Цезий: различия между версиями
imported>Treskful →Смотреть также: стандартизация структуры |
imported>Сбыча мечт →Ссылки: оформление |
||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
{{ | {{Перенаправление|Cs|CS}}{{не путать|Церий|церием|химическим элементом № 58}} | ||
{{ | {{Карточка химического элемента | ||
= {{- | | имя = цезий / caesium (Cs) | ||
{{ | | символ = Cs | ||
| номер = 55 | |||
=== | | вверху = [[Рубидий|Rb]] | ||
{{ | | внизу = [[Франций|Fr]] | ||
| | | изображение = Cesium.jpg | ||
| | | подпись = Образец цезия | ||
| внешний вид = | |||
| атомная масса = 132,9054519(2){{sfn|Wieser et al.|2013|c=1047—1078|name="iupac atomic weights"}} | |||
| радиус атома = 267 | |||
| энергия ионизации 1 = 375,5 (3,89) | |||
| группа = 1 (устар. IA) | |||
| период = 5 | |||
| блок = <br>[[s-элементы|s-элемент]] | |||
| конфигурация = [Xe] 6s<sup>1</sup> | |||
| ковалентный радиус = 235 | |||
| радиус иона = (+1e) 167 | |||
| электроотрицательность = 0,79 | |||
| электродный потенциал = −2,923 | |||
| степени окисления = 0, +1 | |||
| плотность = 1,873 | |||
| теплоёмкость = 32,21{{sfn|Зефиров|1999|name="ХЭ"}} | |||
| теплопроводность = 35,9 | |||
| температура плавления = {{num|28.7|°C}}{{sfn|Лидин|2000|name="Лидин"}}; {{num|28.5|°C}}<ref name="СпрХим1">{{книга |автор= |часть= |заглавие=Справочник химика |оригинал= |ссылка= |ответственный= |издание=3-е изд., испр |место=Л. |издательство=Химия |год=1971 |том=2-й |страницы= |страниц=1168 |серия= |isbn= |тираж= }}</ref>; | |||
{{num|28.44|°C}}<ref name="ХЭ"/> | |||
| теплота плавления = 2,09 | |||
| температура кипения = {{num|667.6|°C}}<ref name="Лидин"/>; {{num|688|°C}}<ref name="СпрХим1"/>; {{num|669.2|°C}}<ref name="ХЭ"/> | |||
| теплота испарения = 68,3 | |||
| молярный объём = 70,0 | |||
| структура решётки = Кубическая объёмноцентрированная | |||
| параметры решётки = 6,140 | |||
| отношение c/a = | |||
| температура Дебая = 39,2 | |||
| спектр = Caesium spectrum visible.png | |||
| изотопы = {{Строка изотопа | ам=133 | сим=Cs | ир=100% | | пп=стабилен|фр=- | нпр= | спр=-}} | |||
{{Строка изотопа2 | ам=134 | сим=Cs|ир=синт. | пп=2,0648 года|фр1=[[электронный захват|ЭЗ]] | эр1=1,229 | нпр1=134 | спр1=Xe|фр2=[[бета-распад|β<sup>−</sup>]] | эр2=2,059 | нпр2=134 | спр2=Ba}} | |||
{{Строка изотопа | ам=135 | сим=Cs|ир=следовые количества | пп=2,3⋅10<sup>6</sup> лет|фр=β<sup>−</sup> | эр=0,269 | нпр=135 | спр=Ba}} | |||
{{Строка изотопа | ам=137 | сим=Cs|ир=синт. | пп=30,17 года<ref name=isotope>{{cite web|title=NIST Radionuclide Half-Life Measurements|url=http://www.nist.gov/pml/data/halflife.cfm|work=[[NIST]]|access-date=2011-03-13|archive-date=2011-03-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20110312100714/http://www.nist.gov/pml/data/halflife.cfm|url-status=live}}</ref>|фр=β<sup>−</sup> | эр=1,174 | нпр=137 | спр=Ba}} | |||
| список изотопов = Изотопы цезия | |||
}} | }} | ||
{{ | {{Элемент периодической системы|align=center|fontsize=100%|number=55}} | ||
}} | |||
'''Це́зий''' ([[Химические знаки|химический символ]] — '''Cs''', от {{lang-la|Caesium}}) — [[химический элемент]] [[Щелочные металлы|1-й группы]] (по [[Короткая форма периодической системы элементов|устаревшей классификации]] — главной подгруппы первой группы, IA), [[Шестой период периодической системы|шестого периода]] [[Периодическая система химических элементов|периодической системы химических элементов]] [[Менделеев, Дмитрий Иванович|Д. И. Менделеева]], с [[атомный номер|атомным номером]] 55. | |||
[[Простое вещество]] '''цезий''' — это мягкий, вязкий [[щелочной металл]] серебристо-жёлтого цвета. Своё название цезий получил по цвету двух ярких синих линий в [[Эмиссионный спектр|эмиссионном спектре]] (от {{lang-la|caesius}} — небесно-голубой). | |||
{{-|left}} | |||
=== | == История == | ||
Цезий открыт в [[1860 год]]у немецкими учёными [[Бунзен, Роберт Вильгельм|Р. В. Бунзеном]] и [[Кирхгоф, Густав Роберт|Г. Р. Кирхгофом]] в водах [[Бад-Дюркхайм]]ского минерального источника в [[Германия|Германии]] методом [[Оптическая спектроскопия|оптической спектроскопии]], став первым элементом, открытым при помощи [[Спектральный анализ|спектрального анализа]]. В чистом виде цезий впервые был выделен в [[1881 год]]у шведским химиком {{iw|Сеттерберг, Карл|Карлом Сеттербергом|de|Carl Theodor Setterberg}} при [[электролиз]]е [[расплавы|расплава]] смеси [[цианид цезия|цианида цезия]] (CsCN) и [[барий|бария]]<ref>{{статья|автор=Setterberg C.|заглавие=Ueber die Darstellung von Rubidium- und Cäsiumverbindungen und über die Gewinnung der Metalle selbst|издание=Justus Liebigs Annalen der Chemie|год=1881|том=221|выпуск=1|номер=|страницы=100–116|ссылка=https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jlac.18822110105|doi=10.1002/jlac.18822110105|arxiv=|bibcode=|язык=de|archive-date=2022-12-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20221207223802/https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jlac.18822110105}}</ref>. | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
}} | |||
== | == Нахождение в природе. Добыча == | ||
Основным цезиевым минералом является [[поллуцит]]. В виде примесей цезий входит в ряд [[алюмосиликат]]ов: [[лепидолит]], [[флогопит]], [[биотит]], [[амазонит]], [[петалит]], [[берилл]], [[циннвальдит]], [[лейцит]], [[карналлит]]. Также содержится в редком минерале [[авогадрит]]е. В качестве промышленного сырья используются [[поллуцит]] и [[лепидолит]]. | |||
{{ | Подтверждённые мировые запасы цезия на начало 2012 года оцениваются в {{num|70000|тонн}}{{sfn|Рынок цезия, 2013}}. | ||
{{ | По добыче цезиевой руды ([[поллуцит]]а) лидирует [[Канада]] — в месторождении {{нп3|Танко (месторождение)|Танко||Tanco Mine}} (юго-восточная [[Манитоба]], северо-западный берег озера [[Берник-Лейк]]) сосредоточено около 70 % мировых запасов цезия. Поллуцит также добывается в [[Намибия|Намибии]] и [[Зимбабве]]. В [[Россия|России]] месторождения поллуцита есть на [[Кольский полуостров|Кольском полуострове]], в [[Восточный Саян|Восточном Саяне]] и [[Забайкалье]]. Месторождения поллуцита также имеются в [[Казахстан]]е, [[Монголия|Монголии]] и [[Италия|Италии]] (о. [[Эльба (остров)|Эльба]]), но они обладают малыми запасами и не имеют важного экономического значения{{sfn|Рынок цезия, 2013}}. | ||
Мировая добыча [[Металлургический концентрат|обогащённой руды цезия]] составляет около 20 тонн в год. Мировой объём производства металлического (чистого) цезия — около 9 тонн в год{{sfn|Рынок цезия, 2013}}. | |||
{{ | |||
Некоторые источники<ref>{{Cite web |url=http://www.centrrns.ru/cvetmet/caesium |title=О цезии на сайте Российского нефтяного союза |access-date=2016-03-31 |archive-date=2016-04-15 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160415111626/http://www.centrrns.ru/cvetmet/caesium |url-status=dead }}</ref> утверждают, что потребности в цезии более чем в {{num|8.5}} раза превышают его добычу, что положение в металлургии цезия ещё более тревожное, чем, например, в металлургии [[Тантал (элемент)|тантала]] или [[рений|рения]], и производители не могут обеспечить постоянно растущий спрос на металлический цезий. | |||
== | == Геохимия и минералогия == | ||
{{ | Среднее содержание цезия в земной коре — {{num|3.7|г/т}}. Наблюдается некоторое увеличение содержания цезия от ультраосновных пород ({{num|0.1|г/т}}) к кислым ({{num|5|г/т}}). Основная его масса в природе находится в рассеянной форме и лишь незначительная часть заключена в собственных минералах цезия ([[поллуцит]]е и др.). Постоянно повышенные количества цезия наблюдаются в [[морганит]]е (1—4 %), [[родицит]]е (около 5 %), [[авогадрит]]е и [[лепидолит]]е (0,85 %). По кристаллохимическим свойствам цезий наиболее близок к рубидию, калию и таллию. В повышенных количествах цезий находится в калиевых минералах. Цезий, как и рубидий, имеет тенденцию накапливаться на поздних стадиях магматических процессов, и в пегматитах его концентрации достигают наивысших значений. Среднее содержание цезия в гранитных пегматитах около 0,01 %, а в отдельных пегматитовых жилах, содержащих поллуцит, даже достигает 0,4 %, что примерно в 40 раз выше, чем в гранитах. Наиболее высокие концентрации цезия наблюдаются в редкометально замещённых микроклин-альбитовых пегматитах со сподуменом. При пневматолито-гидротермальном процессе повышенные количества цезия связаны с массивами грейзенезированных аляскитов и гранитов с кварц-берилл-вольфрамитовыми жилами, где он присутствует главным образом в мусковитах и полевых шпатах. В зоне гипергенеза (в поверхностных условиях) цезий в небольшом количестве накапливается в глинах, глинистых породах и почвах, содержащих глинистые минералы, иногда в гидроокислах марганца. Максимальное содержание цезия составляет лишь {{num|15|г/т}}. Роль глинистых минералов сводится к сорбции, цезий вовлекается в межпакетное пространство в качестве поглощённого основания. Активная миграция этого элемента в водах очень ограничена. Основное количество цезия мигрирует «пассивно», в глинистых частичках речных вод. В морской воде концентрация цезия составляет ок. {{num|0.5|мкг/л}}<ref>J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965</ref>. Из числа собственно цезиевых минералов наиболее распространены [[поллуцит]] (Cs, Na)[AlSi<sub>2</sub>O<sub>6</sub>]·{{math|''n''}}H<sub>2</sub>O (22—36 % Cs<sub>2</sub>O), цезиевый берилл ([[пеццоттаит]]) Be<sub>2</sub>CsAl<sub>2</sub>(Si<sub>6</sub>O<sub>18</sub>) и [[авогадрит]] (KCs)BF<sub>4</sub>. Последние два минерала содержат до 7,5 % окиси цезия. Из других цезиевых минералов известны также [[галхаит]] (Cs,Tl)(Hg,Cu,Zn)<sub>6</sub>(As,Sb)<sub>4</sub>S<sub>12</sub> и [[маргаритасит]] (Cs,K,H<sub>3</sub>O)<sub>2</sub>(UO<sub>2</sub>)<sub>2</sub>V<sub>2</sub>O<sub>8</sub>·H<sub>2</sub>O. | ||
{{ | == Изотопы == | ||
{{Main|Изотопы цезия}} | |||
Известны изотопы цезия с [[Массовое число|массовыми числами]] от 112 до 151 (количество [[протон]]ов 55, [[нейтрон]]ов от 57 до 96), и 22 [[Изомерия атомных ядер|ядерных изомеров]]{{sfn|Audi et al.|2017}}. Природный цезий — [[моноизотопный элемент]], состоящий из единственного стабильного изотопа [[Цезий-133|<sup>133</sup>Cs]]. | |||
[[Файл:Cs-137-decay.svg|thumb|Схема распада Cs-137]] | |||
{{ | Самым долгоживущим искусственным радиоактивным нуклидом цезия является [[Цезий-135|<sup>135</sup>Cs]] с [[Период полураспада|периодом полураспада]] {{math|''T''}}<sub>1/2</sub> около {{nobr|2,3 миллиона}} лет. Другой относительно долгоживущий изотоп [[Цезий-137|<sup>137</sup>Cs]] ({{nobr|{{math|''T''}}<sub>1/2</sub> {{=}} 30,17 года}}). | ||
Цезий-137 является одним из виновников радиоактивного загрязнения [[биосфера|биосферы]], так как образуется при [[деление ядер|делении ядер]] в [[Ядерный реактор|ядерных реакторах]] и при [[Ядерное испытание|испытаниях ядерного оружия]]. [[Цезий-137]] претерпевает [[бета-распад]], дочерний стабильный изотоп [[барий-137]]. | |||
== | == Физические свойства == | ||
[[Файл:CsCrystals1.JPG|thumb|Кристаллы цезия]] | |||
Полная электронная конфигурация атома цезия: 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>6</sup>3s<sup>2</sup>3p<sup>6</sup>3d<sup>10</sup>4s<sup>2</sup>4p<sup>6</sup>5s<sup>2</sup>4d<sup>10</sup>5p<sup>6</sup>6s<sup>1</sup>. | |||
= | Цезий — мягкий металл, из-за низкой температуры плавления ({{nobr|{{math|''T''}}<sub>пл</sub> {{=}} 28,6 °C}}) при комнатной температуре находится в полужидком состоянии. [[Список химических элементов по твёрдости|Твёрдость цезия]] по [[Шкала Мооса|шкале Мооса]] составляет 0,2. | ||
Металлический цезий из-за [[Релятивистская квантовая химия#Цвет золота и цезия|релятивистских эффектов электронов]] представляет собой вещество золотисто-белого цвета, по внешнему виду похожее на [[золото]], но светлее. Расплав цезия — подвижная жидкость, цвет которой является более серебристым. Жидкий цезий хорошо отражает свет. Пары цезия окрашены в зеленовато-синий цвет. | |||
# | |||
==== | Цезий образует кристаллы {{Крист|синг=оцк|гр=''Im''3''m''|a=0,6141|b=|c=|alpha=|beta=|gamma=|Z=2|d=|рп=1|nocat=}}. При высоком давлении может переходить в другие полиморфные модификации<ref name="CsHP">[http://www.atypon-link.com/OLD/doi/pdf/10.1524/zkri.219.6.376.34637 Ulrich Schwarz. Metallic high-pressure modifications of main group elements. Z. Kristallogr. 219 (2004) 376—390]{{Недоступная ссылка|date=Декабрь 2019 |bot=InternetArchiveBot }}</ref>. Цезий — [[парамагнетик]]. | ||
Цезий растворяется в жидком [[аммиак]]е (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 [[металл]]ом, за исключением радиоактивного [[франций|франция]], практически отсутствующего в природе. Является сильнейшим восстановителем. На воздухе цезий мгновенно окисляется с воспламенением, образуя [[надпероксид цезия]]: | |||
: <chem>Cs + O2 -> CsO2</chem> | |||
< | При ограниченном доступе [[кислород]]а или на холоде окисляется до [[оксид цезия|оксида]]: | ||
: <chem>4 Cs + O2 -> 2 Cs2O</chem> | |||
Взаимодействие с водой происходит со взрывом, продуктом взаимодействия являются [[гидроксид цезия]] и [[водород]]: | |||
: <chem>2 Cs + 2 H2O -> 2 CsOH + H2</chem> | |||
Цезий вступает в реакцию со [[лёд|льдом]] (даже при −120 °C), простыми [[Спирты|спиртами]], галогеноорганическими соединениями, [[Галогениды|галогенидами]] тяжёлых металлов, [[кислоты|кислотами]], [[Сухой лёд|сухим льдом]] (взаимодействие протекает с сильным взрывом). Реагирует с [[бензол]]ом. Активность цезия обусловлена не только высоким отрицательным [[Электрохимический потенциал|электрохимическим потенциалом]], но и невысокой температурой плавления и кипения (быстро развивается очень большая контактная поверхность, что увеличивает количество одновременно реагирующего вещества). | |||
: <chem>2 Cs + 2 HCl -> 2 CsCl + H2</chem> | |||
: <chem>2 Cs + 2 CsOH -> 2 Cs2O + H2</chem> | |||
: <chem>Cs + 6 NH3 -> [Cs(NH3)6]</chem> | |||
{{ | Многие образуемые цезием соли — [[нитраты]], [[хлориды]], [[бромиды]], [[фториды]], [[иодиды]], [[хроматы]], [[манганаты]], [[Неорганические азиды|азиды]], [[цианиды]], [[карбонаты]] {{итд}} — чрезвычайно легко растворимы в воде и ряде [[Растворители#Органические растворители|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 [[литий|лития]], не вступает в реакцию с [[азот]]ом при обычных условиях и, в отличие от [[барий|бария]], [[кальций|кальция]], [[магний|магния]] и ряда других металлов, неспособен образовать с азотом соединений даже при сильном нагревании. | ||
Гидроксид цезия — сильнейшее основание с высочайшей электропроводностью в водном растворе; так, например, при работе с ним необходимо учитывать, что концентрированный раствор CsOH разъедает стекло даже при обычной температуре, а расплав разрушает [[железо]], [[кобальт]], [[никель]], а также [[платина|платину]], [[корунд]] и [[Оксид циркония(IV)|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 [[аргон]]а или водорода (обычные марки лабораторного стекла цезий разрушает). | |||
Цезий способен присоединяться к этилену с образованием дицезиоэтилена CsCH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>Cs. | |||
== | == Получение == | ||
При промышленном получении цезий в виде соединений извлекается из минерала поллуцита. Это делается хлоридным или сульфатным вскрытием. | |||
Первое включает обработку исходного минерала подогретой [[соляная кислота|соляной кислотой]], добавление хлорида [[сурьма|сурьмы]] SbCl<sub>3</sub> для осаждения соединения Cs<sub>3</sub>[Sb<sub>2</sub>Cl<sub>9</sub>] и промывку горячей водой или раствором [[аммиак]]а с образованием [[хлорид цезия|хлорида цезия CsCl]]. При втором — минерал обрабатывается подогретой [[серная кислота|серной кислотой]] с образованием [[алюмоцезиевые квасцы|алюмоцезиевых квасцов]] CsAl(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·12H<sub>2</sub>O. | |||
Для получения цезия достаточной степени чистоты требуется многократная [[ректификация]] в вакууме, очистка от механических примесей на металлокерамических фильтрах, нагревание с [[Геттер (электровакуумная техника)|геттерами]] для удаления следов [[водород]]а, [[азот]]а, [[кислород]]а и многократная ступенчатая [[кристаллизация]]. | |||
Сложности получения цезия обусловливают постоянный поиск его минералов: извлечение этого металла из руд неполное, в процессе эксплуатации материал рассеивается и безвозвратно теряется, Промышленность нуждается именно в очень чистом материале (на уровне 99,9—99,999 %), и это является одной из труднейших задач в [[Металлургия|металлургии]] [[Редкие элементы|редких элементов]]. | |||
В России переработка и извлечение солей цезия из поллуцита ведётся в [[Новосибирск]]е на [[Завод редких металлов|ЗАО «Завод редких металлов»]]. | |||
= | Существует несколько лабораторных методов получения цезия<ref name="Lab">Руководство по неорганическому синтезу. Т. 3. Под ред. Брауэра Г. — {{М.}}: Мир, 1985.</ref>. Он может быть получен: | ||
{{ | * нагревом в вакууме смеси [[Хромат цезия|хромата]] или [[Дихромат цезия|дихромата цезия]] с [[цирконий|цирконием]]; | ||
| | * разложением [[азид цезия|азида цезия]] в [[вакуум]]е: <chem display="block"> | ||
2 CsN3 -> 2 Cs{} + 3 N2{\uparrow} | |||
| | </chem> | ||
| | * нагревом смеси [[Хлорид цезия|хлорида цезия]] и специально подготовленного [[кальций|кальция]] или [[литий|лития]]: <chem display="block"> | ||
Li + CsCl -> Cs + LiCl | |||
</chem><chem display="block"> | |||
2 CsCl + Ca -> 2 Cs + CaCl2 | |||
</chem> | |||
Все методы являются трудоёмкими. Второй позволяет получить высокочистый металл, однако является взрывоопасным и требует на реализацию несколько суток. | |||
== | == 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 [[электроника|электронике]], [[Радиотехника|радио-]], [[Электротехника|электро-]], [[Рентгенотехника|рентгенотехнике]], [[Химическая промышленность|химической промышленности]], оптике, [[медицина|медицине]], [[Ядерная энергетика|ядерной энергетике]]. В основном применяется стабильный природный [[цезий-133]], и ограниченно — его радиоактивный изотоп [[цезий-137]], выделяемый из суммы осколков деления [[Уран (элемент)|урана]], [[Плутоний|плутония]], [[Торий|тория]] в [[Ядерный реактор|реакторах]] [[Атомная электростанция|атомных электростанций]]. | |||
=== Фотоэлементы, фотоумножители === | |||
Благодаря крайне низкой [[Работа выхода|работе выхода]] [[электрон]]а цезий используется при производстве высокочувствительных и малоинерционных фотоэлектрических приборов — [[фотоэлемент]]ов, [[Фотоумножитель|фотоумножителей]]. В фотоэлементах цезий обычно применяется в виде [[сплав]]ов с [[сурьма|сурьмой]], [[кальций|кальцием]], [[барий|барием]], [[алюминий|алюминием]] или [[серебро]]м, которые вводятся для повышения эффективности устройства, а также для экономии чрезвычайно дорогого цезия. Такие фотоэлементы способны работать в широком диапазоне длин волн: от дальней [[Инфракрасное излучение|инфракрасной]], до коротковолновой [[Ультрафиолетовое излучение|ультрафиолетовой]] области [[электромагнитное излучение|электромагнитного излучения]], что делает цезиевые фотоэлементы эффективнее [[рубидий|рубидиевых]]. | |||
= | === Детекторы ионизирующего излучения === | ||
[[Иодид цезия]] в виде монокристаллов (обычно активированный небольшой примесью [[Таллий|таллия]]) является одним из наиболее распространённых [[сцинтиллятор]]ов — веществ, конвертирующих энергию ионизирующего излучения в свет. Это связано с высокой эффективностью поглощения [[гамма-квант]]ов из-за большого атомного номера обоих основных составляющих иодида цезия, а также с высоким световыходом этого сцинтиллятора. Детекторы заряженных частиц и гамма-излучения на его основе применяются в атомной технике, геологии, медицине, космических исследованиях. Так, например, измерения элементного состава поверхности [[Марс (планета)|Марса]] выполнялись с помощью [[гамма-спектрометрия|гамма-спектрометра]] на основе CsI(Tl), установленного на космическом орбитальном аппарате «[[Марс-5]]». Недостатком этого сцинтиллятора является некоторая гигроскопичность, из-за которой он может длительно использоваться без герметичной оболочки лишь в достаточно сухом воздухе. Впрочем, его гигроскопичность на порядки ниже, чем у другого распространённого сцинтиллятора — [[Иодид натрия|иодида натрия]]. | |||
=== | === Оптика === | ||
[[Иодид цезия|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, [[Серная кислота|серной кислоты]], [[2-Метилпропанол-2|бутилового спирта]], в реакциях дегидрогенизации и при получении [[Муравьиная кислота|муравьиной кислоты]]. Особенно эффективным является применение цезия как промотора при каталитическом получении аммиака, синтезе [[бутадиен]]а. 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 [[этилен]]а. | |||
=== | === [[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-дефектоскопия|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 [[радиоизотопные источники тока|радиоизотопных источников тока]], где он применяется в виде хлорида цезия (плотность {{nobr|3,9 г/см³}}, энерговыделение около {{nobr|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 [[Препараты лития|препаратам лития]], способны проявлять [[Нормотимики|нормотимический]] эффект<ref>{{Cite web |url=http://psychiatry.ru/stat/118 |title=Лекарственные препараты при психических заболеваниях // Научный центр психического здоровья РАМН |access-date=2014-01-28 |archive-date=2014-02-01 |archive-url=https://web.archive.org/web/20140201231710/http://psychiatry.ru/stat/118 |url-status=live }}</ref>. | |||
==== | === 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-генератор]]ов 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 [[теплоноситель|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 [[Пьезоэлектрики|пьезоэлектрической керамики]], специальных стёкол. [[Хлорид цезия]] — электролит в топливных элементах, флюс при сварке молибдена. Атомные переходы в пара́х цезия используются как эталон частоты в [[Атомные часы|атомных часах]]. | |||
== | == Биологическая роль == | ||
{{ | {{Image frame | ||
| | |{{center|{{NFPA 704 | ||
| | |опасность для здоровья = 3 | ||
| | |огнеопасность = 4 | ||
| | |реакционноспособность = 2 | ||
| | |прочее = W | ||
}}}} | |||
| | |[[NFPA 704]] для цезия | ||
}} | }} | ||
[[Хлорид рубидия]] и [[хлорид цезия]] участвуют в газовом обмене, активируя деятельность окислительных ферментов, соли этих элементов повышают устойчивость организма к гипоксии<ref>{{Cite web |url=http://www.stomed.ru/directions/articles.php?article_id=3387 |title=Цезий и рубидий в организме человека<!-- Заголовок добавлен ботом --> |access-date=2010-12-09 |archive-url=https://web.archive.org/web/20120119150113/http://www.stomed.ru/directions/articles.php?article_id=3387 |archive-date=2012-01-19 |url-status=dead }}</ref>. | |||
=== | |||
<!-- | |||
= | |||
=== | === Цезий в живых организмах === | ||
Цезий в живых организмах — постоянный химический микроэлемент организма растений и животных. Морские водоросли, например, содержат {{nobr|0,01—0,1 мкг}} цезия в {{nobr|1 г}} сухого вещества, наземные растения — {{nobr|0,05—0,2 мкг/г}}. Животные получают цезий с водой и пищей. В организме членистоногих около {{nobr|0,067—0,503 мкг/г}} цезия, пресмыкающихся — {{nobr|0,04 мкг/г}}, млекопитающих — {{nobr|0,05 мкг/г}}. Главное депо цезия в организме млекопитающих — мышцы, сердце, печень; в крови — до {{nobr|2,8 мкг/л}}. Цезий относительно малотоксичен; его биологическая роль в организме растений и животных окончательно не раскрыта. | |||
{{Anchor|Радиоцезий}} | |||
==== | [[Цезий-137]] — радиоактивный [[Изотопы|изотоп]] цезия, испускающий [[Бета-частица|бета-излучение]] и [[Гамма-излучение|гамма-кванты]], и один из главных компонентов техногенного радиоактивного загрязнения [[Биосфера|биосферы]] наряду со [[Стронций-90|стронцием-90]], [[Тритий|тритием]], [[Криптон-85|криптоном-85]], [[Изотопы рутения|рутением-106]], [[Изотопы европия|европием-154 и -155]], и [[Трансурановые элементы|трансурановыми элементами]] ([[плутоний]], [[кюрий]], [[америций]] в виде смесей различных относительно долгоживущих изотопов). Продукт деления [[Уран-235|урана-235]], [[Уран-238|урана-238]] (только на [[Быстрые нейтроны|быстрых нейтронах]] с энергией свыше 1 [[Электронвольт|МэВ]]), [[Плутоний-239|плутония-239]] и других делящихся изотопов. Содержится в радиоактивных осадках, образующихся при применении и испытании [[Ядерное оружие|ядерного оружия]]; некоторых радиоактивных отходах (Далеко не все. Многие отходы, например, химической очистки урана, вовсе не содержат цезия-137, но содержат все члены [[Радиоактивные ряды|рядов]] урана-238 и урана-235: [[радий]], [[полоний]], [[актиний]], [[протактиний]], [[Изотопы свинца|свинец-210]], и так далее). Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями, очень активно окисляется; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организме животных и человека. Коэффициент накопления Cs-137 наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных Cs-137 накапливается главным образом в мышцах и печени. Наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и североамериканских водоплавающих птиц. Накапливается в грибах, ряд которых ([[маслята]], [[моховики]], [[свинушка]], [[горькушка]], [[польский гриб]]) считается «аккумуляторами» радиоцезия<ref>{{cite web | ||
|author = А. Г. Шишкин | |||
|datepublished = 2003 | |||
|url = http://asdemo.iatp.by/4ernobil_1.html | |||
|title = Чернобыль | |||
|description = Радиоэкологические исследования грибов и дикорастущих ягод | |||
|access-date = 2009-07-27 | |||
|url-status = dead | |||
|archive-url = https://web.archive.org/web/20140222001309/http://asdemo.iatp.by/4ernobil_1.html | |||
|archive-date = 2014-02-22 | |||
}}</ref>. | |||
= | {{навигация | ||
|Викисловарь = цезий}} | |||
{{-}} | |||
==== | == Примечания == | ||
{{примечания}} | |||
== | == Литература == | ||
{{ | * ''Перельман Ф. М.'' Рубидий и цезий. — {{М.}}: Изд-во АН УССР, 1960. — 140 с., с илл. | ||
| | * ''Кульварская Б. С., Соболева Н. А., Татаринова Н. В.'' Композиционные соединения щелочных металлов — новые эффективные источники ионов и электронов // Изв. АН СССР. Сер. физич.; 1988. Т. 52. № 8. С. 1509—1512. | ||
| | * {{книга | ||
| | |автор = Лидин Р. А. и др. | ||
| | |заглавие = Химические свойства неорганических веществ | ||
| | |издание = 3-е изд., испр | ||
| | |место = М | ||
| | |издательство = Химия | ||
|год = 2000 | |||
|страниц = 480 | |||
|isbn = 5-7245-1163-0 | |||
|ref = Лидин | |||
}} | }} | ||
* ''Плющев В. Е., Степин Б. Д.'' Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия. — {{М.}}-{{Л.}}: Химия, 1970. — 407 с. | |||
* ''Солодов Н. А.'', Рубидий и цезий. — М., 1971. | |||
* ''Плющев В. Е., Степин Б. Д.'' 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. | |||
* {{книга | |||
|заглавие = Химическая энциклопедия: в 5 т. | |||
|ответственный = Редкол.: Зефиров Н. С. (гл. ред.) | |||
{{ | |место = Москва | ||
|издательство = Большая Российская энциклопедия | |||
|год = 1999 | |||
|том = 5 | |||
|страниц = 783 | |||
|isbn = 5-85270-310-9 | |||
|ref = Зефиров | |||
{{ | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
}} | }} | ||
* {{Nubase2016}} | |||
* ''Mattsson S.'' Radionuclides in lichen, reindeer and man. — Lund, 1972. | |||
* {{статья |автор=Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu |заглавие=Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) |ссылка=http://iupac.org/publications/pac/85/5/1047/ |язык=en |издание=[[Pure and Applied Chemistry]] |год=2013 |том=85 |номер=5 |doi=10.1351/PAC-REP-13-03-02 |ref=Wieser et al.}} | |||
== | == Ссылки == | ||
* [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Cs/key.html Цезий на Webelements] | |||
* [http://n-t.ru/ri/ps/pb055.htm Цезий в Популярной библиотеке химических элементов] | |||
* [http://ecoperestroika.ru/radioaktivny-griby-v-leningradskoi-oblasti Накопление радиоцезия в грибах, предельно допустимые уровни] | |||
* | * {{cite web | ||
|url = http://www.metalresearch.ru/world_rus_cesium_analysis.html | |||
|title = Краткий обзор рынка цезия России | |||
|author = | |||
|date = 2013-12 | |||
|work = Мировой и российский рынок цезия 2013 | |||
|publisher = MetalResearch. Металлургические исследования | |||
|access-date = 2016-03-31 | |||
|ref = Рынок цезия, 2013 | |||
{{ | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
}} | }} | ||
{{ВС}} | |||
{{Периодическая система элементов}} | |||
{{Ряд Активности Металлов}} | |||
{{Щелочные металлы}} | |||
{{Соединения цезия|nocat=1}} | |||
{{ | |||
{{ | |||
{{ | |||
{{ | |||
[[Категория:Химические элементы]] | |||
[[Категория:Щелочные металлы]] | |||
[[Категория:Цезий|*]] | |||
Текущая версия от 18:24, 14 февраля 2026
Шаблон:ПеренаправлениеШаблон:Не путать Шаблон:Карточка химического элемента
Шаблон:Элемент периодической системы
Це́зий (химический символ — Cs, от лат. Caesium) — химический элемент 1-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы первой группы, IA), шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 55.
Простое вещество цезий — это мягкий, вязкий щелочной металл серебристо-жёлтого цвета. Своё название цезий получил по цвету двух ярких синих линий в эмиссионном спектре (от лат. caesius — небесно-голубой). Шаблон:-
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, став первым элементом, открытым при помощи спектрального анализа. В чистом виде цезий впервые был выделен в 1881 году шведским химиком Шаблон:Iw при электролизе расплава смеси цианида цезия (CsCN) и бария<ref>Шаблон:Статья</ref>.
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 Шаблон:NumШаблон:Sfn.
По добыче цезиевой руды (поллуцита) лидирует Канада — в месторождении Шаблон:Нп3 (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 значенияШаблон:Sfn.
Мировая добыча обогащённой руды цезия составляет около 20 тонн в год. Мировой объём производства металлического (чистого) цезия — около 9 тонн в годШаблон:Sfn.
Некоторые источники<ref>Шаблон:Cite web</ref> утверждают, что потребности в цезии более чем в Шаблон:Num 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
Среднее содержание цезия в земной коре — Шаблон:Num. Наблюдается некоторое увеличение содержания цезия от ультраосновных пород (Шаблон:Num) к кислым (Шаблон:Num). Основная его масса в природе находится в рассеянной форме и лишь незначительная часть заключена в собственных минералах цезия (поллуците и др.). Постоянно повышенные количества цезия наблюдаются в морганите (1—4 %), родиците (около 5 %), авогадрите и лепидолите (0,85 %). По кристаллохимическим свойствам цезий наиболее близок к рубидию, калию и таллию. В повышенных количествах цезий находится в калиевых минералах. Цезий, как и рубидий, имеет тенденцию накапливаться на поздних стадиях магматических процессов, и в пегматитах его концентрации достигают наивысших значений. Среднее содержание цезия в гранитных пегматитах около 0,01 %, а в отдельных пегматитовых жилах, содержащих поллуцит, даже достигает 0,4 %, что примерно в 40 раз выше, чем в гранитах. Наиболее высокие концентрации цезия наблюдаются в редкометально замещённых микроклин-альбитовых пегматитах со сподуменом. При пневматолито-гидротермальном процессе повышенные количества цезия связаны с массивами грейзенезированных аляскитов и гранитов с кварц-берилл-вольфрамитовыми жилами, где он присутствует главным образом в мусковитах и полевых шпатах. В зоне гипергенеза (в поверхностных условиях) цезий в небольшом количестве накапливается в глинах, глинистых породах и почвах, содержащих глинистые минералы, иногда в гидроокислах марганца. Максимальное содержание цезия составляет лишь Шаблон:Num. Роль глинистых минералов сводится к сорбции, цезий вовлекается в межпакетное пространство в качестве поглощённого основания. Активная миграция этого элемента в водах очень ограничена. Основное количество цезия мигрирует «пассивно», в глинистых частичках речных вод. В морской воде концентрация цезия составляет ок. Шаблон:Num<ref>J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965</ref>. Из числа собственно цезиевых минералов наиболее распространены поллуцит (Cs, Na)[AlSi2O6]·Шаблон:MathH2O (22—36 % Cs2O), цезиевый берилл (пеццоттаит) Be2CsAl2(Si6O18) и авогадрит (KCs)BF4. Последние два минерала содержат до 7,5 % окиси цезия. Из других цезиевых минералов известны также галхаит (Cs,Tl)(Hg,Cu,Zn)6(As,Sb)4S12 и маргаритасит (Cs,K,H3O)2(UO2)2V2O8·H2O.
Изотопы
Шаблон:Main Известны изотопы цезия с массовыми числами от 112 до 151 (количество протонов 55, нейтронов от 57 до 96), и 22 ядерных изомеровШаблон:Sfn. Природный цезий — моноизотопный элемент, состоящий из единственного стабильного изотопа 133Cs.
Самым долгоживущим искусственным радиоактивным нуклидом цезия является 135Cs с периодом полураспада Шаблон:Math1/2 около Шаблон:Nobr лет. Другой относительно долгоживущий изотоп 137Cs (Шаблон:Nobr).
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 стабильный изотоп барий-137.
Физические свойства
Полная электронная конфигурация атома цезия: 1s22s22p63s23p63d104s24p65s24d105p66s1.
Цезий — мягкий металл, из-за низкой температуры плавления (Шаблон:Nobr) при комнатной температуре находится в полужидком состоянии. Твёрдость цезия по шкале Мооса составляет 0,2.
Металлический цезий из-за релятивистских эффектов электронов представляет собой вещество золотисто-белого цвета, по внешнему виду похожее на золото, но светлее. Расплав цезия — подвижная жидкость, цвет которой является более серебристым. Жидкий цезий хорошо отражает свет. Пары цезия окрашены в зеленовато-синий цвет.
Цезий образует кристаллы Шаблон:Крист. При высоком давлении может переходить в другие полиморфные модификации<ref name="CsHP">Ulrich Schwarz. Metallic high-pressure modifications of main group elements. Z. Kristallogr. 219 (2004) 376—390Шаблон:Недоступная ссылка</ref>. 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 цезия:
- <chem>Cs + O2 -> CsO2</chem>
При ограниченном доступе кислорода или на холоде окисляется до оксида:
- <chem>4 Cs + O2 -> 2 Cs2O</chem>
Взаимодействие с водой происходит со взрывом, продуктом взаимодействия являются гидроксид цезия и водород:
- <chem>2 Cs + 2 H2O -> 2 CsOH + H2</chem>
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 количество одновременно реагирующего вещества).
- <chem>2 Cs + 2 HCl -> 2 CsCl + H2</chem>
- <chem>2 Cs + 2 CsOH -> 2 Cs2O + H2</chem>
- <chem>Cs + 6 NH3 -> [Cs(NH3)6]</chem>
Многие образуемые цезием соли — нитраты, хлориды, бромиды, фториды, иодиды, хроматы, манганаты, азиды, цианиды, карбонаты Шаблон:Итд — 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, неспособен образовать с азотом соединений даже при сильном нагревании.
Гидроксид цезия — сильнейшее основание с высочайшей электропроводностью в водном растворе; так, например, при работе с ним необходимо учитывать, что концентрированный раствор CsOH разъедает 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.
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 материал рассеивается и 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.
В России переработка и извлечение солей цезия из поллуцита ведётся в Новосибирске на ЗАО «Завод редких металлов».
Существует несколько лабораторных методов получения цезия<ref name="Lab">Руководство по неорганическому синтезу. Т. 3. Под ред. Брауэра Г. — Шаблон:М.: Мир, 1985.</ref>. Он может быть получен:
- нагревом в вакууме смеси хромата или дихромата цезия с цирконием;
- разложением азида цезия в вакууме: <chem display="block">
2 CsN3 -> 2 Cs{} + 3 N2{\uparrow}
</chem>
- нагревом смеси хлорида цезия и специально подготовленного кальция или лития: <chem display="block">
Li + CsCl -> Cs + LiCl
</chem><chem display="block">
2 CsCl + Ca -> 2 Cs + CaCl2
</chem>
Все методы являются трудоёмкими. Второй позволяет получить высокочистый металл, однако является взрывоопасным и требует на реализацию несколько суток.
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
Иодид цезия в виде монокристаллов (обычно активированный небольшой примесью таллия) является одним из наиболее распространённых сцинтилляторов — веществ, конвертирующих энергию ионизирующего излучения в свет. Это связано с высокой эффективностью поглощения гамма-квантов из-за большого атомного номера обоих основных составляющих иодида цезия, а также с высоким световыходом этого сцинтиллятора. Детекторы заряженных частиц и гамма-излучения на его основе применяются в атомной технике, геологии, медицине, космических исследованиях. Так, например, измерения элементного состава поверхности Марса выполнялись с помощью гамма-спектрометра на основе CsI(Tl), установленного на космическом орбитальном аппарате «Марс-5». Недостатком этого сцинтиллятора является некоторая гигроскопичность, из-за которой он может длительно использоваться без герметичной оболочки лишь в достаточно сухом воздухе. Впрочем, его гигроскопичность на порядки ниже, чем у другого распространённого сцинтиллятора — иодида натрия.
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.
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 Шаблон:Nobr, энерговыделение около Шаблон:Nobr). 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<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
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<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
Цезий в живых организмах
Цезий в живых организмах — постоянный химический микроэлемент организма растений и животных. Морские водоросли, например, содержат Шаблон:Nobr цезия в Шаблон:Nobr сухого вещества, наземные растения — Шаблон:Nobr. Животные получают цезий с водой и пищей. В организме членистоногих около Шаблон:Nobr цезия, пресмыкающихся — Шаблон:Nobr, млекопитающих — Шаблон:Nobr. Главное депо цезия в организме млекопитающих — мышцы, сердце, печень; в крови — до Шаблон:Nobr. Цезий относительно малотоксичен; его биологическая роль в организме растений и животных окончательно не раскрыта.
Цезий-137 — радиоактивный изотоп цезия, испускающий бета-излучение и гамма-кванты, и один из главных компонентов техногенного радиоактивного загрязнения биосферы наряду со стронцием-90, тритием, криптоном-85, рутением-106, европием-154 и -155, и трансурановыми элементами (плутоний, кюрий, америций в виде смесей различных относительно долгоживущих изотопов). Продукт деления урана-235, урана-238 (только на быстрых нейтронах с энергией свыше 1 МэВ), плутония-239 и других делящихся изотопов. Содержится в радиоактивных осадках, образующихся при применении и испытании ядерного оружия; некоторых радиоактивных отходах (Далеко не все. Многие отходы, например, химической очистки урана, вовсе не содержат цезия-137, но содержат все члены рядов урана-238 и урана-235: радий, полоний, актиний, протактиний, свинец-210, и так далее). Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями, очень активно окисляется; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организме животных и человека. Коэффициент накопления Cs-137 наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных Cs-137 накапливается главным образом в мышцах и печени. Наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и североамериканских водоплавающих птиц. Накапливается в грибах, ряд которых (маслята, моховики, свинушка, горькушка, польский гриб) считается «аккумуляторами» радиоцезия<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
Примечания
Литература
- Перельман Ф. М. Рубидий и цезий. — Шаблон:М.: Изд-во АН УССР, 1960. — 140 с., с илл.
- Кульварская Б. С., Соболева Н. А., Татаринова Н. В. Композиционные соединения щелочных металлов — новые эффективные источники ионов и электронов // Изв. АН СССР. Сер. физич.; 1988. Т. 52. № 8. С. 1509—1512.
- Шаблон:Книга
- Плющев В. Е., Степин Б. Д. Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия. — Шаблон:М.-Шаблон:Л.: Химия, 1970. — 407 с.
- Солодов Н. А., Рубидий и цезий. — М., 1971.
- Плющев В. Е., Степин Б. Д. 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.
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Nubase2016
- Mattsson S. Radionuclides in lichen, reindeer and man. — Lund, 1972.
- Шаблон:Статья
Ссылки
- Цезий на Webelements
- Цезий в Популярной библиотеке химических элементов
- Накопление радиоцезия в грибах, предельно допустимые уровни
- Шаблон:Cite web
Шаблон:ВС Шаблон:Навигационная обёртка
| {{#if:|Щелочные металлы|Щелочные металлы}} | {{#if:|Щёлочноземельные металлы|Щёлочноземельные металлы}} | {{#if:|Лантаноиды|Лантаноиды}} | {{#if:|Актиноиды|Актиноиды}} | {{#if:|Переходные металлы|Переходные металлы}} |
| {{#if:|Постпереходные металлы|Постпереходные металлы}} | {{#if:|Полуметаллы|Полуметаллы}} | {{#if:|Неметаллы| Неметаллы}} | {{#if:|Галогены|Галогены}} | {{#if:|Благородные газы|Благородные газы}} |
Шаблон:Навигационная обёртка/конец
Шаблон:Ряд Активности Металлов Шаблон:Щелочные металлы Шаблон:Соединения цезия