ИСТОРИЯ

ЗАЙМЕМСЯ
ХИМИЕЙ


Название: Цезий (caesium)
Порядковый номер: 55
Группа: i
Период: 6
Электронное строение: 6s1
Атомная масса: 132,9055
Электроотрицательность: 0,79
Температура плавления: 28,4?С
Температура кипения: 669,3?С
Плотность (г/см3): 1,873
Характерные степени окисления: +1
Цвет элемента: Серебристо-белый
Кем открыт: Густов Кирхофф, Р.Бунзен
Год открытия: 1860
Страна открытия: Германия

Цезий (лат. caesium), cs, химический элемент i группы периодической системы Менделеева; атомный номер 55, атомная масса 132, 9054; серебристо-белый металл, относится к щелочным металлам . В природе встречается в виде стабильного изотопа 133 cs. Из искусственно полученных радиоактивных изотопов с массовыми числами от 123 до 142 наиболее устойчив 137 cs с периодом полураспада t 1 /2 = 33 г.

Историческая справка. Ц. открыт в 1860 Р. В. Бунзеном и Г. Р. Кирхгофом в водах Дюркхеймского минерального источника (Германия) методом спектрального анализа. Назван Ц. (от лат. caesius — небесно-голубой) по двум ярким линиям в синей части спектра. Металлический Ц. впервые выделил шведский химик К. Сеттерберг в 1882 при электролизе расплавленной смеси cscn и ba.

Распространение в природе. Ц. — типичный редкий и рассеянный элемент. Среднее содержание Ц. в земной коре (кларк) 3,7 ? 10 -4 % по массе. В ультраосновных горных породах содержится 1 ? 10 -5 % Ц., в основных — 1 ? 10 -4 %. Ц. геохимически тесно связан с гранитной магмой, образуя концентрации в пегматитах вместе с li, be, ta, nb; в особенности в пегматитах, богатых na (альбитом) и li (лепидолитом). Известно 2 крайне редких минерала Ц. — поллуцит и авогадрит (К, cs) (bf) 4 ; наибольшая концентрация Ц. в поллуците (26—32% cs 2 o). Большая часть атомов Ц. изоморфно замещает К и rb в полевых шпатах и слюдах. Примесь Ц. встречается в берилле , карналлите , вулканическом стекле. Слабое обогащение Ц. установлено в некоторых термальных водах. В целом Ц. — слабый водный мигрант. Основное значение в истории Ц. имеют процессы изоморфизма и сорбции крупных катионов Ц. В геохимическом отношении Ц. близок к rb и К, отчасти к ba.

Физические и химические свойства. Ц. — очень мягкий металл; плотность 1,90 г/см 3 (20 °С); t пл 28,5 °С; t кип 686 °С. При обычной температуре кристаллизуется в кубической объёмноцентрированной решётке ( а = 6,045 å). Атомный радиус 2,60 å, ионный радиус cs + 1,86 å. Удельная теплоёмкость 0,218 кдж/ ( кг ? К ) [0,052 кал/ ( г ? о С)]; удельная теплота плавления 15,742 кдж/кг (3,766 кал/г ) ; удельная теплота испарения 610,28 кдж/кг (146,0 кал/г ); температурный коэффициент линейного расширения (0—26 °С) 9,7 ? 10 -5 ; коэффициент теплопроводности (28,5°С) 18,42 вт/ ( м ? К ) [0,44 кал/ ( см ? сек ? °С )]; удельное электросопротивление (20 °С) 0,2 мком ? м; температурный коэффициент электросопротивления (0—30 °С) 0,005. Ц. диамагнитен, удельная магнитная восприимчивость (18 °С) — 0,1 ? 10 -6 . Динамическая вязкость 0,6299 Мн ? сек/м 2 (43,4°С), 0,4065 Мн ? сек/м 2 (140,5 °С). Поверхностное натяжение (62 °С) 6,75 ? 10 -2 н/м (67,5 дин/см ) ; сжимаемость (20 °С) 7,05 Мн/м 2 (70,5 кгс/см 2 ) . Энергия ионизации 3,893 эв ; стандартный электродный потенциал — 2,923 в, работа выхода электронов 1,81 эв. Твёрдость по Бринеллю 0,15 Мн/м 2 (0,015 кгс/см 2 ) . Конфигурация внешних электронов атома Ц. 6 s 1 ; в соединениях имеет степень окисления + 1.

Ц. обладает очень высокой реакционной способностью. На воздухе мгновенно воспламеняется с образованием пероксида cs 2 o 2 и надпероксида cso 2 ; при недостатке воздуха получается оксид cs 2 o; известен также озонид cso 3 . С водой, галогенами, углекислым газом, серой, четырёххлористым углеродом Ц. реагирует со взрывом, давая соответственно гидроксид csoh, галогениды, оксиды, сульфиды, csci. С водородом взаимодействует при 200—350 °С и давлении 5—10 Мн/м 2 (50—100 кгс/см 2 ) , образуя гидрид. Выше 300 °С Ц. разрушает стекло, кварц и др. материалы, а также вызывает коррозию металлов. Ц. при нагревании соединяется с фосфором (cs 2 p 5 ), кремнием (cssi), графитом (c 8 cs и c 24 cs). При взаимодействии Ц. со щелочными и щёлочноземельными металлами, а также с hg, au, bi и sb образуются сплавы; с ацетиленом — ацетиленид cs 2 c 2 . Большинство простых солей Ц., особенно csf, csci, cs 2 co 3 , cs 2 so 4 , csh 2 po 4 , хорошо растворимы в воде; малорастворимы csmno 4 , csclo 4 и cs 2 cr 2 o 7 . Ц. не принадлежит к числу комплексообразующих элементов, но он входит в состав многих комплексных соединений в качестве катиона внешней среды.

Получение. Ц. получают непосредственно из поллуцита методом вакуумтермического восстановления. В качестве восстановителей используют ca, mg, al и др. металлы.

Различные соединения Ц. также получают путём переработки поллуцита. Сначала руду обогащают (флотацией, ручной рудоразработкой и т.п.), а затем выделенный концентрат разлагают либо кислотами h 2 so 4 , hno 3 и др.), либо спеканием с оксидно-солевыми смесями (например, cao с caci 2 ). Из продуктов разложения поллуцита Ц. осаждают в виде csai (so 4 ) 2 ? 12h 2 o, cs 3 [sb 2 cl 9 ] и др. малорастворимых соединений. Далее осадки переводят в растворимые соли (сульфат, хлорид, иодид и др.). Завершающим этапом технологического цикла является получение особо чистых соединений Ц., для чего применяют методы кристаллизации из растворов cs [l (l) 2 ], cs 3 [bi 2 l 9 ], cs 2 (tei 6 ] и сорбцию примесей на окисленных активированных углях. Глубокую очистку металлического Ц. производят методом ректификации. Перспективно получение Ц. из отходов от переработки нефелина , некоторых слюд, а также подземных вод при добыче нефти; Ц. извлекают экстракционными и сорбционными методами.

Хранят Ц. либо в ампулах из стекла «пирекс» в атмосфере аргона, либо в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного вазелинового или парафинового масла.

Применение. Ц. идёт для изготовления фотокатодов (сурьмяно-цезиевых, висмуто-цезиевых, кислородно-серебряно-цезиевых), Электровакуумных фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей, электронно-оптических преобразователей. Перспективно применение «цезиевой плазмы» в ионных ракетных двигателях, Ц. — в магнитогидродинамических генераторах и в термоэмиссионных преобразователях энергии . Изотопы Ц. применяют: 133 cs в квантовых стандартах частоты, 137 cs в радиологии. Резонансная частота энергетического перехода между подуровнями основного состояния 133 cs положена в основу современного определения секунды .

Б. Д. Стёпин.

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

Цезий-137 ( 137 cs) — бета-гамма-излучающий радиоизотоп Ц.; один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Содержится в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций. Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организме животных и человека. Коэффициент накопления 137 cs наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных 137 cs накапливается главным образом в мышцах и печени. Наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и северных американских водоплавающих птиц. В организме человека 137 cs распределён относительно равномерно и не оказывает значительного вредного действия.

Г. Г. Поликарпов.

Лит.: Плющев В. Е., Степин Б. Д., Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия, М., 1970; их же, Аналитическая химия рубидия и цезия, М., 1975; Коган Б. И., Названова В. А., Солодов Н. А., Рубидий и цезий, М., 1971; Моисеев А. А., Рамзаев П. В., Цезий-137 в биосфере, М., 1975; mattsson s., radionuclides in lichen, reindeer and man, lund, 1972.

Назад



(С) Дистанционный творческий конкурс-проект "Моя Веб-страница", 2005
(С) Хмелев Алексей, 2005
http://www.eidos.ru/project/all/web/index.htm