagyon magas. Levegőben azonnal meggyullad Cs 2 O 2 peroxid és CsO 2 szuperoxid képződésével; levegő hiányában Cs 2 O oxidot kapunk; ózonid CsO 3 is ismert. Vízzel, halogénekkel, szén-dioxiddal, kénnel, szén-tetrakloriddal, a cézium robbanással reagál, és CsOH-hidroxidot, halogenideket, oxidokat, szulfidokat, CsCl-t ad. 200-350 °C-on és 5-10 MN/m 2 (50-100 kgf/cm 2) nyomáson kölcsönhatásba lép a hidrogénnel, hidridet képezve. 300 °C felett a cézium tönkreteszi az üveget, a kvarcot és más anyagokat, valamint fémek korrózióját is okozza. A cézium hevítéskor foszforral, szilíciummal, grafittal egyesül. Amikor a cézium kölcsönhatásba lép alkáli- és alkáliföldfémekkel, valamint Hg-vel, Au-val, Bi-vel és Sb-vel, ötvözetek keletkeznek; acetilénnel - acetilenid Cs 2 C 2. A legtöbb egyszerű céziumsó, különösen a CsF, CsCl, Cs 2 CO 3, Cs 2 SO 4, CsH 2 PO 4 vízben jól oldódik; gyengén oldódó CsMnO 4, CsClO 4 és Cs 2 Cr 2 O 7 . A cézium nem komplexképző elem, de külső kationként számos komplex vegyületben megtalálható.

Cézium beszerzése. A céziumot közvetlenül a pollucitból nyerik vákuum-termikus redukcióval. Ca, Mg, Al és más fémek redukálószerként használatosak.

A pollucit feldolgozásával különféle céziumvegyületeket is nyernek. Először az ércet dúsítják (flotációval, kézi bányászattal stb.), majd a leválasztott koncentrátumot vagy savakkal (H 2 SO 4 , HNO 3 és mások), vagy oxid-só keverékekkel történő szinterezéssel (pl. CaO CaCl 2-vel). A cézium a pollucit bomlástermékeiből CsAl(SO 4) 2 ·12H 2 O, Cs 3 és más nehezen oldódó vegyületek formájában válik ki. Ezenkívül a csapadékot oldható sókká (szulfát, klorid, jodid és mások) alakítják. A technológiai ciklus utolsó szakasza a nagy tisztaságú céziumvegyületek előállítása, amelyhez Cs, Cs 3, Cs 2 oldatokból és a szennyeződések oxidált aktív szénen történő adszorpciójából kristályosítási eljárásokat alkalmaznak. A fémes cézium mélytisztítása rektifikációs módszerrel történik. Ígéretes a cézium kinyerése a nefelin, néhány csillám feldolgozásából származó hulladékból, valamint az olajtermelés során a talajvízből; A céziumot extrakciós és szorpciós módszerekkel vonják ki.

A céziumot vagy Pyrex üvegampullákban tárolják argonatmoszférában, vagy lezárt acél edényekben dehidratált vazelin vagy paraffinolaj réteg alatt.

A cézium használata. A céziumot fotokatódok (antimon-cézium, bizmut-cézium, oxigén-ezüst-cézium), elektrovákuum fotocellák, fotosokszorozók, elektron-optikai konverterek gyártására használják. Cézium izotópokat használnak: 133 Cs a kvantumfrekvencia standardokban, 137 Cs a radiológiában. A 133 Cs alapállapot alszintjei közötti energiaátmenet rezonanciafrekvenciája a második modern definíciójának alapja.

cézium a szervezetben. A cézium a növények és állatok szervezetének állandó kémiai mikrokomponense. A tengeri moszat 0,01-0,1 μg céziumot tartalmaz 1 g szárazanyagra, a szárazföldi növények - 0,05-0,2. Az állatok vízből és táplálékból kapják a céziumot. Az ízeltlábúak testében körülbelül 0,067-0,503 μg / g cézium, hüllők - 0,04, emlősök - 0,05. A cézium fő depója az emlősök szervezetében az izmok, a szív, a máj; a vérben - akár 2,8 mcg / l. A cézium viszonylag alacsony toxikus.

Cézium-137 (137 Cs) - béta-gamma-sugárzó radioizotóp cézium; a bioszféra radioaktív szennyeződésének egyik fő összetevője. Tartalmazza a radioaktív csapadékot, a radioaktív hulladékot, az atomerőművek hulladékát feldolgozó üzemek kibocsátását. A talaj és a fenéküledékek intenzíven felszívják; vízben túlnyomórészt ionok formájában van jelen. Megtalálható növényekben, állatokban és emberekben. A 137 Cs felhalmozódási tényező a legmagasabb az édesvízi algákban és a sarkvidéki szárazföldi növényekben, különösen a zuzmókban. Az állatokban a 137 Cs főleg az izmokban és a májban halmozódik fel. A legmagasabb felhalmozódási együtthatót a rénszarvasoknál és az észak-amerikai vízimadaraknál figyelték meg. Az emberi szervezetben az l37 Cs viszonylag egyenletesen oszlik el, és nincs jelentős káros hatása.