Молярна маса цезію. Цезій

Цезій було відкрито 1860 року Бунзеном у воді Дюркгаймерського мінерального джерела виходячи з властивих йому спектрів. Відповідно до цього він був так і названий - за двома характерними синіми лініями спектру (caesius - синьо-сірий). Одержання металевого цезію вдалося вперше здійснити Сеттербергу (Setterberg, 1882) електролізом розплавленої суміші ціанідів цезію та барію. На той час Бунзеном вже було отримано амальгама цезію.

Отримання:

Отримання цезію найкраще вести нагріванням гідроксиду з металевим магнієм у струмі водню або металевим кальцієм у вакуумі. Згідно з де Буру, як відновник особливо підходить цирконій. Невеликі кількості цезію, де Буру, зручно отримувати нагріванням його хлориду в суміші з азидом барію у високому вакуумі. Барій, що утворюється при розпаді азиду, відновлює лужні металиїх хлоридів. Вони випаровуються та осідають на холодних стінках судини.

Фізичні властивості:

Цезій у чистому стані має за даними Костеану золотаво-жовтий колір. На повітрі тьмяніє і невдовзі покривається товстою гідроксидною кіркою. Тому його слід зберігати під шаром гасу або парафінової олії. Як і всі лужні метали, цезій надзвичайно м'який (як віск) і легко піддається стиску. Тпл. = 28,4 ° С. Має високу електропровідність.

Хімічні властивості:

Цезій - лужний метал, він відразу займається при доступі кисню з утворенням твердого пероксиду CsO 2 навіть у відсутності води, тоді як інші лужні метали (за винятком рубідія) на сухому повітрі або в струмі кисню спалахують тільки при помірному нагріванні. Цезій спалахує також при взаємодії з галогенами (з бромом реакція йде з вибухом), фосфором та сіркою.
Цезій дуже активно розкладає воду. При цьому він плавиться, а водень, що виділяється, займається. Зі спиртом цезій реагує з утворенням алкоголю:
2Cs + 2HOC 2 H 5 = 2CsOC 2 H 5 + H 2
У сполуках виявляє ступінь окиснення +1.

Найважливіші сполуки:

Оксид цезію.Для цезію відомий ряд сполук із киснем Cs 7 O, Cs 4 O (?), Cs 7 O 2 , Cs 3 O, Cs 2 O. Існування цих своєрідних сполук було встановлено вже 1909 р. Ренгаді. Оксид цезію помаранчевий може бути отриманий взаємодією пероксиду зі стехіометричною кількістю металу. Енергійно взаємодіє з водою. При слабкому нагріванні реагує з воднем з утворенням гідроксиду та гідриду:
Cs 2 O + H 2 = CsOH + CsH
Надпероксид цезію CsO 2 , жовтого кольору, утворюється при горінні цезію в струмі кисню При сильному нагріванні надпероксид цезію відщеплює кисень, переходячи в чорну Cs 2 O 3 . Взаємодія надпероксиду з водою призводить до утворення пероксиду водню та кисню.
Існує і червоний озонид цезію CsO3.
Гідроксид цезію CsOH, безцв. крист., луг. Отримують електролізом расторів солей цезію, взаємодією сульфату цезію з гідроксидом барію.
Солі цезіюсхожі на відповідні солі калію. Оскільки для отримання солей цезію використовуються переважно залишкові лугу від переробки калійних солей. Головна задачаполягає в тому, щоб відокремити його від калію.
Хлоридцезію отримують взаємодією карбонатів з соляною кислотоюабо прожарювання хлороплатинатів. Хлорид цезію кристалізується як кубів. Помітно отруйний. Цезій, як і рубідій, схильний до утворення полігалогенідів.
Карбонатцезію найзручніше отримувати взаємодією сульфатів з гідроксидом барію і подальшим упарюванням з карбонатом амонію. Карбонат цезію легко розчинний у спирті. Гідрокарбонат цезію розчинний краще, ніж гідрокарбонат калію.
Сульфатцезію утворює ромбічні кристали, ізоморфні сульфату калію. Легко утворює подвійні соліз сульфатом алюмінію, сульфатом заліза(III) та з сульфатами двовалентних металів.

Застосування:

Металевий цезій використовують у фотоелементах, газових лазерах, цезієвих лампах. Багато солі цезію використовують у складі електролітів паливних елементів. В аналітичній та препаративній хімії застосовують хлорид цезію для отримання чистих подвійних хлоридів з хлоридами важких металів; отримані таким чином подвійні солі відрізняються здебільшого поганою розчинністю та здатністю добре кристалізуватися. Для виявлення алюмінію застосовується утворення цезієвих галунів: CsAl(SO 4) 2 *12H 2 O.
Світове виробництво (без СРСР) – близько 10 т/рік (1979).

Самоволова Ю.

Див. також:
С.І. Венецький Про рідкісні та розсіяні. Розповіді про метали.

Характеристика цезію, його особливості будови та якості, властиві цьому елементу, обов'язково проходять у курсі хімії. Не лише школярі, а й студенти хімічних спеціальностей мають знати специфічні особливості цієї сполуки. Застосування цезію нині досить широке - але у специфічній сфері. Багато в чому це пов'язано з тим, що при кімнатній температурі елемент набуває рідкого стану, а в чистому вигляді практично не зустрічається. Нині лише п'ять металів мають аналогічні якості. Властивості цезію визначають інтерес до нього вчених та можливості щодо застосування сполуки.

Про що йде мова?

М'який метал цезій позначається у таблиці Менделєєва символами Cs. Його порядковий номер – 55. М'який метал має сріблястий, золотистий відтінок. Температура плавлення – 28 градусів за шкалою Цельсія.

Цезій являє собою лужний метал, чиї якості та особливості подібні до калію, рубідії. Будова цезію зумовлює підвищену реактивність. З водою метал може реагувати за температури за шкалою Цельсія 116 градусів нижче нуля. Хімічний елемент цезію має високу пірофорність. Видобувається він з півлуцита. Багато радіоактивних ізотопів цезію (включаючи той, хто знайшов собі активне застосуванняцезій 137) виробляються під час переробки відходів, що виникають при функціонуванні ядерного реактора. Цезій 137 є результатом реакції розщеплення.

Історичні передумови

Заслуга відкриття електронної формули цезію належить хімікам з Німеччини, видатним умам у своїй області Кірхгоффу, Бунзену. Ця подія сталася далекого 1860 року. У той період почали активно змінювати тільки винайдену методику спектроскопії полум'ям, і в ході своїх експериментів німецькі вчені виявили раніше невідомий громадськості хімічний елемент - цезій. На той момент цезій був представлений як одержувач, що актуально для фотоелементів, електронних ламп.

Помітні зміни в історії визначення та виділення елемента відбулися 1967-го. З урахуванням зробленої Ейнштейном заяви про те, що швидкість світла можна вважати найбільш постійним фактором вимірювання, властивим нашому всесвіту, було вирішено виділити цезій 133. Це стало важливим моментом у розширенні спектра застосування хімічного елемента цезію - зокрема, на ньому виготовляють атомний годинник.

Цезій у дев'яності роки

Саме останньому десятилітті минулого століття хімічний елемент цезій почав використовуватися людством особливо активно. З'ясувалося, що він застосовується у роботах буріння рідин. Також вдалося знайти досить велику зону застосування у хімічних галузях. Виявилося, що цезію хлорид та інші його похідні можуть використовуватися при конструюванні складної електроніки.

Тоді ж, у дев'яності, особлива увага наукової спільнотибуло прикуто до всього, що могло б стати новим словом в атомній, ядерної енергетики. Саме тоді найретельніше вивчили радіоактивний цезій. Виявлено, що напіврозпад цього компонента потребує близько трьох десятиліть. В даний час радіоактивні ізотопи цезію знайшли широке застосування в гідрології. Без них не обходяться і медицина, промисловість. Найбільш широке розповсюдженняотримав радіоактивний ізотоп цезій 137. Цезію властивий низький рівеньотруйних здібностей, у той же час радіоактивні похідні у великій концентрації можуть завдати шкоди природі та людині.

Фізичні параметри

Специфіка цезію (а також хлориду цезію та інших похідних цього металу) зумовлює можливості широкого застосування продукту. Серед інших елементів саме цезій має найменший показник твердості - всього 0,2 одиниці. Крім м'якості, металу властива податливість. У нормальному станіправильна електронна формулацезія дозволяє сформувати блідий за кольором матеріал, здатний змінювати фарбу на темнішу при найменшому контакті зі сполуками кисню.

Точка плавлення металу - всього лише 28 градусів за Цельсієм, а це означає, що з'єднання належить до п'яти металів, при кімнатній температурі або близької до такої, що знаходяться в рідкій фазі. Ще нижча точка плавлення, ніж у цезію, зареєстрована тільки в Меркурія. Точка кипіння цезію теж невелика – менше тільки у ртуті. Особливості електрохімічного потенціалу регламентують горіння металу - він створює фіолетові відтінки чи синій колір.

Поєднання та особливості

У цезію є здатність вступати в реакції з також елемент формує оксиди цезію. Крім того, спостерігаються реакції з ртутними сумішами, золотом. Особливості взаємодії з іншими сполуками, а також температурні режими, у яких реакції можливі, декларують можливі міжметалеві склади. Зокрема, цезій є вихідним компонентом формування фоточутливих сполук. Для цього проводять реакцію металу за участю торію, сурми, галію, індію.

Крім оксиду цезію, інтерес у хіміків викликають і результати взаємодії з низкою лужних елементів. У той же час слід враховувати, що метал не може реагувати з літієм. Для кожного зі сплавів цезію характерний свій відтінок. Деякі суміші - це чорно-фіолетові з'єднання, інші пофарбовані в золотий відтінок, а треті практично безбарвні, але з яскраво вираженим металевим блиском.

Хімічні особливості

Найбільш яскраво виражена особливість цезію – його пірофорність. Крім того, увагу вчених привертає електрохімічний потенціал металу. Цезій може спонтанно спалахнути прямо в повітрі. При взаємодії із водою відбувається вибух, навіть якщо умови реакції передбачали низькі температури. Помітно відрізняється у цьому плані цезій від першої групи Менделєєвської хімічної таблиці. При взаємодії цезію та води у твердому вигляді також відбувається реакція.

Виявлено, що період напіврозпаду цезію триває близько трьох десятиліть. Матеріал визнали небезпечним через його особливості. Щоб працювати із цезієм, необхідно створити атмосферу інертного газу. У той же час вибух при контакті з водою при рівній кількості натрію та цезію у другому випадку буде відчутно слабшим. Хіміки пояснюють це такою особливістю: при контакті цезію з водою відбувається миттєва вибухова реакція, тобто не залишається досить тривалого проміжку часу для накопичення водню. Оптимальний метод зберігання цезію – закупорені ємності з боросилікатної сполуки.

Цезій: у складі сполук

Цезій у сполуках виступає як катіон. Є багато різноманітних аніонів, з якими можлива реакція формування сполуки. Більша частинасолей цезію немає кольору, якщо фарбування не обумовлено аніоном. Прості солі гігроскопічні, хоча меншою мірою, ніж в інших легких металів-лугів. Багато хто у воді розчиняється.

Мають відносно низький ступінь розчинності. Це знайшло досить широке застосування у промисловості. Наприклад, сульфат алюмінію-цезію активно використовується в рудноочисних установках через свою малу розчинність водою.

Цезій: унікальний та корисний

Візуально цей метал подібний до золота, але трохи світліше, ніж найпопулярніший шляхетний метал. Якщо взяти шматочок цезію в руку, він швидко розплавиться, а отримана субстанція буде рухомою, трохи змінить колір - ближче до срібла. У розплавленому стані цезій добре відбиває промені світла. З лужних металів цезій вважається найбільш важким, у той же час йому властива найнижча густина.

Історія відкриття цезію містить згадки про Дюрхгеймському джерелі. Саме звідси надіслали зразок води для лабораторного дослідження. У ході аналізу складових компонентівособливу увагу приділяли вирішенню питання: який саме елемент забезпечує лікувальні якості рідини? Німецький вчений Бунзен вирішив застосувати метод спектрального аналізу. Саме тоді з'явилися дві несподівані лінії блакитного відтінку, не властиві відомим на той час сполукам. Саме колір цих смуг і допоміг вченим вибрати ім'я для нового компонента – небесно-блакитний латиною звучить як «цезій».

Де ж мені тебе знайти?

Як було виявлено в ході тривалих випробувань, цезій - це розсіяний елемент, який у природних умовтрапляється вкрай рідко. Так, проводячи порівняльний аналіззмісту в корі планети рубідії та цезію, вчені виявили, що другого менше в сотні разів. Приблизна оцінка концентрації дала показник 7*10(-4) %. Ніякий інший менш чутливий метод, ніж спектроскопія, не дозволив би виявити настільки рідкісне з'єднання. Це пояснює факт того, що раніше вчені навіть не підозрювали існування цезію.

В даний час вдалося з'ясувати, що частіше зустрічається цезій у породах, що видобуваються в горах. Його концентрація в цьому матеріалі не перевищує тисячних часток відсотка. Категорично малі кількості вдалося зафіксувати у водах морів. До десятих часток відсотка доходить рівень концентрації в літієвих, калієвих мінеральних сполуках. Найчастіше його вдається виявити у лепідоліті.

При порівнянні відмітних особливостей цезію та рубідії, а також інших елементів, що зустрічаються вкрай рідко, вдалося виявити, що цезію властиве формування унікальних мінералів, на що не здатні інші сполуки. Саме таким чином виходять півлуцит, родицит, огодріт.

Родицит, як з'ясували вчені, зустрічається виключно рідко. Аналогічним чином дуже складно знайти вагадрит. Полуцит дещо більш поширений, часом виявлялися невеликі поклади. Вони мають дуже низьку потужність, але містять цезій у кількості 20-35 відсотків від загальної маси. Найважливіші, з погляду громадськості, півлуцити виявили в американських надрах і території Росії. Також шведські розробки, казахстанські. Відомо, що півлуцит знайдено на південному заході Африканського континенту.

Робота продовжується

Не секрет, що відкриття елемента та отримання його в чистому вигляді – це дві абсолютно різні завдання, хоч і пов'язані між собою. Коли зрозуміли, що цезій зустрічається дуже рідко, вчені почали розробляти методики синтезування металу в лабораторних умовах. Спочатку здавалося, що це зовсім непосильне завдання, якщо застосовувати доступні на той час засоби та техніку. Бунзену за довгі рокитак і не вдалося виділити металевий цезій у його чистому вигляді. Лише через два десятиліття передові хіміки змогли нарешті вирішити це завдання.

Прорив стався 1882-го, коли Сеттерберг із Швеції провів електроліз суміші, що на чотири частини складається з ціанідів цезію, до яких була примішана одна частина барію. Останній компонент використовувався, щоб зробити температуру плавлення меншою. Ціаніди, як у цей момент вже знали вчені, були дуже небезпечними компонентами. У той же час за рахунок барію формувалося забруднення, що не дозволяло отримати більш-менш задовільній кількості цезію. Було ясно, що методика потребує суттєвих доробок. Хороша пропозиціяу цій сфері було винесено на обговорення наукової спільноти Бекетова. Саме тоді увагу привернула гідроокис цезію. Якщо відновити це з'єднання, застосовуючи металевий магній, підвищуючи нагрівання і використовуючи водневий струм, можна досягти трохи кращого результату, ніж доведений шведським хіміком. Втім, реальні експерименти показали, що вихід удвічі менший, ніж теоретичний.

Що далі?

Цезій і надалі залишався у фокусі уваги міжнародної хімічної наукової спільноти. Зокрема, у своїх дослідженнях йому присвятив чимало зусиль та часу французький вчений Акспіль. У 1911 році він запропонував кардинально новий підхід до питання вилучення чистого цезію. Необхідно було проводити реакцію у вакуумі, як вихідного матеріалубрався хлорид металу, а його відновлення застосовувався металевий кальцій.

Така реакція, як показали експерименти, відбувається майже остаточно. Щоб досягти достатнього ефекту, необхідно використовувати спеціальний прилад. У лабораторіях зазвичай вдаються до тугоплавкого скла або використовують кварцові ємності. У приладу має бути відросток. Всередині підтримується тиск 0.001 мм рт. ст. Для успішної реакції необхідно забезпечити нагрів ємності до 675 градусів за шкалою Цельсія. При цьому виділяється цезій, який практично відразу випаровується. Пари переходять у призначений для цього відросток. А ось хлористий калій переважно осідає у реакторі. При заданих умовах леткість цієї солі настільки мала, що її можна взагалі не враховувати, оскільки для цієї сполуки характерна температура плавлення – 773 градуси (за тією самою шкалою Цельсія). Це означає, що осад може розплавитися, якщо ємність перегріти сто градусів щодо задуманого. Щоб досягти максимально ефективного результату, необхідно провести повторний процес дистиляції. Для цього виробляють вакуум. На виході буде ідеальний металевий цезій. В даний час описана методика застосовується найбільш широко і вважається оптимальною для одержання сполуки.

Активність та реакції

В ході численних дослідженьвчені змогли визначити, що цезію властива дивовижна активність, яка в нормі не властива металам. При контакті з повітрям відбувається спалах, що призводить до виділення надпероксиду. Досягти окису можна, якщо обмежити доступ кисню до реагентів. Є можливість формування субоксидів.

Якщо цезій контактує з фосфором, сіркою, галогеном, це провокує реакцію, що супроводжується вибухом. Також вибух супроводжує реакцію з водою. Використовуючи кристалізатор, склянку можна зіткнутися з тим, що ємність буквально розлітається на шматочки. Також можлива реакція з льодом, якщо температура за шкалою Цельсія не нижче 116 градусів. Внаслідок такої реакції продукуються водень, гідроксид.

Гідроксид: особливості

У ході вивчення продуктів реакції, вироблених цезієм, хіміки виявили, що одержуваний гідроксид - це дуже сильна основа. Взаємодіючи з ним, необхідно пам'ятати, що при високій концентрації це з'єднання може зруйнувати скло навіть без додаткового нагріву. А ось при підвищенні температури гідроксид легко плавить нікель, залізо, кобальт. Аналогічним буде впливом геть корунд, платину. Якщо у реакції бере участь кисень, гідроксид цезію дуже швидко руйнує срібло, золото. Якщо обмежити надходження кисню, процес протікає відносно повільно, але все ж таки не зупиняється. Стійкістю до гідроксиду цезію мають родій і кілька сплавів цієї сполуки.

Застосовувати з розумом

Не лише цезій, а й відомі на основі цього металу сполуки використовуються в даний час дуже широко. Без них неможливо уявити конструювання радіотехніки, незамінні вони і в електроніці. Активно застосовується поєднання та варіації цезію в хімії, промисловості, офтальмологічній сфері, медичній. Не обійдено увагою цезій і в рамках розвитку технологій, що застосовуються в космосі, а також ядерної енергетики.

В даний час поширене використання цезію при конструюванні фотоелементів. Бромід, йодид цього металу необхідні створення систем інфрачервоного бачення. Отримані промисловим шляхом монокристали допускається використовувати як елементи детекторів, що дозволяють фіксувати іонізуюче випромінювання. Деякі сполуки на основі цезію активно використовуються як каталізатори у процесах промисловості. Це необхідно при створенні аміаку, формуванні та продукуванні бутадієну.

Радіація та цезій

Найбільшу увагу вчених привертає ізотоп цезій 137. Він належить до категорії бета-випромінювачів. В даний час цей елемент незамінний у процесі стерилізації продуктів харчування, лікарських сполук. До нього прийнято вдаватися під час терапії злоякісних новоутворень. Сучасні підходидозволили застосовувати елемент при гамма-дефектоскопії. На його основі конструюються датчики рівня та джерела струму. 137-й ізотоп в навколишнє середовище в дуже велику кількістьпотрапив після аварії на Чорнобильській атомній станції Саме він – один із найголовніших чинників забруднення після цієї катастрофи.

Втім, 137-й – це не єдиний радіоактивний ізотоп цезію, який знайшов застосування у сучасної промисловості. Так, атомний годинник створюється на ізотопі цезію 133. В даний час - це найточніший прилад, що дозволяє контролювати хід часу. Одна секунда, як з'ясували в ході високоточних досліджень сучасні вчені, це 91 926 317 70 періодів випромінювання. Це дозволяє використовувати атом ізотопу цезію 133 як стандарт визначення частоти, часу.

Цезій входить у групу хімічних елементів з обмеженими запасами разом із гафнієм, танталом, бериллієм, ренією, металами платинової групи, кадмієм, телуром. Загальні виявлені світові ресурси руд становлять близько 180 тис. тонн (у перерахунку на окис цезію), але вони вкрай розпорошені. Надвисокі ціни - це невід'ємна риса, що супроводжує цезій та рубідій у минулому та сьогоденні. Світовий обсяг видобутку цезію становить близько 9 тонн на рік, а потреба понад 85 тонн на рік і вона постійно зростає. У цезію є і недоліки, які зумовлюють постійний пошук його мінералів: вилучення цього металу з руд неповне, в процесі експлуатації матеріалу він розсіюється і тому безповоротно втрачається, запаси цезієвих руд дуже обмежені і не можуть забезпечити попит, що постійно зростає, на металевий цезій (потреби в металі більш ніж у 8,5 разів перевищують його видобуток, і становище в металургії цезію ще більш тривожне, ніж, наприклад, металургії танталу або ренію). Промисловість потребує саме дуже чистого матеріалу (на рівні 99,9—99,999 %), і це є одним із найважчих завдань у металургії рідкісних елементів. Для отримання цезію достатнього ступеня чистоти потрібно багаторазова ректифікація у вакуумі, очищення від механічних домішок на металокерамічних фільтрах, нагрівання з гетерами для видалення слідів водню, азоту, кисню та багаторазова ступінчаста кристалізація. Цезій дуже активний і агресивний по відношенню до контейнерних матеріалів і вимагає зберігання, наприклад, у посудинах зі спеціального скла в атмосфері аргону або водню (звичайні марки лабораторного скла цезій руйнує).

Місце народження

З видобутку цезієвої руди (полуцита) лідирує Канада. У родовищі Бернік-Лейк (південно-східна Манітоба) зосереджено близько 70% світових запасів цезію. Полуцит також видобувається в Намібії та Зімбабве. У Росії його потужні родовища знаходяться на Кольському півострові, в Східному Саяніта Забайкалля. Родовища півлуциту також є в Казахстані, Монголії та Італії (о. Ельба), але вони мають малі запаси і не мають важливого економічного значення.

Щорічне виробництво цезію у світі становить близько 20 тонн.

Геохімія та мінералогія

Середній вміст цезію в земної кори 3,7 г/т. Спостерігається деяке збільшення вмісту цезію від ультраосновних порід (0,1 г/т) до кислих (5 г/т). Основна його маса в природі знаходиться у розсіяній формі і лише незначна частина укладена у власних мінералах. Постійно підвищені кількості цезію спостерігаються у гороб'євіті (1-4%), родициті (близько 5%), огодрити і лепідоліті (0,85%). За кристалохімічними властивостями цезій найбільш близький до рубідії, калію та талію. У підвищених кількостях цезій знаходиться у калієвих мінералах. Цезій, як і рубідій, має тенденцію накопичуватися на пізніх стадіях магматичних процесів, і в пегматит його концентрації досягають найвищих значень. Середній вміст цезію в гранітних пегматитах близько 0,01 %, а окремих пегматитових жилах, містять півлуцит, навіть сягає 0,4 %, що у 400 разів вище, ніж у гранітах. Найбільш високі концентрації цезію спостерігаються в рідкометально заміщених мікроклін-альбітових пегматитах із сподуменом. При пневматоліто-гідротермальному процесі підвищені кількості цезію пов'язані з масивами грейзенезованих аляскитів та гранітів з кварц-берил-вольфрамітовими жилами, де він присутній головним чином у мусковітах та польових шпатах. У зоні гіпергенезу (у поверхневих умовах) цезій у невеликій кількості накопичується в глинах, глинистих породах та ґрунтах, що містять глинисті мінерали, іноді у гідроокислах марганцю. Максимальний вміст цезію становить лише 15 г/т. Роль глинистих мінералівзводиться до сорбції, цезій залучається в міжпакетний простір як поглинену основу. Активна міграція цього елемента у водах дуже обмежена. Більшість цезію мігрує «пасивно», в глинистих частинках річкових вод. У морській воді концентрація цезію становить прибл. 0,5 мкг/л. З-поміж власне цезієвих мінералів найбільш поширені поллуцит (Cs, Na) · nH2O (22 - 36% Cs2O), цезієвий берил (гороб'євіт) Be2CsAl2(Si6O18) і огодрити (KCs)BF4. Останні два мінерали містять до 7,5% окису цезію.

Отримання цезію

Основними цезієвими мінералами є поллуцит і дуже рідкісний вагадрит (K, Cs). Крім того, у вигляді домішок цезій входить до ряду алюмосилікатів: лепідоліт, флогопіт, біотит, амазоніт, петаліт, берил, циннвальдіт, лейцит, карналіт. Як промислову сировину використовуються півлуцит і лепідоліт.
При промисловому отриманні цезій як сполук вилучається з мінералу поллуцита. Це робиться хлоридним або сульфатним розтином. Перше включає обробку вихідного мінералу підігрітою соляною кислотою, додавання хлориду сурми SbCl3 для осадження сполуки Cs3 та промивання гарячою водою або розчином аміаку з утворенням цезію хлориду CsCl. При другому - мінерал обробляється підігрітою сірчаною кислотою з утворенням алюмоцезієвих галунів CsAl(SO4)2 · 12H2O.
У Росії після розпаду СРСР промисловий видобуток півлуциту не вевся, хоча у Вороньій тундрі під Мурманськом ще в радянський часбуло виявлено колосальні запаси мінералу. На той час, коли російська промисловістьспромоглася стати на ноги, з'ясувалося, що ліцензію на розробку цього родовища купила Канадська компанія. В даний час переробка та вилучення солей цезію з півлуцита ведеться в Новосибірську на ЗАТ «Завод рідкісних металів».

Існує кілька лабораторних методів одержання цезію. Він може бути отриманий:
нагріванням у вакуумі суміші хромату або дихромату цезію з цирконієм;
розкладанням азиду цезію у вакуумі;
нагріванням суміші хлориду цезію та спеціально підготовленого кальцію.

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

Хімічні властивості

Цезій є найбільш хімічно активним металом, отриманим в макроскопічних кількостях (оскільки активність лужних металів зростає з порядковим номером, то францій, ймовірно, ще активніший, але в макроскопічних кількостях не отриманий, тому що всі його ізотопи мають малий період напіврозпаду). Є найсильнішим відновником. На повітрі цезій миттєво окислюється із запаленням, утворюючи надпероксид CsO2. При обмеженому доступі кисню окислюється до оксиду Cs2O. Взаємодія з водою відбувається з вибухом, продуктом взаємодії є гідроксид CsOH та водень H2. Цезій вступає в реакцію з льодом (навіть при −120 °C), простими спиртами, галогеноорганічними сполуками, галогенідами важких металів, кислотами, сухим льодом (взаємодія протікає із сильним вибухом). Реагує із бензолом. Активність цезію обумовлена ​​не лише високим негативним електрохімічним потенціалом, а й невисокою температурою плавлення та кипіння (швидко розвивається дуже велика контактна поверхня, що збільшує швидкість реакції). Багато утворювані цезієм солі - нітрати, хлориди, броміди, фториди, іодиди, хромати, манганати, азиди, ціаніди, карбонати і т. д. - надзвичайно легко розчиняються у воді та ряді органічних розчинників; найменш розчинні перхлорати (що важливо для технології отримання та очищення цезію). Незважаючи на те, що цезій є дуже активним металом, він, на відміну від літію, не вступає в реакцію з азотом при звичайних умовахі, на відміну від барію, кальцію, магнію та інших металів, не здатний утворити з азотом сполук навіть при найсильнішому нагріванні.

Гідроксид цезію - сильна основа з високою електропровідністю у водному розчині; так, наприклад, при роботі з ним необхідно враховувати, що концентрований розчин CsOH руйнує скло навіть при звичайній температурі, а розплав руйнує залізо, кобальт, нікель, а також платину, корунд та діоксид цирконію, і навіть поступово руйнує срібло та золото (у присутності кисню - дуже швидко). Єдиним стійким у розплаві гідроксиду цезію металом є родій та деякі його сплави.

Тане в руках, але не сніг - загадка з розділу "хімія". Відгадка - цезій. Температура плавлення цього металу дорівнює 24,5 градусів за Цельсієм. Речовина, що буквально втікає крізь пальці, відкрита 1860-го року. Цезій став першим елементом, виявленим за допомогою спектрального аналізу.

Провели його Роберт Бунзен та Густав Кіргоф. Хімікі вивчали води мінеральних джерелу Дюркхеймі. Виявили магній, літій, кальцій, . Насамкінець помістили краплю води в спектроскоп і побачили дві лінії синього кольору – свідчення присутності невідомої речовини.

Спочатку виділили його хлороплатинат. Заради 50 г переробили 300 тонн мінеральної води. З назвою нового металу мудрувати не стали. З латинського «цезій» перекладається як «блакитний».

Хімічні та фізичні властивості цезію

У спектроскопі метал випромінює яскраво-синій. Насправді ж елемент схожий на , трохи світліший за нього. У рідкому станіжовтизна цезію йде, розплав стає сріблястим. Видобути сировину для дослідів непросто.

З металів елемент найрідкісніший і розсіяний у земній корі. У природі зустрічається лише один ізотоп – цезій 133. Він повністю стійкий, тобто не схильний до радіоактивного розпаду.

Радіоактивні ізотопи металу отримані штучно. 135-й цезій - довгожитель. Період його напіврозпаду наближається до 3000000 років. Цезій 137наполовину розпадається за 33,5 року. Ізотоп визнано одним із основних джерел забруднення біосфери.

У неї нуклід потрапляє зі скидів заводів, атомних станцій. Період напіврозпаду цезіюдозволяє йому проникати у води, ґрунт, рослини, накопичуватися в них. Особливо багато 137-го ізотопу в прісноводних водоростях та лишайниках.

Будучи найрідкіснішим із металів, цезій є ще й найактивнішим. Елемент лужний, розташований у головній підгрупі 1-ої групи періодичної системи, що вже зобов'язує речовину легко вступати в хімічні реакції. Їхній перебіг посилює присутність води. Так, на повітрі атом цезіювибухає через знаходження її пари в атмосфері.

Взаємодія з водою супроводжується вибухом, навіть якщо вона замерзла. Реакція з льодом можлива за -120 градусів Цельсія. Сухий лід – не виняток. Вибух неминучий при контакті цезію з кислотами, простими спиртами, галогенідами важких металів галогенами органічного типу.

Взаємодії легко запускаються з 2 причин. Перша – сильний негативний електрохімічний потенціал. Тобто атом заряджений негативно, прагне притягнути до себе інші частки.

Друга причина – площа поверхні цезію при реакціях коїться з іншими речовинами. Таючи в кімнатних умовах, елемент розтікається. Виходить, що для взаємодії відкрито більша кількістьатомів.

Активність елемента призвела до відсутності його чистої форми у природі. Трапляються лише сполуки, наприклад, . В тому числі: хлорид цезію, фторид, йодит, азит, ціаніт, бромід та карбонат цезію. Усі солі 55-го елемента легко розчиняються у воді.

Якщо ж робота ведеться з гідроксидом цезіюБоятися треба не його розчинення, а того, що він сам здатний зруйнувати, наприклад, скло. Його структура порушується реагентом вже за кімнатної температури. Варто підвищити градус, гідроксид не пощадить і кобальт, корунд, і залізо.

Реакції проходять особливо швидко у кисневому середовищі. Протистояти гідроксиду цезію здатний тільки. У взаємодію з 55-м елементом не вступає і азот. Азит цезію отримують лише непрямим шляхом.

Застосування цезію

Цезій, формулаякого забезпечує низьку роботу виходу електрона, придатний при виготовленні фотоелементів. У приладах на основі 55 речовини витрати на отримання струму мінімальні. Чутливість до випромінювання, навпаки, максимальна.

Щоб фотоелектричне обладнання не коштувало надто через рідкість цезію, його сплавляють з , , , . Як джерело струму цезій застосовується у паливних елементах. Твердий електроліт на основі 55-го металу – частина автомобілів та високоенергоємних акумуляторів.

Застосовують п'ятдесят п'ятий метал і в лічильниках заряджених частинок. Для них купують йодит цезію. Активований талієм, він реєструє майже будь-які випромінювання. Цезієві детектори купують для атомних підприємств, геологічної розвідки, медичні клініки.

Користуються приладами та космічної галузі. Зокрема, Марс-5 вивчив елементарний склад поверхні червоної планети саме завдяки гамма-спектрометру на основі цезію.

Здатність вловлювати інфрачервоні промені – причина застосування в оптиці. До неї додають бромід цезіюі оксид цезію. Він є у біноклях та окулярах нічного бачення, збройових прицілах. Останні спрацьовують навіть із космосу.

137-й ізотоп елемента теж знайшов гідне застосування. Радіоактивний нуклід як забруднює атмосферу, а й стерилізує продукти, точніше, тару їм. Напіврозпад цезіюДовгий. Можна обробити мільйони консервів. Іноді, стерилізують і м'ясо – туші птахів та .

Обробляти 137 ізотопом можна і медичні інструменти, ліки. Нуклід потрібен і в лікуванні, якщо справа стосується пухлин. Метод називається радіотерапією. Препарати з цезієм дають і при шизофренії, дифтерії, виразкових захворюваннях, деяких видах шоку.

Металурги потребують чистого елементу. Його домішують до сплавів та . Добавка підвищує їхню жароміцність. У , наприклад, вона збільшується втричі при цезі всього в 0,3%.

Зростає міцність на розрив, стійкість до корозії. Щоправда, промисловці шукають альтернативу 55 елементу. Занадто він дефіцитний, не вигідний у ціні.

Видобуток цезію

Метал виділяють із півлуциту. Це водний алюмосилікат та цезію. Мінералів, що містять 55-й елемент одиниці. У півлуциті процент цезію робить видобуток економічно обґрунтованим. Чимало металу і в авардиті. Однак, цей камінь сам такий рідкісний, як і цезій.

Промисловці розкривають півлуцит хлоридами або сульфатами. Цезійз каменю виділяють, занурюючи їх у підігріту соляну кислоту. Туди ж засипають хлорид сурми. Утворюється осад.

Його промивають гарячою водою. Результат операцій - хлорид цезію. При роботі з сульфатом, поллуцит занурюють у сірчану кислоту. На виході утворюються алюмоцезієві галун.

У лабораторіях застосовують інші методи одержання 55-го елемента. Їх 3, всі трудомісткі. Можна нагріти дихромат та хромат цезію з цирконієм. Але для цього потрібен вакуум. Він потрібний і для розкладання азіду цезію. Без вакууму обходяться лише при нагріванні спеціально підготовленого кальцію та хлориду 55-го металу.

Ціна цезію

У Росії здобиччю та переробкою півлуциту займається Завод рідкісних металів у Новосибірську. Продукцію пропонує і Гірничо-збагачувальний комбінат Ловозерська. Останній пропонує цезій в ампулахпо 10 та 15 міліграмів.

Вони йдуть у пачках по 1000 штук. Мінімальна вартість - 6000 рублів. Сєвредмет теж торгує ампулами, але готовий здійснювати постачання менших обсягів — від 250 грамів.

Якщо чистота металу 99,9%, за один грам, як правило, просять у районі 15-20 доларів США. Мова йдепро стійкий 133-й ізотоп 55-го елемента періодичної системи .

У природному цезії не вдалося виявити будь-які інші ізотопи, крім стабільного 133 Cs. Відомо 33 радіоактивних ізотопу цезію з масовими числамивід 114 до 148. Найчастіше вони недовговічні: періоди напіврозпаду вимірюються секундами і хвилинами, рідше – кількома годинами чи днями. Однак три з них розпадаються не так швидко – це 134 Cs, 137 Cs та 135 Cs з періодами піврозпаду 2 роки, 30 років та 3 10 6 років. Всі три ізотопи утворюються при розпаді урану, торію та плутонію в атомних реакторах або в ході випробувань ядерної зброї.

Ступінь окиснення +1.

У 1846 р. у пегматитах о.Ельба в Тірренському морі було відкрито силікат цезію – півлуцит. При вивченні цього мінералу невідомий тоді цезій було прийнято за калій. Зміст калію обчислювалося за масою з'єднання платини, за допомогою якого елемент переводили в нерозчинний стан. Так як калій легший за цезію, то підрахунок результатів хімічного аналізупоказував нестачу близько 7%. Ця загадка була дозволена лише після відкриття спектрального методуаналізу німецькими вченими Робертом Бунзеном та Густавом Кірхгоффом у 1859. Бунзен та Кірхгофф відкрили цезій у 1861. Спочатку він був знайдений у мінеральних водахцілющих джерел Шварцвальда. Цезій став першим із елементів, відкритих методом спектроскопії. Його назва відображає колір найяскравіших ліній у спектрі (від латинського caesius – небесно-блакитний).

Першовідкривачам цезію не вдалося виділити цей елемент у вільному стані. Металевий цезій був вперше отриманий лише через 20 років, у 1882, шведським хіміком К.Сеттербергом (Setterberg C.) при електролізі розплавленої суміші ціанідів цезію та барію, взятих щодо 4:1. Ціанід барію додавався для зниження температури плавлення, проте працювати з ціанідами було важко через їх високу токсичність, а барій забруднював кінцевий продукт, та й вихід цезію був дуже малий. Більше раціональний спосіббув знайдений у 1890 відомим російським хіміком Н.Н.Бекетовим, який запропонував відновлювати гідроксид цезію металевим магнієм у потоці водню при підвищеній температурі. Водень заповнював прилад і перешкоджав окисленню цезію, який відганявся у спеціальний приймач, проте й у разі вихід цезію не перевищував 50% від теоретичного.

Цезій у природі та його промислове вилучення.

Цезій відноситься до рідкісних елементів. Він зустрічається в розсіяному стані (порядку тисячних часток відсотка) у багатьох гірських породах; мізерні кількості цього металу були виявлені і в морській воді. У більшій концентрації (до кількох десятих відсотка) він міститься в деяких калієвих та літієвих мінералах, головним чином, у лепідоліті. На відміну від рубідії та більшості інших рідкісних елементів, цезій утворює власні мінерали – півлуцит, агадрит та родицит.

Родицит дуже рідкісний. Його часто відносять до літієвих мінералів, так як до його складу (М 2 O · 2Al 2 O 3 · 3B 2 O 3 де М 2 O - сума оксидів лужних металів) літію зазвичай входить більше, ніж цезію. Авогадрит (K, Cs) теж рідкісний. Найбільше цезію міститься в півлуциті (Cs,Na) n H 2 O (зміст Cs 2 O становить 29,8–36,7% за масою).

Дані щодо світових ресурсів цезію дуже обмежені. Їх оцінки засновані на півлуциті, що видобувається як побічний продукт разом з іншими пегматитовими мінералами.

З видобутку півлуцита лідирує Канада. У родовищі Бернік-Лейк (південно-східна Манітоба) зосереджено 70% світових запасів цезію (близько 73 тис. т). Полуцит видобувають також у Намібії та Зімбабве, ресурси яких оцінюють у 9 тис. т та 23 тис. т цезію, відповідно. У Росії родовища півлуцита знаходяться на Кольському півострові, Східних Саянахта Забайкалля. Є вони також у Казахстані, Монголії та Італії (о. Ельба).

Щоб розкрити цей мінерал і перевести цінні компоненти, розчинну форму його обробляють при нагріванні концентрованими мінеральними кислотами. Якщо півлуцит розкладають соляною кислотою, то з отриманого розчину дією SbCl 3 осаджують Cs 3 який потім обробляють гарячою водою або розчином аміаку. При розкладанні півлуциту сірчаною кислотою отримують алюмоцезієві галун CsAl(SO 4) 2 ·12H 2 O.

Використовують і інший спосіб: півлуцит спікають із сумішшю оксиду та хлориду кальцію, спек вилуговують в автоклаві гарячою водою, розчин випарюють насухо з сірчаною кислотою, а залишок обробляють гарячою водою. Після відокремлення сульфату кальцію з розчину виділяють сполуки цезію.

Сучасні методи вилучення цезію з півлуциту засновані на попередньому сплавленні концентратів з надлишком вапна та невеликою кількістю плавикового шпату. Якщо процес вести при 1200° C, то майже весь цезій виганяється у вигляді оксиду Cs 2 O. Цей сублімацію забруднений домішкою інших лужних металів, проте він розчинний у мінеральних кислотах, що спрощує подальші операції. Металевий цезій витягують, нагріваючи до 900° З суміші (1:3) подрібнений напівлуцит із кальцієм або алюмінієм.

Але в основному цезій отримують як пробковий продукт при виробництві літію з лепідоліту. Лепідоліт попередньо сплавляють (або спікають) при температурі близько 1000° З гіпсом або сульфатом калію і карбонатом барію. У цих умовах всі лужні метали перетворюються на легкорозчинні сполуки – їх можна вилуговувати гарячою водою. Після виділення літію залишається переробити отримані фільтрати, і тут найважча операція – відокремлення цезію від рубідії та величезного надлишку калію.

Для поділу цезію, рубідії та калію та отримання чистих сполук цезію застосовують методи багаторазової кристалізації галунів і нітратів, осадження та перекристалізації Cs 3 або Cs 2 . Використовують також хроматографію та екстракцію. Для одержання сполук цезію високої чистоти застосовують полігалогеніди.

Більшу частину виробленого цезію виділяють в ході отримання літію, тому коли в 1950-х літій почали використовувати в термоядерних пристроях і широко застосовувати в автомобільних мастилах, видобуток літію, як і цезію зріс, і з'єднання цезію стали доступнішими, ніж раніше.

Дані щодо світового виробництва та споживання цезію та його сполук не публікуються з кінця 1980-х. Ринок цезію невеликий, і його щорічне споживання оцінюється лише кілька тисяч кілограмів. В результаті немає торгівлі та офіційних ринкових цін.

Характеристика простої речовини, промислове одержання та застосування металевого цезію.

Цезій – золотисто-жовтий метал, один із трьох інтенсивно забарвлених металів (поряд з міддю та золотом). Після ртуті – це легкоплавкий метал. Плавиться цезій при 28,44 ° С, кипить при 669,2 ° С. Його пари пофарбовані в зеленувато-синій колір.

Легкоплавкість цезію поєднується з великою легкістю. Незважаючи на досить велику атомну масу елемента, його щільність при 20° становить всього 1,904 г/см 3 . Цезій набагато легший за своїх сусідів за Періодичною таблицею. Лантан, наприклад, має майже таку ж атомну масу, за щільністю перевищує цезій в три рази. Цезій всього вдвічі важчий за натрій, тоді як їх атомні масиставляться, як 6:1. Очевидно, причина цього в електронній структурі атомів цезію (один електрон на останньому s-підрівні), що призводить до того, що металевий радіус цезію дуже великий (0,266 нм).

У цезію є ще одне дуже важлива властивістьпов'язане з його електронною структурою, – він втрачає свій єдиний валентний електрон легше, ніж будь-який інший метал; для цього необхідна дуже незначна енергія - всього 3,89 еВ, тому, наприклад, отримання плазми з цезію вимагає набагато менших енергетичних витрат, ніж при використанні іншого хімічного елемента.

За чутливістю до світла цезій перевершує всі інші метали. Цезієвий катод випускає потік електронів навіть під впливом інфрачервоних променів із довжиною хвилі 0,80 мкм. Максимальна електронна емісія настає у цезію під час освітлення зеленим світлом, тоді як в інших світлочутливих металів цей максимум проявляється лише при дії фіолетових або ультрафіолетових променів.

Хімічно цезій дуже активний. На повітрі він миттєво окислюється із запаленням, утворюючи надпероксид CsO 2 з домішкою пероксиду Cs 2 O 2 . Цезій здатний поглинати найменші слідикисню за умов глибокого вакууму. З водою він реагує з вибухом з утворенням гідроксиду CsOH та виділенням водню. Цезій взаємодіє навіть з льодом при -116 ° C. Його зберігання вимагає великої обережності.

Цезій взаємодіє і з вуглецем. Тільки найдосконаліша модифікація вуглецю – алмаз – може протистояти цезію. Рідкий розплавлений цезій та його пари розпушують сажу, деревне вугілля і навіть графіт, проникаючи між атомами вуглецю і даючи досить міцні сполуки золотисто-жовтого кольору. При 200-500 ° С утворюється з'єднання складу C 8 Cs 5 а при більш високих температурах- C 24 Cs, C 36 Cs. Вони спалахують на повітрі, витісняють водень з води, а при сильному нагріванні розкладаються і віддають весь поглинений цезій.

Навіть за нормальної температури реакції цезію з фтором, хлором та інші галогенами супроводжуються займанням, і з сіркою і фосфором – вибухом. Під час нагрівання цезій з'єднується з воднем. З азотом у нормальних умовах цезій не взаємодіє. Нітрид Cs 3 N утворюється в реакції з рідким азотом при електричному розрядіміж електродами, виготовленими із цезію.

Цезій розчиняється в рідкому аміаку, алкіламінах і поліефірах, утворюючи сині розчини, що мають електронною провідністю. В аміачному розчині цезій повільно реагує з аміаком з виділенням водню та утворенням аміду CsNH 2 .

Сплави та інтерметалеві сполуки цезію порівняно легкоплавки. Аурид цезію CsAu, в якому між атомами золота та цезію реалізується частково іонний зв'язок, є напівпровідником n-Типу.

Найкраще вирішення завдання отримання металевого цезію було знайдено у 1911 р. французьким хімікомА.Акспілем. За його методом, що досі залишається найбільш поширеним, хлорид цезію відновлюють металевим кальцієм у вакуумі:

2CsCl + Ca → CaCl 2 + 2Cs

у своїй реакція триває майже остаточно. Процес ведуть при тиску 0,1-10 Па і температурі 700-800 ° С. Цезій, що виділяється, випаровується і відганяється, а хлористий кальцій повністю залишається в реакторі, так як в цих умовах леткість солі мізерна (температура плавлення CaCl 2 дорівнює 773 ° С) . Внаслідок повторної дистиляції у вакуумі виходить абсолютно чистий металевий цезій.

Описано і багато інших способів отримання металевого цезію з його сполук. Металевий кальційможна замінити його карбідом, проте при цьому температуру реакції доводиться підвищувати до 800°, тому кінцевий продукт забруднюється додатковими домішками. Проводять також електроліз розплаву цезію галогеніду з використанням рідкого свинцевого катода. В результаті одержують сплав цезію зі свинцем, з якого металевий цезій виділяють дистиляцією у вакуумі.

Можна розкладати азид цезію чи відновлювати цирконієм його дихромат, проте ці реакції іноді супроводжуються вибухом. При заміні дихромату цезію хроматом процес відновлення протікає спокійно, і хоча вихід вбирається у 50%, відганяється дуже чистий металевий цезій. Цей спосіб застосовується для отримання невеликих кількостей металу у спеціальному вакуумному приладі.

Світове виробництво цезію порівняно невелике.

Металевий цезій – компонент матеріалу катодів для фотоелементів, фотоелектронних помножувачів, телевізійних електронно-променевих трубок. Фотоелементи зі складним срібно-цезієвим фотокатодом особливо цінні для радіолокації: вони чутливі не лише до видимого світла, але й до невидимих ​​інфрачервоних променів і, на відміну, наприклад, від селенових, працюють безінерційно. У телебаченні та кіно широко поширені сурм'яно-цезієві фотоелементи; їх чутливість навіть після 250 годин роботи падає всього на 5-6%, вони надійно працюють в інтервалі температур від -30 ° С до +90 ° С. З них складають так звані багатокаскадні фотоелементи; у цьому випадку під дією електронів, викликаних променями світла в одному з катодів, настає вторинна емісія – електрони випускаються додатковими фотокатодами приладу. В результаті загальний електричний струм, що виникає у фотоелементі, багаторазово посилюється. Посилення струму та підвищення чутливості досягаються також під час заповнення цезієвих фотоелементів інертним газом (аргоном або неоном).

Металевий цезій служить для виготовлення спеціальних випрямлячів, що у багатьох відношеннях перевершують ртутні. Його використовують як теплоносія в ядерних реакторах, компонента мастильних матеріалівдля космічної техніки, гетер у вакуумних електронних приладах. Металевий цезій виявляє і каталітичну активність у реакціях органічних сполук.

Цезій використовується у атомних стандартах часу. «Цезієвий годинник» надзвичайно точний. Їхня дія заснована на переходах між двома станом атома цезію з паралельною та антипаралельною орієнтацією власних магнітних моментівядра атома та валентного електрона. Цей перехід супроводжується коливаннями із строго постійними характеристиками (довжина хвилі 3,26 см). У 1967 Міжнародна генеральна конференція з мір і ваги встановила: «Секунда – час, що дорівнює 9 192 631 770 періодів випромінювання, що відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133».

Останнім часом велика увагаприділяється цезієвій плазмі, всебічному вивченню її властивостей та умов освіти, можливо, вона використовуватиметься в плазмових двигунах майбутнього. Крім того, роботи з дослідження цезієвої плазми тісно пов'язані з проблемою керованого термоядерного синтезу. Багато хто вважає, що доцільно створювати цезієву плазму, використовуючи теплову енергіюатомні реактори.

Зберігають цезій у скляних ампулах в атмосфері аргону або сталевих герметичних судин під шаром зневодненого вазелінового масла. Утилізують залишки металу обробкою пентанолом.

З'єднання цезію.

Цезій утворює бінарні сполукиз більшістю неметалів. Гідриди та дейтериди цезію легко спалахують на повітрі, а також в атмосфері фтору та хлору. Нестійкі, а іноді вогненебезпечні та вибухові сполуки цезію з азотом, бором, кремнієм та германієм. Галогеніди та солі більшості кислот більш стабільні.

З'єднання з киснем. Цезій утворює дев'ять з'єднань з киснем, що мають склад від Cs 7 O до CsO 3 .

Оксид цезію Cs 2 O утворює коричнево-червоні кристали, що розпливаються на повітрі. Його одержують повільним окисленням недостатньою (2/3 від стехіометричного) кількістю кисню. Залишок цезию, що не прореагував, відганяють у вакуумі при 180–200° С. Оксид цезію у вакуумі при 350–450° С виганяється, а при 500° С розкладається:

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

Енергійно реагує з водою, даючи гідроксид цезію.

Оксид цезію є компонентом складних фотокатодів, спеціальних стекол та каталізаторів. Встановлено, що при отриманні синтолу (синтетичної нафти) з водяного газу та стиролу з етилбензолу, а також при деяких інших синтезах додавання до каталізатора незначної кількості оксиду цезію (замість оксиду калію) підвищує вихід кінцевого продуктута покращує умови процесу.

Гігроскопічні блідо-жовті кристали пероксиду цезію Cs 2 O 2 можна отримати окисненням цезію (або його розчину в рідкому аміаку) дозованою кількістю кисню. Вище 650° С пероксид цезію розкладається з виділенням атомарного кисню та енергійно окислює нікель, срібло, платину та золото. Пероксид цезію розчиняється в крижаній водібез розкладання, а вище 25 ° С реагує з нею:

2Cs 2 O 2 + 2H 2 O = 4CsOH + O 2

У кислотах розчиняється з утворенням пероксиду водню.

При спалюванні цезію на повітрі або в кисні утворюється золотисто-коричневий надпероксид цезію CsO 2 . Вище 350 ° С він дисоціює з виділенням кисню. Надпероксид цезію – дуже сильний окислювач.

Пероксид і надпероксид цезію є джерелами кисню і використовуються для його регенерації в космічних і підводних кораблях.

Полуторний оксид "Cs 2 Про 3" утворюється у вигляді темного парамагнітного порошку при обережному термічному розкладаннінадпероксиду цезію. Його можна отримати окисленням металу, розчиненого в рідкому аміаку, або контрольованим окисленням пероксиду. Передбачається, що він є динадпероксид-пероксид [[Cs +)4(O 2 2–)(O 2 –) 2 ].

Оранжево-червоний озонид CsО 3 можна отримати при дії озону на безводний порошок гідроксиду або пероксиду цезію при низькій температурі. При стоянні озонид повільно розкладається на кисень і надпероксид, а при гідроліз він відразу перетворюється на гідроксид.

Цезій утворює також субоксиди, у яких формальний ступінь окислення елемента істотно нижчий за +1. Оксид складу Cs 7 O має бронзове забарвлення, його температура плавлення дорівнює 4,3°, активно реагує з киснем і водою. В останньому випадку утворюється гідроксид цезію. При повільному нагріванні Cs 7 O розкладається Cs 3 O і цезій. Фіолетові кристали Cs 11 O 3 плавляться з розкладанням при 52,5 ° С. Червоно-фіолетовий Cs 4 O розкладається вище 10,5 ° С. Нестехіометрична фаза Cs 2+ x O змінює склад до Cs 3 O, який розкладається при 166° С.

Гідроксид цезію CsOH утворює безбарвні кристали, які плавляться при ° С. Температури плавлення гідратів ще нижче, наприклад моногідрат CsOH H 2 O плавиться з розкладанням при 2,5 ° С, а тригідрат CsOH 3 H 2 O - навіть -5,5 ° С.

Гідроксид цезію служить каталізатором синтезу мурашиної кислоти. З цим каталізатором реакція йде при 300° без високого тиску. Вихід кінцевого продукту дуже великий – 91,5%.

Галогеніди цезію CsF, CsCl, CsBr, CsI (безбарвні кристали) плавляться без розкладання, вище за температуру плавлення летучи. Термічна стійкість знижується під час переходу від фториду до иодиду; бромід та йодид у парах частково розкладаються на прості речовини. Галогеніди цезію добре розчиняються у воді. У 100 г води при 25 ° С розчиняється 530 г фториду цезію, 191,8 г хлориду цезію, 123,5 г броміду цезію, 85,6 г йодиду цезію. З водних розчинівкристалізуються безводні хлорид, бромід та йодид. Фторид цезію виділяється у вигляді кристалогідратів складу CsF· n H 2 O, де n = 1, 1,5, 3.

При взаємодії з галогенідами багатьох елементів галогеніди цезію легко утворюють. комплексні з'єднання. Деякі з них, наприклад Cs 3 використовують для виділення та аналітичного визначення цезію.

Фторид цезію застосовують для отримання фторорганічних сполук, п'єзоелектричної кераміки, спеціальних стекол. Хлорид цезію – електроліт у паливних елементах, флюс при зварюванні молібдену.

Бромід та йодид цезію широко використовуються в оптиці та електротехніці. Кристали цих сполук прозорі для інфрачервоних променів із довжиною хвилі від 15 до 30 мкм (CsBr) та від 24 до 54 мкм (CsI). Звичайні призми з хлориду натрію пропускають промені з довжиною хвилі 14 мкм, а з хлориду калію – 25 мкм, тому застосування броміду та йодиду цезію замість хлоридів натрію та калію уможливило зняття спектрів складних молекул у віддаленій інфрачервоній області.

Якщо при виготовленні флуоресціюючих екранів для телевізорів та наукової апаратури ввести між кристаликами сульфіду цинку приблизно 20% іодиду цезію, екрани краще поглинатимуть рентгенівські промені та яскравіше світяться при опроміненні електронним пучком.

Сцинтиляційні прилади для реєстрації важких заряджених частинок, що містять монокристали йодиду цезію, активованого талієм, мають найбільшу чутливість з усіх приладів подібного призначення.

Цезій-137.

Ізотоп 137 Cs утворюється у всіх атомних реакторах (у середньому 6 ядер 137 Cs зі 100 ядер урану).

За нормальних умов експлуатації АЕС викиди радіонуклідів, зокрема радіоактивного цезію, незначні. Переважна кількість продуктів ядерного поділу залишається у паливі. За даними дозиметричного контролю, концентрація цезію в районах розташування АЕС майже не перевищує концентрації цього нукліду в контрольних районах.

Складні ситуації виникають після аварій, коли в зовнішнє середовищенадходить велика кількістьрадіонуклідів та забруднення піддаються великі території. Надходження цезію-137 в атмосферу було відзначено під час аварії на Південному Уралі в 1957 р., де стався тепловий вибух сховища радіоактивних відходів, при пожежі на радіохімічному заводі у Вінденейлі у Великій Британії в 1957, при вітровому виносі радіонуклідів із заплави оз. Карачай на Південному Уралі у 1967. Катастрофою стала аварія на Чорнобильській атомної електростанції 1986 року, на частку цезію-137 припало близько 15% загального радіаційного зараження. Основне джерело надходження радіоактивного цезію в організм людини – забруднені нуклідом продукти харчування тваринного походження.

Радіонуклід 137 Cs можна використовувати з користю для людини. Він застосовується в дефектоскопії, а також у медицині для діагностики та лікування. Цезієм-137 зацікавилися фахівці у галузі рентгенотерапії. Цей ізотоп розкладається порівняно повільно, втрачаючи протягом року лише 2,4% своєї вихідної активності. Він виявився придатним для лікування злоякісних пухлин. Цезій-137 має певні переваги перед радіоактивним кобальтом-60: більше довготривалий періоднапіврозпаду і менш жорстке g-випромінювання. У зв'язку з цим прилади на основі 137 Cs довговічніші, а захист від випромінювання менш громіздкий. Однак ці переваги стають реальними лише за відсутності домішки 134 Cs з більш коротким періодом напіврозпаду і більш жорстким g-випромінюванням.

З розчинів, отриманих під час переробки радіоактивних відходів ядерних реакторів, 137 Cs вилучається методами співосування з гексаціаноферратами заліза, нікелю, цинку або фторовольфраматом амонію. Використовують також іонний обмінта екстракцію.

Олена Савінкіна