Cesiul este un metal greu. Știi cum

Se topește în mâini, dar nu și zăpada - o ghicitoare de la secțiunea „chimie”. Răspuns - cesiu. Punctul de topire al acestui metal este de 24,5 grade Celsius. O substanță care îți curge literalmente printre degete a fost descoperită în 1860. Cesiu a fost primul element care a fost descoperit folosind analiza spectrală.

Dirijită de Robert Bunsen și Gustav Kirchoff. Chimiștii au studiat apele izvoarelor minerale de la Durkheim. Găsit magneziu, litiu, calciu,. În cele din urmă, au pus o picătură de apă în spectroscop și au văzut două linii albastre - dovezi ale prezenței unei substanțe necunoscute.

Pentru început, cloroplatinatul său a fost izolat. De dragul a 50 de grame, au fost procesate 300 de tone de apă minerală. Cu numele noului metal nu a devenit mai înțelept. Din latină „cesium” se traduce prin „albastru”.

Proprietățile chimice și fizice ale cesiului

În spectroscop, metalul radiază de un albastru strălucitor. În realitate, elementul este similar cu el, puțin mai ușor decât acesta. În stare lichidă, galbenul cesiului dispare, topitura devine argintie. Obținerea de materii prime pentru experimente nu este ușoară.

Dintre metale, elementul este cel mai rar și cel mai împrăștiat în scoarța terestră. În natură se găsește un singur izotop. cesiu 133. Este complet stabil, adică nu este supus dezintegrarii radioactive.

Izotopii metalelor radioactive sunt obținuți artificial. 135th cesiu este un ficat lung. Timpul său de înjumătățire este aproape de 3.000.000 de ani. cesiu 137 jumătate se dezintegrează în 33,5 ani. Izotopul este recunoscut ca una dintre principalele surse de poluare a biosferei.

Nuclidul intră în el din deversările fabricilor, centralelor nucleare. Viața de înjumătățire a cesiuluiîi permite să pătrundă în apă, sol, plante, să se acumuleze în ele. Al 137-lea izotop este deosebit de abundent în algele și lichenii de apă dulce.

Fiind cel mai rar dintre metale, cesiul este și cel mai activ. Elementul alcalin este situat în subgrupa principală a primei grupe a sistemului periodic, ceea ce obligă deja substanța să intre cu ușurință în reacții chimice. Debitul lor este sporit de prezența apei. Da, în aer atom de cesiu explodează datorită prezenței vaporilor săi în atmosferă.

Interacțiunea cu apa este însoțită de o explozie, chiar dacă este înghețată. Reacția cu gheața este posibilă la -120 de grade Celsius. Gheața uscată nu face excepție. O explozie este, de asemenea, inevitabilă atunci când cesiul intră în contact cu acizi, alcooli simpli, halogenuri de metale grele și halogeni organici.

Interacțiunile sunt ușor de lansat din 2 motive. Primul este un potențial electrochimic negativ puternic. Adică, atomul este încărcat negativ, tinde să atragă alte particule la sine.

Al doilea motiv este suprafața cesiului în timpul reacțiilor cu alte substanțe. Topindu-se în condiții de cameră, elementul se răspândește. Se dovedește că un număr mai mare de atomi sunt deschisi pentru interacțiune.

Activitatea elementului a dus la absența formei sale pure în natură. Există doar conexiuni, de exemplu,. Printre ei: clorură de cesiu, fluor, iodit, azit, cianit, bromură și carbonat de cesiu. Toate sărurile celui de-al 55-lea element sunt ușor solubile în apă.

Dacă se lucrează cu hidroxid de cesiu, trebuie să vă fie teamă nu de dizolvarea lui, ci de faptul că el însuși este capabil să distrugă, de exemplu, sticla. Structura sa este perturbată de reactiv deja la temperatura camerei. Merită să creșteți gradul, hidroxidul nu va economisi cobaltul, corindonul și fierul.

Reacțiile sunt deosebit de rapide într-un mediu cu oxigen. Capabil doar să reziste hidroxidului de cesiu. Nici azotul nu interacționează cu al 55-lea element. Azitul de cesiu se obține doar indirect.

Aplicarea cesiului

Cesiu, formulă care asigură o funcție de lucru scăzută a electronului, este utilă la fabricarea fotocelulelor. În dispozitivele bazate pe a 55-a substanță, costul obținerii curentului este minim. Sensibilitatea la radiații, dimpotrivă, este maximă.

Pentru ca echipamentul fotovoltaic să nu costă prohibitiv din cauza rarității cesiului, acesta este aliat cu,,,. Ca sursă de curent, cesiul este folosit în celulele de combustie. Un electrolit solid bazat pe al 55-lea metal face parte din automobile și bateriile de înaltă energie.

Al 55-lea metal este, de asemenea, folosit în contoarele de particule încărcate. Pentru ei este achiziționat iodit de cesiu. Activat cu taliu, înregistrează aproape orice radiație. Detectoarele de cesiu sunt achiziționate pentru întreprinderi nucleare, explorare geologică și clinici medicale.

Utilizați dispozitive și industria spațială. În special, Mars-5 a studiat compoziția elementară a suprafeței planetei roșii tocmai datorită unui spectrometru cu raze gamma pe bază de cesiu.

Capacitatea de a capta razele infraroșii este motivul utilizării sale în optică. Adaugă la el bromură de cesiuși oxid de cesiu. Este în binoclu și ochelari de vedere pe timp de noapte, ochiuri pentru arme. Acestea din urmă funcționează chiar și din spațiu.

Al 137-lea izotop al elementului a găsit și o aplicație demnă. Un nuclid radioactiv nu numai că poluează atmosfera, ci și sterilizează produsele sau, mai degrabă, recipientele pentru acestea. Durata de înjumătățire a cesiului lung. Milioane de conserve pot fi procesate. Uneori, carnea este și sterilizată - carcase de păsări și.

De asemenea, este posibilă prelucrarea instrumentelor medicale și a medicamentelor cu izotopul 137. Nuclidul este necesar și în tratamentul în sine, când vine vorba de tumori. Metoda se numește radioterapie. Preparatele cu cesiu sunt, de asemenea, administrate pentru schizofrenie, difterie, ulcer peptic și unele tipuri de șoc.

Metalurgiștii au nevoie de un element pur. Se amestecă cu aliaje și. Aditivul le crește rezistența la căldură. În , de exemplu, se triplează când cesiul este de doar 0,3%.

Crește rezistența la tracțiune și rezistența la coroziune. Adevărat, industriașii caută o alternativă la cel de-al 55-lea element. Este prea rar, nu este profitabil ca preț.

minerit de cesiu

Metalul este izolat de poluit. Este un aluminosilicat apos și cesiu. Minerale care conțin al 55-lea element al unității. În poluit, procentul de cesiu face ca mineritul să fie viabil din punct de vedere economic. Mult metal și în Avogardite. Cu toate acestea, această piatră în sine este la fel de rară ca cesiul.

Industriașii deschid polucitul cu cloruri sau sulfați. cesiu din piatră se izolează prin scufundarea în acid clorhidric încălzit. Acolo se toarnă și clorură de antimoniu. Se formează un precipitat.

Se spala cu apa fierbinte. Rezultatul operațiilor este clorură de cesiu. Când se lucrează cu sulfat, poluitul este scufundat în acid sulfuric. La ieșire se formează alaunul de cesiu.

În laboratoare se folosesc alte metode pentru obținerea celui de-al 55-lea element. Sunt 3, toate laborioase. Puteți încălzi bicromat și cromat de cesiu cu zirconiu. Dar, asta necesită un vid. De asemenea, este necesar pentru descompunerea azidei de cesiu. Se renunță la vid numai atunci când sunt încălzite calciul special preparat și clorura celui de-al 55-lea metal.

Prețul cesiului

În Rusia, poluitul este extras și procesat de uzina de metale rare din Novosibirsk. Produsele sunt oferite și de Uzina de Mine și Procesare din Lovozersk. Ultima ofera cesiu în fiole 10 și 15 miligrame.

Vin in pachete de 1000 de bucati. Prețul minim este de 6000 de ruble. Sevredmet vinde și fiole, dar este gata să furnizeze volume mai mici - de la 250 de grame.

Dacă puritatea metalului este de 99,9%, pentru un gram, de regulă, se cer în jur de 15-20 de dolari SUA. Vorbim despre al 133-lea izotop stabil al celui de-al 55-lea element al sistemului periodic.

DEFINIȚIE

cesiu este situat în a șasea perioadă a grupei I a subgrupului principal (A) al Tabelului Periodic.

aparține familiei s-elemente. Metal. Denumirea - Cs. Număr ordinal - 55. Masa atomică relativă - 132,95 a.m.u.

Structura electronică a atomului de cesiu

Atomul de cesiu este format dintr-un nucleu încărcat pozitiv (+55), în interiorul căruia se află 55 de protoni și 78 de neutroni, iar 55 de electroni se mișcă în șase orbite.

Fig.1. Structura schematică a atomului de cesiu.

Distribuția electronilor în orbitali este următoarea:

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 .

Nivelul de energie exterior al atomului de cesiu conține 1 electron, care este o valență. Nu există o stare excitată. Diagrama energetică a stării fundamentale ia următoarea formă:

Electronul de valență al unui atom de cesiu poate fi caracterizat printr-un set de patru numere cuantice: n(cuantumul principal), l(orbital), m l(magnetic) și s(a învârti):

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

DEFINIȚIE

cesiu este al cincizeci și cincilea element al tabelului periodic. Denumire - Cs din latinescul „caesium”. Situat în a șasea perioadă, grupa IA. Se referă la metale. Taxa de bază este 55.

Cesiul se găsește în natură ca parte a numeroase minerale, dintre care cele mai importante sunt polucitul (Cs,Na) 2 Al 2 Si 4 O 12 × H 2 O și avogadrita (K, Cs) BF 4 . Se știe că este inclus și în unii aluminosilicați ca impuritate.

Sub forma unei substanțe simple, cesiul este un metal galben auriu (Fig. 1) cu o rețea cristalină centrată pe corp. Densitate - 1,9 g/cm 3. Punct de topire 28,4 o C, fierbere - 685 o C. Moale, ușor de tăiat cu un cuțit. Se autoaprinde în aer.

Orez. 1. Cesiu. Aspect.

Greutatea atomică și moleculară a cesiului

Masa moleculară relativă a unei substanțe (M r ) este un număr care arată de câte ori masa unei molecule date este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon și masa atomică relativă a unui element (Ar r) este de câte ori masa medie a atomilor unui element chimic este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon.

Deoarece cesiul există în stare liberă sub formă de molecule monoatomice Cs, valorile maselor sale atomice și moleculare coincid. Ele sunt egale cu 132,9054.

Izotopi de cesiu

Se știe că cesiul poate apărea în natură sub forma singurului izotop stabil 133 Cs. Numărul de masă este 133, nucleul unui atom conține cincizeci și cinci de protoni și șaptezeci și opt de neutroni.

Există izotopi artificiali instabili ai cesiului cu numere de masă de la 112 la 151, dintre care izotopul 135 Cs cu un timp de înjumătățire de 2,3 milioane de ani este cel mai longeviv.

Ioni de cesiu

La nivelul energetic exterior al atomului de cesiu, există un electron, care este valența:

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

Ca rezultat al interacțiunii chimice, cesiul renunță la electronul său de valență, adică. este donatorul său și se transformă într-un ion încărcat pozitiv:

Cs 0 -1e → Cs + .

Moleculă și atom de cesiu

În stare liberă, cesiul există sub formă de molecule monoatomice de Cs. Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de cesiu:

Aliaje de cesiu

Cesiul este folosit sub formă de aliaje cu antimoniu, calciu, bariu, aluminiu și argint ca celule solare.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

Nu s-au găsit alți izotopi decât 133 Cs stabil în cesiu natural. Există 33 de izotopi radioactivi cunoscuți ai cesiului cu numere de masă de la 114 la 148. În majoritatea cazurilor, aceștia sunt de scurtă durată: timpii de înjumătățire sunt măsurați în secunde și minute, mai rar - câteva ore sau zile. Cu toate acestea, trei dintre ele nu se degradează atât de repede - acestea sunt 134 Cs, 137 Cs și 135 Cs cu timpi de înjumătățire de 2 ani, 30 de ani și 3·10 6 ani. Toți cei trei izotopi sunt produși prin descompunerea uraniului, toriului și plutoniului în reactoarele nucleare sau în timpul testării armelor nucleare.

+1 stare de oxidare.

În 1846, silicatul de cesiu, polucitul, a fost descoperit în pegmatitele insulei Elba din Marea Tireniană. La studierea acestui mineral, cesiul, necunoscut la acea vreme, a fost confundat cu potasiu. Conținutul de potasiu a fost calculat din masa compusului de platină, cu ajutorul căruia elementul a fost transferat într-o stare insolubilă. Deoarece potasiul este mai ușor decât cesiul, calculul rezultatelor analizei chimice a arătat un deficit de aproximativ 7%. Acest mister a fost rezolvat abia după descoperirea metodei spectrale de analiză de către oamenii de știință germani Robert Bunsen și Gustav Kirchhoff în 1859. Bunsen și Kirchhoff au descoperit cesiul în 1861. Inițial, acesta a fost găsit în apele minerale ale izvoarelor curative ale Negru. Pădure. Cesiu a fost primul dintre elementele descoperite prin spectroscopie. Numele său reflectă culoarea celor mai strălucitoare linii din spectru (din latinescul caesius - albastru deschis).

Descoperitorii cesiului nu au reușit să izoleze acest element într-o stare liberă. Cesiul metalic a fost obținut pentru prima dată abia 20 de ani mai târziu, în 1882, de chimistul suedez K. Setterberg (Setterberg C.) prin electroliza unui amestec topit de cianuri de cesiu și bariu, luat în raport de 4:1. S-a adăugat cianura de bariu pentru a scădea punctul de topire, dar a fost dificil să se lucreze cu cianuri din cauza toxicității lor ridicate, iar bariul a contaminat produsul final, iar randamentul de cesiu a fost foarte mic. O metodă mai rațională a fost găsită în 1890 de celebrul chimist rus N.N. Beketov, care a propus reducerea hidroxidului de cesiu cu magneziu metalic într-un curent de hidrogen la temperatură ridicată. Hidrogenul a umplut dispozitivul și a prevenit oxidarea cesiului, care a fost distilat într-un recipient special; totuși, în acest caz, randamentul de cesiu nu a depășit 50% din cel teoretic.

Cesiu în natură și extracția sa industrială.

Cesiul este un element rar. Apare în stare difuză (de ordinul a miimilor de procent) în multe roci; Urme cantități din acest metal au fost găsite și în apa de mare. Se găsește în concentrații mai mari (până la câteva zecimi de procente) în unele minerale de potasiu și litiu, în principal în lepidolit. Spre deosebire de rubidiu și de majoritatea altor elemente rare, cesiul își formează propriile minerale - polucitul, avogadrit și rodicitul.

Rodicitul este extrem de rar. Este adesea denumit minerale de litiu, deoarece compoziția sa (M 2 O 2Al 2 O 3 3B 2 O 3, unde M 2 O este suma oxizilor de metale alcaline) conține de obicei mai mult litiu decât cesiu. Avogadritul (K,Cs) este, de asemenea, rar. Majoritatea cesiului se găsește în poluit (Cs,Na) n H2O (conținutul de Cs2O este de 29,8–36,7% în greutate).

Datele despre resursele mondiale de cesiu sunt foarte limitate. Estimările lor se bazează pe poluitul extras ca produs secundar, împreună cu alte minerale pegmatite.

Canada este lider în minerit poluat. Zăcământul Bernick Lake (sud-estul Manitobei) conține 70% din rezervele mondiale de cesiu (aproximativ 73 mii de tone). Polucitul este extras și în Namibia și Zimbabwe, ale căror resurse sunt estimate la 9 mii de tone, respectiv 23 mii de tone de cesiu. În Rusia, zăcămintele de poluit sunt situate în Peninsula Kola, în Munții Sayan de Est și Transbaikalia. Sunt disponibile și în Kazahstan, Mongolia și Italia (insula Elba).

Pentru a deschide acest mineral și a transfera componente valoroase, acesta este procesat într-o formă solubilă prin încălzire cu acizi minerali concentrați. Dacă poluitul se descompune cu acid clorhidric, atunci Cs 3 este precipitat din soluția rezultată prin acțiunea SbCl 3 , care este apoi tratată cu apă fierbinte sau cu o soluție de amoniac. Când poluitul se descompune cu acid sulfuric, se obţine alaun de cesiu CsAl (SO 4) 2 12H 2 O.

Se mai folosește și o altă metodă: poluitul este sinterizat cu un amestec de oxid de calciu și clorură de calciu, prăjitura este leșiată în autoclavă cu apă fierbinte, soluția este evaporată la sec cu acid sulfuric, iar reziduul este tratat cu apă fierbinte. După separarea sulfatului de calciu, compușii de cesiu sunt izolați din soluție.

Metodele moderne de extragere a cesiului din poluit se bazează pe fuziunea preliminară a concentratelor cu un exces de var și o cantitate mică de spat fluor. Dacă procesul se desfășoară la 1200 ° C, atunci aproape tot cesiul se sublimează sub formă de oxid de Cs 2 O. Această sublimare este contaminată cu un amestec de alte metale alcaline, dar este solubilă în acizi minerali, ceea ce simplifică operațiunile ulterioare. Cesiul metalic este extras prin încălzirea unui amestec (1:3) de poluit zdrobit cu calciu sau aluminiu la 900 ° C.

Dar, practic, cesiul este obținut ca produs secundar în producția de litiu din lepidolit. Lepidolitul este pre-topit (sau sinterizat) la o temperatură de aproximativ 1000 ° C cu gips sau sulfat de potasiu și carbonat de bariu. În aceste condiții, toate metalele alcaline sunt transformate în compuși ușor solubili - pot fi leșiate cu apă fierbinte. După izolarea litiului, rămâne de prelucrat filtratele rezultate, iar aici cea mai dificilă operație este separarea cesiului de rubidiu și a unui exces uriaș de potasiu.

Pentru a separa cesiu, rubidiu și potasiu și a obține compuși puri de cesiu, se folosesc metode de cristalizare multiplă a alaunului și nitraților, precipitarea și recristalizarea Cs 3 sau Cs 2. Se folosesc, de asemenea, cromatografia și extracția. Polihalogenurile sunt utilizate pentru a obține compuși de cesiu de înaltă puritate.

Cea mai mare parte a cesiului produs provine din producția de litiu, așa că atunci când litiul a început să fie folosit în dispozitivele de fuziune și utilizat pe scară largă în lubrifianții auto în anii 1950, extracția litiului, precum cesiul, a crescut și compușii de cesiu au devenit mai disponibili decât înainte.

Datele privind producția și consumul mondial de cesiu și compușii săi nu au fost publicate de la sfârșitul anilor 1980. Piața de cesiu este mică, iar consumul său anual este estimat la doar câteva mii de kilograme. Ca urmare, nu există comerț și nu există prețuri oficiale ale pieței.

Caracterizarea unei substanțe simple, producția industrială și utilizarea cesiului metalic.

Cesiul este un metal galben auriu, unul dintre cele trei metale intens colorate (împreună cu cuprul și aurul). După mercur, este cel mai fuzibil metal. Cesiul se topește la 28,44 ° C, fierbe la 669,2 ° C. Vaporii săi sunt colorați în verde-albastru.

Fuzibilitatea cesiului este combinată cu o mare ușurință. În ciuda masei atomice destul de mari a elementului, densitatea sa la 20 ° C este de numai 1,904 g / cm 3. Cesiul este mult mai ușor decât vecinii săi din Tabelul Periodic. Lantanul, de exemplu, care are aproape aceeași masă atomică, este de trei ori mai dens decât cesiul. Cesiul este doar de două ori mai greu decât sodiul, în timp ce raportul lor de masă atomică este de 6:1. Aparent, motivul pentru aceasta constă în structura electronică a atomilor de cesiu (un electron pe ultimul s-subnivel), conducând la faptul că raza metalică a cesiului este foarte mare (0,266 nm).

Cesiul are o altă proprietate foarte importantă legată de structura sa electronică - își pierde unicul electron de valență mai ușor decât orice alt metal; aceasta necesită foarte puțină energie - doar 3,89 eV, prin urmare, de exemplu, obținerea plasmei din cesiu necesită mult mai puțină energie decât atunci când se folosește orice alt element chimic.

Ca sensibilitate la lumină, cesiul este superior tuturor celorlalte metale. Catodul de cesiu emite un flux de electroni chiar și atunci când este expus la raze infraroșii cu o lungime de undă de 0,80 microni. Emisia maximă de electroni are loc în cesiu când este iluminat cu lumină verde, în timp ce în alte metale sensibile la lumină acest maxim apare numai atunci când sunt expuse la razele violete sau ultraviolete.

Din punct de vedere chimic, cesiul este foarte activ. În aer, se oxidează instantaneu la aprindere, formând superoxid de CsO 2 cu un amestec de peroxid de Cs 2 O 2. Cesiul este capabil să absoarbă cele mai mici urme de oxigen într-un vid profund. Cu apa, reactioneaza exploziv pentru a forma hidroxid de CsOH si elibereaza hidrogen. Cesiul reacționează chiar și cu gheața la -116 ° C. Depozitarea lui necesită o mare grijă.

De asemenea, cesiul interacționează cu carbonul. Doar cea mai perfectă modificare a carbonului - diamantul - este capabilă să reziste cesiului. Cesiul lichid topit și vaporii săi slăbesc funinginea, cărbunele și chiar grafitul, pătrunzând între atomii de carbon și dând compuși de culoare galben-aurie destul de puternici. La 200–500°C se formează un compus de compoziție C 8 Cs 5, iar la temperaturi mai mari, C 24 Cs, C 36 Cs. Ele se aprind în aer, înlocuiesc hidrogenul din apă și, atunci când sunt încălzite puternic, se descompun și eliberează tot cesiul absorbit.

Chiar și la temperaturi obișnuite, reacțiile cesiului cu fluor, clor și alți halogeni sunt însoțite de aprindere, iar cu sulful și fosforul, de o explozie. Când este încălzit, cesiul se combină cu hidrogenul. În condiții normale, cesiul nu interacționează cu azotul. Nitrura de Cs 3 N se formează în reacție cu azotul lichid în timpul unei descărcări electrice între electrozii din cesiu.

Cesiul se dizolvă în amoniac lichid, alchilamine și poliesteri, formând soluții albastre care sunt conductoare electronic. Într-o soluție de amoniac, cesiul reacționează lent cu amoniacul pentru a elibera hidrogen și formează amida CsNH2.

Aliajele și compușii intermetalici ai cesiului sunt relativ fuzibili. Aurida de cesiu CsAu, în care se realizează o legătură parțial ionică între atomii de aur și de cesiu, este un semiconductor n-tip.

Cea mai bună soluție la problema obținerii cesiului metalic a fost găsită în 1911 de chimistul francez A. Axpil. Conform metodei sale, care este încă cea mai comună, clorura de cesiu este redusă cu calciu metalic în vid:

2CsCl + Ca → CaCl 2 + 2Cs

în timp ce reacţia merge aproape până la capăt. Procesul se desfășoară la o presiune de 0,1–10 Pa și o temperatură de 700–800 ° C. Cesiul eliberat se evaporă și este distilat, iar clorura de calciu rămâne complet în reactor, deoarece în aceste condiții volatilitatea sării. este neglijabilă (punctul de topire al CaCl 2 este de 773 ° C). Ca urmare a distilării repetate în vid, se obține cesiu metalic absolut pur.

Au fost descrise și multe alte metode de obținere a cesiu metalic din compușii săi. Calciul metalic poate fi înlocuit cu carbura sa, cu toate acestea, temperatura de reacție trebuie crescută la 800 ° C, astfel încât produsul final este contaminat cu impurități suplimentare. Electroliza unei topituri de halogenură de cesiu este, de asemenea, efectuată folosind un catod de plumb lichid. Ca urmare, se obține un aliaj de cesiu cu plumb, din care se izolează cesiu metalul prin distilare în vid.

Este posibil să se descompună azida de cesiu sau să se reducă dicromatul acesteia cu zirconiu, dar aceste reacții sunt uneori însoțite de o explozie. Când dicromatul de cesiu este înlocuit cu cromat, procesul de reducere se desfășoară fără probleme și, deși randamentul nu depășește 50%, cesiul metalic foarte pur este distilat. Această metodă este aplicabilă pentru a obține cantități mici de metal într-un dispozitiv special de vid.

Producția mondială de cesiu este relativ mică.

Cesiul metalic este o componentă a materialului catodic pentru fotocelule, fotomultiplicatoare, tuburi catodice care transmit televiziune. Fotocelulele cu un fotocatod complex argint-cesiu sunt deosebit de valoroase pentru radar: sunt sensibile nu numai la lumina vizibilă, ci și la razele infraroșii invizibile și, spre deosebire, de exemplu, de cele cu seleniu, funcționează fără inerție. Fotocelulele antimoniu-cesiu sunt utilizate pe scară largă în televiziune și cinema; sensibilitatea lor chiar și după 250 de ore de funcționare scade cu doar 5-6%, funcționează fiabil în intervalul de temperatură de la -30 ° C la + 90 ° C. Sunt așa-numitele fotocelule cu mai multe etape; în acest caz, sub acțiunea electronilor cauzate de razele de lumină într-unul dintre catozi, are loc o emisie secundară - electronii sunt emiși de fotocatozii suplimentari ai dispozitivului. Ca urmare, curentul electric total care apare în fotocelula este înmulțit de mai multe ori. Amplificarea curentului și creșterea sensibilității se realizează și prin umplerea fotocelulelor cu cesiu cu un gaz inert (argon sau neon).

Cesiul metalic este folosit pentru fabricarea redresoarelor speciale, în multe privințe superioare celor cu mercur. Este folosit ca lichid de răcire în reactoarele nucleare, o componentă a lubrifianților pentru tehnologia spațială, un getter în dispozitivele electronice cu vid. Cesiul metalic prezintă, de asemenea, activitate catalitică în reacțiile compușilor organici.

Cesiul este utilizat în standardele de timp atomice. Ceasurile cu cesiu sunt remarcabil de precise. Acțiunea lor se bazează pe tranziții între două stări ale atomului de cesiu cu orientare paralelă și antiparalelă a momentelor magnetice intrinseci ale nucleului atomic și electronului de valență. Această tranziție este însoțită de oscilații cu caracteristici strict constante (lungime de undă 3,26 cm). În 1967, Conferința Generală Internațională pentru Greutăți și Măsuri a stabilit: „O secundă este un timp egal cu 9.192.631.770 de perioade de radiație corespunzătoare tranziției între două niveluri hiperfine ale stării fundamentale a atomului de cesiu-133”.

Recent, s-a acordat multă atenție plasmei cu cesiu, un studiu cuprinzător al proprietăților și condițiilor sale de formare, și poate că va fi folosită în motoarele cu plasmă ale viitorului. În plus, lucrările privind studiul plasmei de cesiu sunt strâns legate de problema fuziunii termonucleare controlate. Mulți cred că este oportun să se creeze plasmă de cesiu folosind energia termică a reactoarelor nucleare.

Cesiul este depozitat în fiole de sticlă într-o atmosferă de argon sau în vase de oțel sigilate sub un strat de ulei de vaselină deshidratat. Eliminați reziduurile metalice prin tratare cu pentanol.

Compuși de cesiu.

Cesiul formează compuși binari cu majoritatea nemetalelor. Hidrururile și deuterurile de cesiu sunt foarte inflamabile în aer și în atmosfere cu fluor și clor. Compuși instabili și uneori inflamabili și explozivi de cesiu cu azot, bor, siliciu și germaniu. Halogenurile și sărurile majorității acizilor sunt mai stabile.

Compuși cu oxigen. Cesiul formează nouă compuși cu oxigen, variind în compoziție de la Cs 7 O la CsO 3 .

Oxidul de cesiu Cs 2 O formează cristale brun-roșii, deliquescente în aer. Se obține prin oxidare lentă cu cantitate insuficientă (2/3 din stoechiometrie) de oxigen. Restul cesiului nereacționat este distilat în vid la 180–200 ° C. Oxidul de cesiu se sublimează în vid la 350–450 ° C și se descompune la 500 ° C:

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

Reacționează energic cu apa pentru a da hidroxid de cesiu.

Oxidul de cesiu este o componentă a fotocatozilor complecși, a sticlelor speciale și a catalizatorilor. S-a stabilit că, atunci când synthol (ulei sintetic) este obținut din apă gazoasă și stiren din etilbenzen, precum și în unele alte sinteze, adăugarea unei cantități mici de oxid de cesiu la catalizator (în loc de oxid de potasiu) crește randamentul. a produsului final și îmbunătățește condițiile procesului.

Cristale higroscopice galben pal de peroxid de cesiu Cs 2 O 2 pot fi obţinute prin oxidarea cesiului (sau a soluţiei acestuia în amoniac lichid) cu o cantitate dozată de oxigen. Peste 650 ° C, peroxidul de cesiu se descompune cu eliberarea de oxigen atomic și oxidează energic nichelul, argintul, platina și aurul. Peroxidul de cesiu se dizolvă în apă cu gheață fără descompunere, iar peste 25 ° C reacționează cu acesta:

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

Se dizolvă în acizi pentru a forma peroxid de hidrogen.

Când cesiul este ars în aer sau în oxigen, se formează un superoxid de cesiu CsO 2 maro auriu. Peste 350 ° C, se disociază cu eliberarea de oxigen. Superoxidul de cesiu este un agent oxidant foarte puternic.

Peroxidul de cesiu și superoxidul servesc ca surse de oxigen și sunt folosite pentru regenerarea acestuia în vehiculele spațiale și submarine.

Sesquioxidul de Cs2O3 se formează ca o pulbere paramagnetică întunecată la descompunerea termică atentă a superoxidului de cesiu. Poate fi obținut și prin oxidarea unui metal dizolvat în amoniac lichid sau prin oxidarea controlată a unui peroxid. Se presupune că este dinaperoxid-peroxid [(Cs +)4(O 2 2–)(O 2 –) 2].

Ozonidul portocaliu-rosu CsO 3 poate fi obtinut prin actiunea ozonului asupra pulberii anhidre de hidroxid sau peroxid de cesiu la temperatura joasa. Când stă în picioare, ozonida se descompune încet în oxigen și superoxid, iar atunci când este hidrolizată, se transformă imediat în hidroxid.

Cesiul formează și suboxizi, în care starea formală de oxidare a elementului este mult mai mică decât +1. Compoziția de oxid Cs 7 O are o culoare bronz, punctul său de topire este de 4,3 ° C, reacționează activ cu oxigenul și apa. În acest din urmă caz, se formează hidroxid de cesiu. Când este încălzit încet, Cs 7 O se descompune în Cs 3 O și cesiu. Cristalele violete de Cs 11 O 3 se topesc cu descompunere la 52,5 ° C. Cs 4 O roșu-violet se descompune peste 10,5 ° C. Faza nestoichiometrică Cs 2+ X O modifică compoziția până la Cs 3 O, care se descompune la 166 ° C.

hidroxid de cesiu CsOH formează cristale incolore care se topesc la ° C. Punctele de topire ale hidraților sunt și mai mici, de exemplu, CsOH H 2 O monohidrat se topește cu descompunere la 2,5 ° C și CsOH 3H 2 O trihidrat chiar și -5,5 ° C.

Hidroxidul de cesiu servește ca catalizator pentru sinteza acidului formic. Cu acest catalizator, reacția are loc la 300°C fără presiune ridicată. Randamentul produsului final este foarte mare - 91,5%.

Halogenuri de cesiu CsF, CsCl, CsBr, CsI (cristale incolore) se topesc fara descompunere, volatil peste punctul de topire. Stabilitatea termică scade la trecerea de la fluor la iodură; bromura și iodura în vapori sunt parțial descompuse în substanțe simple. Halogenurile de cesiu sunt foarte solubile în apă. În 100 g de apă la 25 ° C, se dizolvă 530 g de fluorură de cesiu, 191,8 g de clorură de cesiu, 123,5 g de bromură de cesiu, 85,6 g de iodură de cesiu. Clorura, bromura și iodura anhidră cristalizează din soluții apoase. Fluorura de cesiu este eliberată sub formă de hidrați cristalini CsF n H2O, unde n = 1, 1,5, 3.

Atunci când interacționează cu halogenurile multor elemente, halogenurile de cesiu formează cu ușurință compuși complecși. Unele dintre ele, cum ar fi Cs3, sunt utilizate pentru izolarea și determinarea analitică a cesiului.

Fluorura de cesiu este folosită pentru a obține compuși organofluorinați, ceramică piezoelectrică și pahare speciale. Clorura de cesiu este un electrolit din celulele de combustie, un flux pentru sudarea molibdenului.

Bromura și iodura de cesiu sunt utilizate pe scară largă în optică și inginerie electrică. Cristalele acestor compuși sunt transparente la razele infraroșii cu o lungime de undă de 15 până la 30 µm (CsBr) și 24 până la 54 µm (CsI). Prismele convenționale de clorură de sodiu transmit 14 µm și clorură de potasiu 25 µm, astfel încât utilizarea bromurii și iodurii de cesiu în locul clorurii de sodiu și potasiu a făcut posibilă înregistrarea moleculelor complexe în regiunea infraroșu îndepărtat.

Dacă, la fabricarea ecranelor fluorescente pentru televizoare și echipamente științifice, între cristalele de sulfură de zinc se introduce aproximativ 20% iodură de cesiu, ecranele vor absorbi mai bine razele X și vor străluci mai puternic atunci când sunt iradiate cu un fascicul de electroni.

Dispozitivele de scintilație pentru detectarea particulelor încărcate grele care conțin monocristale de iodură de cesiu activate de taliu au cea mai mare sensibilitate dintre toate dispozitivele de acest tip.

cesiu-137.

Izotopul 137 Cs este produs în toate reactoarele nucleare (în medie, 6 137 nuclee Cs din 100 de nuclee de uraniu).

În condiții normale de funcționare a centralelor nucleare, emisiile de radionuclizi, inclusiv cesiu radioactiv, sunt nesemnificative. Marea majoritate a produselor de fisiune nucleară rămân în combustibil. Conform monitorizării dozimetrice, concentrația de cesiu în zonele în care se află centrala nucleară aproape că nu depășește concentrația acestui nuclid în zonele de control.

În urma accidentelor apar situații dificile, când o cantitate uriașă de radionuclizi pătrunde în mediul extern și sunt contaminate suprafețe mari. Intrarea cesiu-137 în atmosferă a fost observată în timpul unui accident din Uralii de Sud din 1957, unde a avut loc o explozie termică a unui depozit de deșeuri radioactive, în timpul unui incendiu la o uzină radiochimică din Windenale, Marea Britanie, în 1957, în timpul vântului. îndepărtarea radionuclizilor din lunca lacului. Karachay-in Uralii de Sud în 1967. Accidentul de la centrala nucleară de la Cernobîl din 1986 a devenit un dezastru, aproximativ 15% din contaminarea totală cu radiații a căzut pe ponderea cesiu-137. Principala sursă de cesiu radioactiv în corpul uman este alimentele de origine animală contaminate cu nuclidul.

Radionuclidul 137 Cs poate fi folosit și în beneficiul uman. Este folosit în detectarea defectelor, precum și în medicină pentru diagnostic și tratament. Caesium-137 specialiști interesați în domeniul terapiei cu raze X. Acest izotop se descompune relativ lent, pierzând doar 2,4% din activitatea inițială pe an. S-a dovedit a fi potrivit pentru tratamentul tumorilor maligne. Cesiu-137 are anumite avantaje față de cobaltul radioactiv-60: un timp de înjumătățire mai lung și mai puține radiații g. În acest sens, dispozitivele bazate pe 137 Cs sunt mai durabile, iar protecția împotriva radiațiilor este mai puțin greoaie. Cu toate acestea, aceste avantaje devin reale numai în absența impurității 134 Cs cu un timp de înjumătățire mai scurt și radiații g mai dure.

Din soluțiile obținute în timpul prelucrării deșeurilor radioactive din reactoarele nucleare, 137 Cs este extras prin co-precipitare cu fier, nichel, hexacianoferrați de zinc sau fluorotungstat de amoniu. De asemenea, se utilizează schimbul de ioni și extracția.

Elena Savinkina

cesiu(lat. Caesium), Cs, un element chimic din grupa I a sistemului periodic al lui Mendeleev; numărul atomic 55, masa atomică 132,9054; metal alb-argintiu, aparține metalelor alcaline. Apare în mod natural ca izotop stabil 133 Cs. Dintre izotopii radioactivi obținuți artificial cu numere de masă de la 113 la 148, 137 Cs este cel mai stabil, cu un timp de înjumătățire de T ½ = 33 de ani.

Referință istorică. Cesiul a fost descoperit în 1860 de R. V. Bunsen și G. R. Kirchhoff în apele izvorului mineral Durkheim (Germania) prin metoda analizei spectrale. Numit Cesium (din latină caesius - albastru cer) pentru două linii strălucitoare din partea albastră a spectrului. Cesiul metalic a fost izolat pentru prima dată de chimistul suedez K. Setterberg în 1882 în timpul electrolizei unui amestec topit de CsCN și Ba.

Distribuția cesiului în natură. Cesiul este un element rar și oligoelement tipic. Conținutul mediu de cesiu din scoarța terestră (clarke) este de 3,7·10 -4% în greutate. Rocile ultrabazice conțin 1·10 -5% cesiu, principalele - 1·10 -4%. Cesiul este strâns asociat geochimic cu magma granitică, formând concentrații în pegmatite împreună cu Li, Be, Ta, Nb; în special în pegmatitele bogate în Na (albit) și Li (lepidolit). Sunt cunoscute două minerale extrem de rare de cesiu - polucitul și avogadrita (K, Cs) (BF) 4 ; cea mai mare concentratie de cesiu in polucit (26-32% Cs 2 O). Majoritatea atomilor de cesiu înlocuiesc izomorf K și Rb în feldspați și mici. Amestecul de cesiu se găsește în beril, carnalit și sticla vulcanică. În unele ape termale a fost stabilită o slabă îmbogățire de cesiu. În general, cesiul este un migrant slab de apă. De o importanță primordială în istoria cesiului sunt procesele de izomorfism și sorbție a cationilor mari de cesiu. Geochimic, cesiul este aproape de Rb și K și parțial de Ba.

Proprietățile fizice ale cesiului. Cesiul este un metal foarte moale; densitate 1,90 g/cm3 (20°C); tpl 28,5 °C; t kip 686 °C. La temperatura obișnuită, cristalizează într-o rețea cubică centrată pe corp (a = 6,045Å). Raza atomică 2,60 Å, rază ionică Cs + 1,86 Å. Capacitate termică specifică 0,218 kJ/(kg K); căldură specifică de fuziune 15,742 kJ/kg (3,766 cal/g); căldură specifică de vaporizare 610,28 kJ/kg (146,0 cal/g); coeficient de temperatură de dilatare liniară (0-26 ° C) 9,7 10 -5; coeficient de conductivitate termică (28,5 ° C) 18,42 W / (m K) ; rezistivitate electrică (20 °C) 0,2 μm m; coeficient de temperatură al rezistenței electrice (0-30°C) 0,005. Cesiul este diamagnetic, sensibilitate magnetică specifică (18 °C) -0,1 10 -6 . Vâscozitate dinamică 0,6299 Mn s/m2 (43,4 °C), 0,4065 Mn s/m2 (140,5 °C). Tensiune superficială (62 °C) 6,75 10 -2 N/m (67,5 dine/cm); compresibilitate (20 °C) 7,05 Mn/m2 (70,5 kgf/cm2). Energia de ionizare 3.893 eV; potențial electrod standard - 2,923 V, funcția de lucru a electronilor 1,81 eV. Duritate Brinell 0,15 MN/m2 (0,015 kgf/cm2).

Proprietățile chimice ale cesiului. Configurația electronilor exteriori ai atomului de cesiu 6s 1 ; în compuși, are o stare de oxidare de + 1. Cesiul are o reactivitate foarte mare. În aer, se aprinde instantaneu cu formarea peroxidului Cs 2 O 2 și a superoxidului CsO 2; cu lipsă de aer se obţine oxidul Cs 2 O; ozonidul CsO 3 este de asemenea cunoscut. Cu apa, halogeni, dioxid de carbon, sulf, tetraclorură de carbon, cesiul reacţionează cu o explozie, dând, respectiv, hidroxid CsOH, halogenuri, oxizi, sulfuri, CsCl. Interacționează cu hidrogenul la 200-350 °C și o presiune de 5-10 MN/m2 (50-100 kgf/cm2), formând o hidrură. Peste 300 °C, cesiul distruge sticla, cuarțul și alte materiale și provoacă, de asemenea, coroziunea metalelor. Cesiul, atunci când este încălzit, se combină cu fosfor, siliciu, grafit. Când cesiul interacționează cu metalele alcaline și alcalino-pământoase, precum și cu Hg, Au, Bi și Sb, se formează aliaje; cu acetilenă - acetilenidă Cs 2 C 2. Cele mai multe săruri simple de cesiu, în special CsF, CsCl, Cs2CO3, Cs2SO4, CsH2PO4, sunt foarte solubile în apă; CsMnO 4 , CsClO 4 şi Cs 2 Cr 2 O 7 puţin solubile. Cesiul nu este unul dintre elementele de complexare, dar este inclus în mulți compuși complecși ca cation extern.

Obținerea de cesiu. Cesiul se obține direct din poluit prin reducerea termică în vid. Ca agenți reducători se folosesc Ca, Mg, Al și alte metale.

Prin prelucrarea polucitului se obțin și diverși compuși de cesiu. În primul rând, minereul este îmbogățit (prin flotație, exploatare manuală etc.), iar apoi concentratul separat este descompus fie cu acizi (H 2 SO 4 , HNO 3 și alții), fie prin sinterizare cu amestecuri oxid-sare (de exemplu, CaO cu CaCl2). Cesiul este precipitat din produșii de descompunere a polucitului sub formă de CsAl(SO 4) 2 ·12H 2 O, Cs 3 și alți compuși puțin solubili. În plus, precipitatele sunt transformate în săruri solubile (sulfat, clorură, iodură și altele). Etapa finală a ciclului tehnologic este producerea de compuși de cesiu foarte pur, pentru care se folosesc metode de cristalizare din soluții de Cs, Cs 3 , Cs 2 și adsorbția impurităților pe cărbuni activi oxidați. Purificarea profundă a cesiului metalic se realizează prin metoda de rectificare. Este promițător obținerea de cesiu din deșeurile de la prelucrarea nefelinei, a unor mici, precum și a apelor subterane în timpul producției de petrol; Cesiul este extras prin metode de extracție și sorbție.

Cesiul este depozitat fie în fiole de sticlă Pyrex într-o atmosferă de argon, fie în vase de oțel sigilate sub un strat de vaselină deshidratată sau ulei de parafină.

Utilizarea cesiului. Cesiul este utilizat pentru fabricarea fotocatozilor (antimoniu-cesiu, bismut-cesiu, oxigen-argint-cesiu), fotocelule electrovacuum, fotomultiplicatoare, convertoare electron-optice. Se folosesc izotopi de cesiu: 133 Cs în standardele de frecvență cuantică, 137 Cs în radiologie. Frecvența de rezonanță a tranziției energetice între subnivelurile stării fundamentale de 133 Cs stă la baza definiției moderne a celui de-al doilea.

cesiu în organism. Cesiul este o microcomponentă chimică permanentă a organismului plantelor și animalelor. Algele marine conțin 0,01-0,1 μg de cesiu la 1 g de substanță uscată, plante terestre - 0,05-0,2. Animalele obțin cesiu din apă și alimente. În corpul artropodelor, aproximativ 0,067-0,503 μg / g de cesiu, reptile - 0,04, mamifere - 0,05. Principalul depozit de cesiu din corpul mamiferelor este mușchii, inima, ficatul; în sânge - până la 2,8 mcg / l. Cesiul este toxic relativ scăzut.

Cesiu-137 (137 Cs) - radioizotop emițător beta-gamma Cesiu; una dintre componentele principale ale contaminării radioactive a biosferei. Conținut în precipitații radioactive, deșeuri radioactive, evacuări de la instalațiile care procesează deșeurile de la centralele nucleare. Intensiv absorbit de sol și sedimentele de fund; în apă este predominant sub formă de ioni. Se găsește în plante, animale și oameni. Factorul de acumulare de 137 Cs este cel mai mare la algele de apă dulce și la plantele terestre arctice, în special la licheni. La animale, 137 Cs se acumulează în principal în mușchi și ficat. Cel mai mare coeficient de acumulare a fost observat la reni și păsările de apă din nordul Americii. În corpul uman, l37 Cs este distribuit relativ uniform și nu are un efect nociv semnificativ.