Физические свойства цезия кратко

Обновлено: 30.06.2024

Цезий был открыт в 1860 немецкими учеными Р. В. Бунзеном и Г. Кирхгофом в водах Дюрхгеймского минерального источника в Германии методом спектрального анализа. Назван цезием по двум ярким линиям в синей части спектра (от лат. caesius — небесно-голубой). Металлический цезий впервые был выделен в 1882 шведским химиком К. Сеттербергом при электролизе расплава смеси CsCN и Ba.

Происхождение названия

Название происходит от латинского caesius — голубой (элемент открыт по ярко-синим спектральным линиям).

Получение

Основной рудой цезия является Мировые ресурсы цезия

Металлический цезий (99,99999%) в ампуле.

Цезий входит в группу элементов с ограниченными запасами вместе с гафнием, танталом, бериллием, рением, платиноидами, кадмием, теллуром. Общие выявленные мировые ресурсы составляют около 180 тыс. тонн (в пересчете на окись цезия), но они крайне распылены и к сожалению сверхвысокие цены это неотъемлемая черта сопровождающая цезий и рубидий в прошлом, настоящем и будущем. Мировой объём добычи цезия состовляет около 9 тонн в год, а потребности свыше 85 тонн в год и она постоянно растет. По добыче цезиевой руды (поллуцита) лидирует Канада. В месторождении Берник-Лейк (юго-восточная Манитоба) сосредоточено около 70% мировых запасов цезия. Поллуцит также добывается в Намибии и Зимбабве. В России его мощные месторождения находятся на Кольском полуострове, в Восточном Саяне и Забайкалье. Месторождения поллуцита также имеются в Казахстане, Монголии и Италии (о.Эльба), но обладают малыми запасами и не имеют важного экономического значения. У цезия есть и недостатки, которые обусловливают постоянный поиск его минералов, это то обстоятельство что во первых его извлечение из руд неполное, в процессе эксплуатации материала он рассеивается и потому безвозвратно теряется, запасы его руд очень ограничены и не могут обеспечить постоянно растущий спрос на металлический цезий (потребности в металле более чем в 8,5 раз превышают его добычу и положение в металлургии цезия ещё более тревожное чем например в металлургии тантала или рения). Сюда же можно указать что промышленность нуждается именно в очень чистом материале (на уровне 99,9—99,999 %) и это является одной из труднейших задач в металлургии редких элементов. Для получения цезия достаточной степени чистоты требуется многократная ректификация в вакууме, очистка от механических примесей на металлокерамических фильтрах, нагревание с геттерами для удаления следов водорода, азота, кислорода, с помощью очень чистого циркония (геттер), и многократная ступенчатая кристаллизация. Цезий весьма активен и агрессивен по отношению к контейнерным материалам и требует хранения например в сосудах из специального стекла в атмосфере аргона или водорода (обычные марки лабораторного стекла цезий разрушает).

Физические свойства

Цезий моноизотопный элемент состоящий из одного единственного полностью устойчивого изотопа цезия-133. Самым долгоживущим радиоактивным изотопом цезия является цезий-135 (период полураспада около 3 млн лет). Металлический цезий представляет собой вещество золотисто-белого цвета по внешнему виду очень похожее на золото но светлее, легко плавится и превращается в очень подвижную жидкость и при этом его цвет становится более серебристым.

Химические свойства

Цезий в свободном состоянии (металлический) является наиболее химически активным металлом. С воздухом взаимодействует со взрывом (в немалой степени это обусловлено присутствием паров воды, которая резко ускоряет реакцию), с водой, льдом (даже при —120 °C) и простыми спиртами, галогеноорганическими соединениями, галогенидами тяжелых металлов, кислотами, сухим льдом (взаимодействие протекает с сильным взрывом). Активность цезия обусловлена не только высоким отрицательным электрохимическим потенциалом, но и невысокой температурой плавления и кипения (быстро развивается очень большая контактная поверхность, что увеличивает скорость реакции). Все виды солей, образуемых цезием - нитрат, хлорид, бромид, фторид, йодид, хромат, манганат, перхлорат, хлорат, азид, цианид, карбонат и т. д - чрезвычайно легко растворимы в воде и ряде органических растворителей, наименее растворим перхлорат (что важно для технологии получения и очистки цезия). Следует отметить то обстоятельство что хотя цезий и весьма активный металл, тем не менее он при обычных условиях не вступает в реакцию с азотом в отличии от лития, и даже при сильнейшем нагревании не способен образовать с азотом соединений в отличие от бария, кальция, магния и ряда других металлов. Нитрид и азид цезия могут быть получены только косвенными методами.

Гидроксид цезия — сильнейшее основание с высочайшей электропроводностью в водном растворе; так, например, при работе с ним необходимо учитывать, что концентрированный раствор CsOH разрушает стекло даже при обычной температуре, а расплав разрушает железо, кобальт, никель, а также платину, корунд и диоксид циркония, и даже постепенно разрушает серебро и золото (а в присутствии кислорода - очень быстро). Единственным устойчивым в расплаве гидроксида цезия металлом является родий (и его некоторые сплавы).

Применение

Цезий открытый в 1860 году длительное время представлял чисто научный интерес, но в начале XX века, в связи с разработкой технологии его получения в чистом виде и нахождением ряда (хотя и очень редких) собственных минералов, постепенно вошел в сферу человеческой деятельности и развитие технологий, и приобрел ряд весьма важных и стратегических областей своего применения.

Фотоэлементы, фотоумножители

Значительное практическое применение цезия имеет производство фотоэлектрических приборов — фотоэлементов, фотоумножителей. Цезий является элементом с наиболее низкой работой выхода электрона и соответственно затраты энергии излучения для получения электрического тока в приборах на его основе наиболее низкие. В связи с этим приборы на основе цезия наиболее чувствительны к воздействию излучения и кроме того обладают весьма малой инерционностью. В фотоэлементах цезий обычно применяется в виде сплавов с сурьмой, кальцием, барием, алюминием, или серебром (для улучшения эффективности, экономии чрезвычайно дорогого цезия и удобства использования), кроме того, недавно обнаружено свойство цезия при диффузии в золото очень резко снижать работу выхода. Диапазон работы таких фотоэлементов очень широк, от дальней ультрафиолетовой, до видимой и дальней инфракрасной области электромагнитного излучения. В этой связи применение цезия намного более эффективно чем применение рубидия.

Счетчики заряженных частиц

Оптика

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

Источники света

В электротехнике цезий применяется в изготовлении светящихся трубок, где он применяется в виде соединений с цирконием или оловом (метацирконаты и ортостаннаты цезия).

Химические источники тока

На основе цезия создан и применяется высокоэффективный твердый электролит для топливных элементов (в том числе автомобильных), и аккумуляторов чрезвычайно высокой энергоемкости — цезий-бета-глинозем (алюминат цезия).

Изотопы

Радиоактивный изотоп цезий-137 (период полураспада 33 года) используется гамма-дефектоскопии, измерительной технике и при стерилизации пищевых продуктов (консервы, туши птиц и животных, мяса), а также для стерилизации медицинских препаратов и лекарств. В радиотерапии для лечения злокачественных опухолей. Так же цезий-137 используется в производстве радиоизотопных источников тока , где он применяется в виде хлорида (плотность 3,9 г/см, энерговыделение около 1,27 Вт/см).

Медицина

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

Применение цезия в энергетике и космосе

Значительной сферой применения металлического цезия являются новейшие и стремительно развивающиеся работы и производство энергетических агрегатов. Цезиевая плазма является важнейшей и неотъемлемой компонентой Металлургия

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

Высокотемпературная сверхпроводимость

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

Производство лазеров

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

Производство электродов

Совершенно особое место и очень большую область применения и расхода металлического цезия в последние годы представляет его использование в качестве добавки к вольфраму для производства электродов мощных осветительных дуговых ламп и электродов применяемых для сварки алюминия, магния, титана, церия, нержавеющей стали и целого ряда активных сплавов в среде аргона, гелия и водорода. Применение этой добавки (около 0,1—0,35 %) в значительной степени облегчает зажигание и горение дуги при низком напряжении.

Термоэлектрические материалы

Совсем недавно цезий приобрел новое направление своей ассимиляции (освоение практикой), и это направление является революционным прорывом для разработки новейшей компьютерной техники, генераторов энергии, холодильников глубокого холода (криогенных) и. т.д. Оказалось что сплав сверхчистого висмута, сверхчистого теллура, и сверхчистого цезия обладает поистине фантастическими возможностями для создания охладителей основанных на эффекте Пельтье. Как показывает практический опыт эксплуатации этого нового полупроводникового материала, его использование наиболее эффективо именно в новейших суперпроцессорах на основе нитрида бора и монокристаллического алмаза в качестве теплоотвода и основы схемы, и надо сказать что применение этого материала открывает широкие возможности для повышения быстродействия — т. е "ускорения холодом". Так в опытах с этим новым полупроводниковым материалом удалось на сегодняшний день получить охлаждение вплоть до —237 °C, и это в свою очередь позволяет создавать микрохолодильники для охлаждения мощных процессоров (в том числе нанопроцессоров), холодильники для глубокой замарозки тканей и клеточного материала, сжижения газов, охлаждения боевых ультрафиолетовых и инфракрасных лазерных систем, Оптические материалы микроэлектроники

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

Новейшие исследования плазмы цезия

В последние годы обостренный интерес к цезию так же обусловлен необычным эффектом открытым с использованием цезия. Атомы цезия могут находиться в шестнадцати возможных квантовомеханических состояниях, называемых "сверхтонкие магнитные подуровни основного состояния". При помощи оптической лазерной накачки почти все атомы приводились только к одному из этих шестнадцати состояний, которое соответствует почти абсолютному нулю температуры по шкале Кельвина (-273,15 °C). Длина цезиевой камеры составляла 6 сантиметров. В вакууме свет проходит 6 сантиметров за 0,2 нс. Через камеру же с цезием, как показали выполненные измерения, световой импульс проходил за время на 62 нс меньшее, чем в вакууме. Другими словами, время прохождения импульса через цезиевую среду имеет знак "минус"! Действительно, если из 0,2 нс вычесть 62 нс, получим "отрицательное" время. Эта "отрицательная задержка" в среде — непостижимый временной скачок — равен времени, в течение которого импульс совершил бы 310 проходов через камеру в вакууме. Следствием этого "временного переворота" явилось то, что выходящий из камеры импульс успел удалиться от неё на 19 метров, прежде чем приходящий импульс достиг ближней стенки камеры. Как же можно объяснить такую невероятную ситуацию (если, конечно, не сомневаться в чистоте эксперимента)? Судя по развернувшейся дискуссии, точное объяснение ещё не найдено, но несомненно, что здесь играют роль необычные дисперсионные свойства среды: пары цезия, состоящие из возбужденных лазерным светом атомов, представляют собой среду с аномальной дисперсией. Изучение такой необычной способности цезия связано с поиском обработки и передачи информации.

Атомно-водородная энергетика

Совершенно исключительное значение металлический цезий играет в атомно-водородной энергетике при разложении воды термохимическим способом (цикл "Аэроджет Дженерал").

Защита воздушных судов

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

Прочие области ассимиляции цезия

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

Биологическая роль

Цезий и рубидий относят к малоизученым микроэлементам. Эти элементы находятся в окружающей среде и поступают в организм различными путями, в основном с пищей. Установлено их постоянное наличие в организме. Однако до сих пор эти элементы не считаются биотическими.

Рубидий и цезий найдены во всех исследованных органах млекопитающих и человека. Поступая в организм с пищей, они быстро всасываются из желудочно-кишечного тракта в кровь. Средний уровень рубидия в крови составляет 2,3—2,7 мг/л, причем его концентрация в эритроцитах почти в три раза выше, чем в плазме. Рубидий и цезий весьма равномерно распределяется в органах и тканях, причем, рубидий, в основном, накапливается в мышцах, а цезий поступает в кишечник и вновь реабсорбируется в нисходящих его отделах.

Известна роль рубидия и цезия в некоторых физиологических процессах. В настоящее время установлено стимулирующее влияние этих элементов на функции кровообращения и эффективность применения их солей при гипотониях различного происхождения. Исходя из выраженного гипертензивного и сосудосуживающего действия, соли цезия ещё в 1888 г. впервые были применены С. С.Боткиным при нарушениях функции сердечно-сосудистой системы. В лаборатории И. П.Павлова С. С.Боткиным было установлено, что хлориды цезия и рубидия вызывают повышение артериального давления на длительное время и, что это действие связано, главным образом, с усилением сердечно-сосудистой деятельности и сужением периферических сосудов.

Установлено адреноблокирующее и симпатомиметическое действие солей цезия и рубидия на центральные и периферические адренореактивные структуры, которое особенно ярко выражено при подавлении тонуса симпатического отдела центральной нервной системы и дефиците катехоламинов. Солям этих металлов свойственен, главным образом, бетта-адреностимулирующий эффект.

Соли рубидия и цезия оказывают влияние на неспецифические показатели иммунобиологической резистентности — они вызывают значительное увеличение титра комплемента, активности лизоцима, фагоцитарной активности лейкоцитов. Есть указание на стимулирующее влияние солей рубидия и цезия на функции кроветворных органов. В микродозах они вызывают стимуляцию эритро- и лейкопоэза (на 20—25 %), заметно повышают резистентность эритроцитов, увеличивают содержание гемоглобина в них.

Хлорид рубидия и хлорид цезия участвуют в газовом обмене, активируя деятельность окислительных ферментов, соли этих элементов повышают устойчивость организма к гипоксии.

Цезий

Цезий (химический символ — Cs; лат. Caesium ) — элемент главной подгруппы первой группы шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер — 55. Простое вещество цезий — мягкий щелочной металл серебристо-жёлтого цвета. Своё название цезий получил за наличие двух ярких синих линий в эмиссионном спектре (от лат. caesius — небесно-голубой).

Содержание

  • 1 История
  • 2 Нахождение в природе. Добыча
  • 3 Геохимия и минералогия
  • 4 Получение
  • 5 Изотопы
  • 6 Физические свойства
  • 7 Химические свойства
  • 8 Применение
    • 8.1 Фотоэлементы, фотоумножители
    • 8.2 Детекторы ионизирующего излучения
    • 8.3 Оптика
    • 8.4 Источники света
    • 8.5 Катализаторы
    • 8.6 Химические источники тока
    • 8.7 Радиационная техника
    • 8.8 Медицина
    • 8.9 Применение цезия в энергетике
    • 8.10 Прочие области применения цезия
    • 9.1 Цезий в живых организмах

    История

    Цезий открыт в 1860 году немецкими учёными Р. В. Бунзеном и Г. Р. Кирхгофом в водах Бад-Дюркхаймского минерального источника в Германии методом оптической спектроскопии, тем самым, став первым элементом, открытым при помощи спектрального анализа. В чистом виде цезий впервые был выделен в 1882 году шведским химиком К. Сеттербергом при электролизе расплава смеси цианида цезия (CsCN) и бария.

    Нахождение в природе. Добыча

    Основным цезиевым минералом является поллуцит. В виде примесей цезий входит в ряд алюмосиликатов: лепидолит, флогопит, биотит, амазонит, петалит, берилл, циннвальдит, лейцит, карналлит. Также содержится в редком минерале авогадрите. В качестве промышленного сырья используются поллуцит и лепидолит.

    Подтверждённые мировые запасы цезия на начало 2012 года оцениваются в 70 000 тонн .

    По добыче цезиевой руды (поллуцита) лидирует Канада — в месторождении Танко (юго-восточная Манитоба, северо-западный берег озера Берник-Лейк) сосредоточено около 70 % мировых запасов цезия. Поллуцит также добывается в Намибии и Зимбабве. В России месторождения поллуцита есть на Кольском полуострове, в Восточном Саяне и Забайкалье. Месторождения поллуцита также имеются в Казахстане, Монголии и Италии (о. Эльба), но они обладают малыми запасами и не имеют важного экономического значения.

    Мировая добыча обогащённой руды цезия составляет около 20 тонн в год. Мировой объём производства металлического (чистого) цезия — около 9 тонн в год.

    Некоторые источники утверждают, что потребности в цезии более чем в 8,5 раза превышают его добычу, что положение в металлургии цезия ещё более тревожное, чем, например, в металлургии тантала или рения, и производители не могут обеспечить постоянно растущий спрос на металлический цезий.

    Геохимия и минералогия

    Получение

    При промышленном получении цезий в виде соединений извлекается из минерала поллуцита. Это делается хлоридным или сульфатным вскрытием. Первое включает обработку исходного минерала подогретой соляной кислотой, добавление хлорида сурьмы SbCl3 для осаждения соединения Cs3[Sb2Cl9] и промывку горячей водой или раствором аммиака с образованием хлорида цезия CsCl. При втором — минерал обрабатывается подогретой серной кислотой с образованием алюмоцезиевых квасцов CsAl(SO4)2·12H2O.

    Для получения цезия достаточной степени чистоты требуется многократная ректификация в вакууме, очистка от механических примесей на металлокерамических фильтрах, нагревание с геттерами для удаления следов водорода, азота, кислорода и многократная ступенчатая кристаллизация.

    Сложности получения цезия обусловливают постоянный поиск его минералов: извлечение этого металла из руд неполное, в процессе эксплуатации материала он рассеивается и потому безвозвратно теряется, Промышленность нуждается именно в очень чистом материале (на уровне 99,9—99,999 %), и это является одной из труднейших задач в металлургии редких элементов.

    Существует несколько лабораторных методов получения цезия. Он может быть получен:

    • нагревом в вакууме смеси хромата или дихромата цезия с цирконием;
    • разложением азида цезия в вакууме;
    • нагревом смеси хлорида цезия и специально подготовленного кальция.

    Все методы являются трудоёмкими. Второй позволяет получить высокочистый металл, однако является взрывоопасным и требует на реализацию несколько суток.

    Изотопы

    Известны изотопы цезия с массовыми числами от 112 до 151 (количество протонов 55, нейтронов от 57 до 96), и 22 ядерных изомеров. Природный цезий — моноизотопный элемент, состоящий из единственного стабильного изотопа 133 Cs.

    Цезий

    Самым долгоживущим искусственным радиоактивным нуклидом цезия является 135 Cs с периодом полураспада T 1/2 около 2,3 миллиона лет. Другой относительно долгоживущий изотоп 137 Cs ( T 1/2 = 30,17 года ).

    Цезий-137 является одним из виновников радиоактивного загрязнения биосферы, так как образуется при делении ядер в ядерных реакторах и при испытаниях ядерного оружия. Цезий-137 претерпевает бета-распад, дочерний изотоп стабильный барий-137.

    Физические свойства

    Цезий

    Цезий — мягкий металл, из-за низкой температуры плавления ( T пл = 28,6 °C ) при комнатной температуре находится в полужидком состоянии. Твёрдость цезия по шкале Мооса составляет 0,2.

    Металлический цезий представляет собой вещество золотисто-белого цвета, по внешнему виду похожее на золото, но светлее. Расплав представляет подвижную жидкость, при этом его цвет становится более серебристым. Жидкий цезий хорошо отражает свет. Пары цезия окрашены в зеленовато-синий цвет.

    Цезий образует кристаллы кубической сингонии (объёмно-центрированная решётка), пространственная группа Im3m, параметры ячейки a = 0,6141 нм , Z = 2 . При высоком давлении может переходить в другие полиморфные модификации. Цезий — парамагнетик.

    Цезий растворяется в жидком аммиаке (тёмно-синие растворы) и расплавленном CsOH.

    Цезий образует легкоплавкие сплавы с другими щелочными металлами. Его сплав с калием и натрием имеет температуру плавления −78 °С.

    Химические свойства

    Цезий является наиболее химически активным металлом, за исключением радиоактивного франция, практически отсутствующего в природе. Является сильнейшим восстановителем. На воздухе цезий мгновенно окисляется с воспламенением, образуя надпероксид CsO2. При ограниченном доступе кислорода окисляется до оксида Cs2O. Взаимодействие с водой происходит со взрывом, продуктом взаимодействия являются гидроксид CsOH и водород H2. Цезий вступает в реакцию со льдом (даже при −120 °C), простыми спиртами, галогеноорганическими соединениями, галогенидами тяжёлых металлов, кислотами, сухим льдом (взаимодействие протекает с сильным взрывом). Реагирует с бензолом. Активность цезия обусловлена не только высоким отрицательным электрохимическим потенциалом, но и невысокой температурой плавления и кипения (быстро развивается очень большая контактная поверхность, что увеличивает скорость реакции).

    Многие образуемые цезием соли — нитраты, хлориды, бромиды, фториды, йодиды, хроматы, манганаты, азиды, цианиды, карбонаты и т. д. — чрезвычайно легко растворимы в воде и ряде органических растворителей; наименее растворимы перхлораты (что важно для технологии получения и очистки цезия). Несмотря на то, что цезий является весьма активным металлом, он, в отличие от лития, не вступает в реакцию с азотом при обычных условиях и, в отличие от бария, кальция, магния и ряда других металлов, не способен образовать с азотом соединений даже при сильнейшем нагревании.

    Гидроксид цезия — сильнейшее основание с высочайшей электропроводностью в водном растворе; так, например, при работе с ним необходимо учитывать, что концентрированный раствор CsOH разрушает стекло даже при обычной температуре, а расплав разрушает железо, кобальт, никель, а также платину, корунд и диоксид циркония, и даже постепенно разрушает серебро и золото (в присутствии кислорода — очень быстро). Единственным устойчивым в расплаве гидроксида цезия металлом является родий и некоторые его сплавы.

    Цезий весьма активен и агрессивен по отношению к контейнерным материалам и требует хранения, например, в сосудах из специального стекла в атмосфере аргона или водорода (обычные марки лабораторного стекла цезий разрушает).

    Цезий способен присоединяться к этилену с образованием дицезиоэтилена CsCH2CH2Cs.

    Применение

    Цезий нашёл применение только в начале XX века, когда были обнаружены его минералы и разработана технология получения в чистом виде. В настоящее время цезий и его соединения используются в электронике, радио-, электро-, рентгенотехнике, химической промышленности, оптике, медицине, ядерной энергетике. В основном применяется стабильный природный цезий-133, и ограниченно — его радиоактивный изотоп цезий-137, выделяемый из суммы осколков деления урана, плутония, тория в реакторах атомных электростанций.

    Фотоэлементы, фотоумножители

    Благодаря крайне низкой работе выхода электрона цезий используется при производстве высокочувствительных и малоинерционных фотоэлектрических приборов — фотоэлементов, фотоумножителей. В фотоэлементах цезий обычно применяется в виде сплавов с сурьмой, кальцием, барием, алюминием или серебром, которые вводятся для повышения эффективности устройства, а также для экономии чрезвычайно дорогого цезия. Такие фотоэлементы способны работать в широком диапазоне длин волн: от дальней инфракрасной, до коротковолновой ультрафиолетовой области электромагнитного излучения, что делает цезиевые фотоэлементы эффективнее рубидиевых.

    Детекторы ионизирующего излучения

    Оптика

    Иодид и бромид цезия применяются в качестве оптических материалов в специальной оптике — инфракрасные приборы, очки и бинокли ночного видения, прицелы, обнаружение техники и живой силы противника (в том числе из космоса).

    Источники света

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

    Катализаторы

    Цезий нашёл большое применение в производственной химии в качестве катализатора (органический и неорганический синтез). Каталитическая активность цезия используется в процессах получения аммиака, серной кислоты, бутилового спирта, в реакциях дегидрогенизации и при получении муравьиной кислоты. Особенно эффективным является применение цезия как промотора при каталитическом получении аммиака, синтезе бутадиена. В ряде катализаторов оказалось эффективным применение цезия совместно с рубидием (оба металла значительно увеличивают каталитическую активность друг друга), в частности, используется рутений-цезий-углеродный катализатор. Цезий промотирует действие серебряного катализатора и повышает его селективность при эпоксидировании этилена.

    Химические источники тока

    На основе цезия создан и применяется высокоэффективный твёрдый электролит для топливных элементов (в том числе автомобильных), и аккумуляторов чрезвычайно высокой энергоёмкости — цезий-бета-глинозём (алюминат цезия).

    Радиационная техника

    Гамма-излучение цезия-137 используется в гамма-дефектоскопии, измерительной технике и при стерилизации пищевых продуктов (консервы, туши птиц и животных, мяса), а также для стерилизации медицинских препаратов и лекарств, в радиотерапии для лечения злокачественных опухолей. Также цезий-137 используется в производстве радиоизотопных источников тока, где он применяется в виде хлорида цезия (плотность 3,9 г/см³ , энерговыделение около 1,27 Вт/см³ ). Цезий-137 используется в датчиках предельных уровней сыпучих веществ в непрозрачных бункерах.

    Медицина

    На основе соединений цезия созданы эффективные лекарственные препараты для лечения язвенных заболеваний, дифтерии, шоков, шизофрении. Его соли, подобно препаратам лития, способны проявлять нормотимический эффект.

    Применение цезия в энергетике

    Значительной сферой применения металлического цезия являются новейшие и стремительно развивающиеся работы и производство энергетических агрегатов. Цезиевая плазма является важнейшей и неотъемлемой компонентой МГД-генераторов с повышенным КПД до 65—70 %.

    Ввиду того, что цезий имеет большую теплоёмкость, теплопроводность и ряд собственных сплавов с очень низкой температурой плавления (цезий 94,5 % и натрий 5,5 %) −30 °C, то используется в качестве теплоносителя в атомных реакторах и высокотемпературных турбоэнергетических установках, а сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °C среди сплавов.

    Прочие области применения цезия

    Фторид цезия применяют для пьезоэлектрической керамики, специальных стёкол. Хлорид цезия — электролит в топливных элементах, флюс при сварке молибдена. Атомные переходы в пара́х цезия используются как эталон частоты в атомных часах.

    Биологическая роль

    Хлорид рубидия и хлорид цезия участвуют в газовом обмене, активируя деятельность окислительных ферментов, соли этих элементов повышают устойчивость организма к гипоксии.

    Цезий в живых организмах

    Цезий в живых организмах — постоянный химический микроэлемент организма растений и животных. Морские водоросли, например, содержат от 0,01-0,1 мкг цезия в 1 г сухого вещества, наземные растения — 0,05—0,2 мкг/г . Животные получают цезий с водой и пищей. В организме членистоногих около 0,067—0,503 мкг/г цезия, пресмыкающихся — 0,04 мкг/г , млекопитающих — 0,05 мкг/г . Главное депо цезия в организме млекопитающих — мышцы, сердце, печень; в крови — до 2,8 мкг/л . Цезий относительно малотоксичен; его биологическая роль в организме растений и животных окончательно не раскрыта.

    Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
    Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2,
    W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

    Литий
    Li
    Атомный номер: 3
    Атомная масса: 6,941
    Темп. плавления: 453,85 К
    Темп. кипения: 1615 К
    Плотность: 0,534 г/см³
    Электроотрицательность: 0,98

    Натрий
    Na
    Атомный номер: 11
    Атомная масса: 22,98976928
    Темп. плавления: 371,15 К
    Темп. кипения: 1156 К
    Плотность: 0,97 г/см³
    Электроотрицательность: 0,96

    Калий
    K
    Атомный номер: 19
    Атомная масса: 39,0983
    Темп. плавления: 336,58 К
    Темп. кипения: 1032 К
    Плотность: 0,86 г/см³
    Электроотрицательность: 0,82

    Рубидий
    Rb
    Атомный номер: 37
    Атомная масса: 85,4678
    Темп. плавления: 312,79 К
    Темп. кипения: 961 К
    Плотность: 1,53 г/см³
    Электроотрицательность: 0,82

    Цезий
    Cs
    Атомный номер: 55
    Атомная масса: 132,9054519
    Темп. плавления: 301,59 К
    Темп. кипения: 944 К
    Плотность: 1,93 г/см³
    Электроотрицательность: 0,79

    Франций
    Fr
    Атомный номер: 87
    Атомная масса: (223)
    Темп. плавления: ~300 К
    Темп. кипения: ~950 К
    Плотность: 1,87 г/см³
    Электроотрицательность: 0,7

    Цезий Cs — это щелочной металл. Белый, мягкий, весьма легкоплавкий. Чрезвычайно реакционноспособный, сильнейший восстановитель.

    Относительная молекулярная масса Mr = 132,905; относительная плотность для твердого состояния d = 1,873; относительная плотность для жидкого состояния d = 1,841; tпл = 28,7º C; tкип = 667,6º C

    1. В результате электролиза жидкого гидроксида цезия образуются цезий, кислород и вода :

    4CsOH → 4Cs + O2↑ + 2H2O

    2. В результате разложения оксида цезия при 300 — 500º С получается пероксид цезия и цезий:

    3. Хлорид цезия подвергают электролизу в воде , в результате чего на выходе образуется гидроксид цезия, хлор и водород:

    2CsCl + 2H2O = H2↑ + Cl2↑ + 2CsOH

    Качественная реакция на цезий — окрашивание пламени горелки в синий цвет.


    1. Цезий — сильный восстановитель . Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами :

    1.1. Цезий легко реагирует с водородом при 300–350º C и повышенным давлением с образованием гидрида цезия:

    2Cs + H2 = 2CsH

    1.2. Цезий сгорает в кислороде (воздухе) с образованием надпероксида цезия:

    а если сгоранием происходит в холодной среде, то образуется оксид цезия:

    1.3. Цезий активно реагирует при комнатной температуре с фтором, хлором, бромом и йодом . При этом образуются фторид цезия, хлорид цезия, бромид цезия, йодид цезия :

    2Cs + F2 = 2CsF

    2Cs + Cl2 = 2CsCl

    2Cs + Br2 = 2CsBr

    2Cs + I2 = 2CsI

    1.4. С серой цезий реагирует при температуре 100–130º C с образованием сульфида цезия:

    2Cs + S = Cs2S

    2. Цезий активно взаимодействует со сложными веществами:

    2.1. Цезий реагирует с водой . Взаимодействие цезия с водой приводит к образованию гидроксида цезия и газа водорода:

    2Cs 0 + 2 H2 O = 2 Cs + OH + H2 0

    2.2. Цезий взаимодействует с кислотами:

    2.2.1. Цезий реагирует с разбавленной соляной кислотой, при этом образуются хлорид цезия и водород :

    2Cs + 2HCl = 2CsCl + H2 ↑

    2.2.2. При взаимодействии с разбавленной и холодной с ерной кислотой образуется сульфат цезия, и смесь продуктов восстановления серной кислоты — оксид серы (IV), осадок сера и вода.

    2.2.3. Реагируя с разбавленной и холодной азотной кислотой Цезий образует нитрат цезия, и смесь продуктов восстановления азота — газ оксид азота (II), газ оксид азота (I) или азот и воду.

    2.2.4. В результате реакции насыщенной сероводородной кислоты и цезия в бензоле образуется осадок гидросульфид цезия и газ водород:

    2Cs + 2H2S = 2CsHS↓ + H2↑

    2.3. Цезий может взаимодействовать с основаниями:

    2.3.1. Цезий взаимодействует с гидроксидом цезия при температуре 300-350º С, при этом образуется оксид цезия и водород:

    2Cs + 2CsOH = 2Cs2O + H2

    2.4. Цезий вступает в реакцию с газом аммиаком при 30-45º С. В результате данной реакции образуется амид цезия и водород:

    2.5. Цезий может вступать в реакцию с оксидами :

    2.5.1. В результате взаимодействия цезия и оксида кремния при температуре выше 300º С образуется силикат цезия и кремний:

    В соединениях цезий одновалентен, проявляет степень окисления +1.

    Цезий как вещество

    Способы получения цезия:

    4CaOH (ж) → 4Cs + O2↑

    2CsCl (р) → 2Cs + Cl2↑

    • При промышленном получении цезий в виде соединений извлекается из минерала поллуцита. Это делается хлоридным или сульфатным вскрытием.
    • В лаборатории цезий может быть получен:
      • Нагревом в вакууме смеси хромата или дихромата цезия с цирконием;
      • Разложением азида цезия в вакууме;
      • Нагревом смеси хлорида цезия и специально подготовленного кальция.

      Физические свойства цезия:

      • Мягкий щелочной металл белого цвета (на срезе – светло-жёлтый).
      • Пар окрашен в зеленовато-синий цвет, пламя газовой горелки окрашивает в синий цвет.
      • Хорошо сохраняется только под слоем парафинового или вазелинового масла.
      • Температура плавления равна 28,7°С, температура кипения равна 667,6°С.

      Химические свойства цезия:

      Чрезвычайно реакционно способен. Сильнейший восстановитель.

      Реагирует с кислородом воздуха (с воспламенением), водой (со взрывом), разбавленными кислотами, неметаллами, аммиаком, сероводородом. С ртутью образует амальгаму.

      Не реагирует с азотом.

      2Cs + H2 → 2CsH

      2Cs + S → Cs2S

      Применение цезия:

      В настоящее время используется в электронике, радио-, электро-, рентгенотехнике, химической промышленности, оптике (инфракрасные приборы, очки и бинокли ночного видения, прицелы), медицине (препараты для лечения язвенных заболеваний, дифтерии, шоков, шизофрении), ядерной энергетике.

      Источники

      2. Лидин, Р. А. Химические свойства неорганических веществ / Р. А. Лидин, В. А. Молочко, Л. Л. Андреева. – М.: Химия, 2000.

      Читайте также: