Цезій

Цезій (Cs)
Атомний номер	55
Зовнішній вигляд простої речовини	Цезій у вакуумованій ампулідуже м'який, в'язкий; сіруватий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	132,90543 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	267 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	375,5 (3,89) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Xe] 6s1
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	235 пм
Радіус іона	(+1e) 167 пм
Електронегативність (за Полінгом)	0,79
Електродний потенціал	0
Ступені окиснення	1
Термодинамічні властивості
Густина	1,873 г/см³
Молярна теплоємність	0,241 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	35,9 Вт/(м·К)
Температура плавлення	301,6 К
Теплота плавлення	2,09 кДж/моль
Температура кипіння	951,6 К
Теплота випаровування	68,3 кДж/моль
Молярний об'єм	70,0 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	кубічна ; об'ємноцентрована
Період ґратки	6,050 Å
Відношення с/а	n/a
Температура Дебая	n/a К
	Цезій у Вікісховищі

Це́зій (хімічний знак — ${\ce {Cs}}$ , лат. caesium — небесно-блакитний) — хімічний елемент з атомним номером 55, що належить до I групи, VI періоду періодичної системи елементів.

Історія

Відкрили спектральним аналізом Г.Кірхгоф та Р.Бунзен в 1860 році у воді Дюркгаймерского мінерального джерела.^[1] Цезій став першим елементом, відкритим таким способом. У 1864 році Пізані виділив цезій з мінералу полуциту.^[2] Чистий цезій був отриманий за допомогою електролізу у 1882 році Карлом Сеттенбергом^[3]

Походження назви

Названий від лат. Caesium — небесно-блакитний, оскільки відкритий завдяки яскраво-синім спектральним лініям.

Загальна характеристика

Ат. н. 55; ат.м. 132,9054. Має один стабільний ізотоп ¹³³Cs. Більшість сполук Cs іонні.

Проста речовина — цезій. М'який метал золотистого кольору з сріблястим блиском, належить до лужних металів. Густина 1,904. t_плав 28,5 ^оС, t_кип 678 ^оС. Хімічно дуже активний, вибухає від контакту з водою, енергійно реагує з галогенами, сіркою та ін. речовинами. Цезій — типовий рідкісний і розсіяний елемент.

Поширення

Середній вміст у земній корі 3,7•10⁻⁴ мас.%. Цезій геохімічно тісно пов'язаний з гранітним розплавом; концентрується в рідкіснометалічних пегматитах разом з Li, Be, Та і Nb. Відомо декілька власних мінералів цезію, з них полуцит і авогадрит мають промислове значення. Виділяється також берил цезіїстий (вороб'євіт, Be₂CsAl₂(Si₆O₁₈)).

Ізотопи

Весь природній цезій складається з одного ізотопу, Cs¹³³.

Загалом відомо 57 ізотопів цезію з масовими числами від 112 до 151, 17 з яких — метастабільні. З нестабільних ізотопів, найбільші періоди напіврозпаду мають Cs¹³⁵ (2,3 млн років) і Cs¹³⁴ (2 роки)^[4].

Отримання

Промислово цезій отримується у вигляді сполук, що утворюються при обробці мінералу полуциту хлоридною чи сульфатною кислотами. Перший процес містить такі етапи: обробка вихідного мінералу підігрітою соляною кислотою, додавання хлориду стибію SbCl₃ для осадження сполуки Cs₃[Sb₂Cl₉] і промивання гарячою водою або розчином амоніаку з утворенням хлориду цезію CsCl. При другому — мінерал обробляється підігрітою сірчаною кислотою з утворенням алюмоцезіевих галунів CsAl(SO₄)₂ · 12H₂O.

Існує кілька лабораторних методів отримання цезію. Він може бути отриманий:

нагріванням у вакуумі суміші хромату або дихромату цезію з цирконієм;

\mathrm {Cs_{2}Cr_{2}O_{7}+2\ Zr\longrightarrow 2\ Cs+2\ ZrO_{2}+Cr_{2}O_{3}}

розкладанням азиду цезію в вакуумі;
нагріванням суміші хлориду цезію та спеціально підготовленого кальцію. При цьому леткий цезій осідає на холодні частині реакційної установки:

\mathrm {2\ CsCl+Ca\longrightarrow 2\ Cs\uparrow +CaCl_{2}}

Усі методи є трудомісткими. Другий дозволяє отримати високочистий метал, проте є вибухонебезпечним і вимагає на реалізацію декілька діб.

Застосування

Застосовують при виготовленні фотокатодів. Завдяки винятковим властивостям цезію — найбільшому розміру катіонів (0,165 нм), найменшому потенціалу іонізації (3,89 eV) і низькій роботі виходу електрона (1,87 eV) при опроміненні його сонячними променями, а також нагріванні він стає джерелом потоку електронів, на чому засноване виробництво емісійних фотоелементів, фотоелектронних помножувачів, електронно-оптичних перетворювачів, сонячних батарей. Великі перспективи відкриває використання його як робочого тіла в іонних ракетних двигунах для космічних польотів, а також для підвищення ефективності роботи плазмових генераторів, тобто безпосереднього перетворення теплової енергії в електричну, що здійснюється в магнітогідродинамічних (МГД) генераторах і термоелектронних перетворювачах (ТЕП). Все це обумовило швидке зростання його виробництва — з декількох десятків кілограмів до перших десятків тонн. Цезій застосовують також у виробництві газових лазерів.

Кристали йодиду цезію^[en] широко використовують як сцинтилятори у фізичних дослідженнях та медичній техніці. Також, завдяки ширшому, ніж у броміду калію, діапазону пропускання оптичного випромінювання (від 0,3 до 50 мкм), кристали йодиду цезію використовують в інфрачервоній оптиці.

Металургія

Застосовувався для підвищення жаростійкості магнію та алюмінію, так наприклад при додаванні 0,3-0,4% цезію до магнію в 3 рази підвищує його міцність на розрив та різко покращує його корозійну стійкість, але через високу ціну та наявність інших більш дешевих металів для легування він не використовується для цих цілей.

Виробництво електродів

Особливе місце та велике застосування металевого цезію в останні роки є у використанні його як добавки до вольфраму для виробництва електродів потужних освітлювальних дугових ламп та електродів, що застосовують для зварювання алюмінію, магнію, титану, нержавіючої сталі та цілого ряду активних сплавів у середовищі аргону, гелію та водню. Застосування цієї добавки (0,1-0,35%) в значній мірі полегшує запалювання та горіння дуги при низькій напрузі.

Радіонукліди

Докладніше: Цезій-137

Цезій-137 (¹³⁷Cs) — штучний радіоактивний ізотоп цезію. Випромінювання, що ним створюється, використовується для потреб радіотерапії.

Японські установи AIST (Agency of Industrial Science and Technology) розробила метод для видалення радіоактивного цезію з ґрунту і води у 2011 році. Він використовує пігмент Берлінська Лазур.^[5]^[6]^[7]

Біологічна роль

Цезій відносять до маловивчених мікроелементів. Він знаходиться в навколишньому середовищі і надходить в організм різними шляхами, в основному через їжу.

Див. також

Література

Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
Гірничий енциклопедичний словник : у 3 т / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2001—2004.

U.S. Geological Survey, 2020, Mineral commodity summaries 2020: U.S. Geological Survey, 200 p., https://doi.org/10.3133/mcs2020.

Примітки

↑ The Element Cesium(англ.)
↑ Étude chimique et analyse du pollux de l'ile d'Elbe(фр.)
↑ Cesium(англ.)
↑ Isotopes of the Element Caesium(англ.)
↑ プルシアンブルーを利用して多様な形態のセシウム吸着材を開発 –汚染水や土壌などさまざまな環境に適用可能–. AIST. 24 серпня 2011. Архів оригіналу за 23 червня 2013. Процитовано 16 вересня 2011. (яп.)
↑ 土壌中のセシウムを低濃度の酸で抽出することに成功 –プルシアンブルーナノ粒子吸着材で回収し放射性廃棄物の大幅な減量化へ–. AIST. 31 серпня 2011. Архів оригіналу за 23 червня 2013. Процитовано 16 вересня 2011. (яп.)
↑ Saoshiro, Shinichi; Gibbs, Edwina (1 вересня 2011). New Japan method eyed to remove radiation from soil. Рейтер. Процитовано 16 вересня 2011. (англ.)

Посилання

[1] The Element Cesium(англ.)

[2] Étude chimique et analyse du pollux de l'ile d'Elbe(фр.)

[3] Cesium(англ.)

[4] Isotopes of the Element Caesium(англ.)

[5] プルシアンブルーを利用して多様な形態のセシウム吸着材を開発 –汚染水や土壌などさまざまな環境に適用可能–. AIST. 24 серпня 2011. Архів оригіналу за 23 червня 2013. Процитовано 16 вересня 2011. (яп.)

[6] 土壌中のセシウムを低濃度の酸で抽出することに成功 –プルシアンブルーナノ粒子吸着材で回収し放射性廃棄物の大幅な減量化へ–. AIST. 31 серпня 2011. Архів оригіналу за 23 червня 2013. Процитовано 16 вересня 2011. (яп.)

[7] Saoshiro, Shinichi; Gibbs, Edwina (1 вересня 2011). New Japan method eyed to remove radiation from soil. Рейтер. Процитовано 16 вересня 2011. (англ.)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]