Цезий
-
Общие сведения о цезии
- Цезий (Cs) — мягкий серебристо-золотистый щелочной металл с температурой плавления 28,5 °C.
- Обладает высокой реакционной способностью и пирофорностью, вступает в реакцию с водой при низких температурах.
- Имеет единственный стабильный изотоп — цезий-133.
-
Физические свойства
- Цезий — самый мягкий из элементов, остающихся твердыми при комнатной температуре.
- Образует сплавы с другими щелочными металлами, золотом и ртутью.
- Имеет низкую температуру кипения — 641 °C.
-
Химические свойства
- Цезий обладает высокой электроотрицательностью и образует соединения с широким спектром анионов.
- Вступает в реакцию с водой, образуя гидроксид цезия и водород.
- Образует комплексы с основаниями Льюиса, что используется для отделения Cs+ от других катионов.
-
Применение
- Используется в высокоточных атомных часах и производстве электроэнергии.
- Применяется в медицине, промышленных измерительных приборах и гидрологии.
- Радиоактивный изотоп цезий-137 используется в медицине и промышленности.
-
Опасности и меры предосторожности
- Цезий считается опасным материалом из-за взрывоопасной реакции с водой.
- Хранится и транспортируется в сухих насыщенных углеводородах.
- Используется в ампулах из боросиликатного стекла или герметичных контейнерах из нержавеющей стали.
-
Галогениды
- Фторид цезия (CsF) используется в фторорганической химии.
- Хлорид цезия (CsCl) имеет структуру хлорида натрия.
- Цезий и фтор обладают самой низкой и самой высокой электроотрицательностью.
-
Оксиды
- Цезий образует многочисленные бинарные соединения с кислородом.
- Супероксид CsO2 образуется при сгорании цезия на воздухе.
- Оксид цезия (Cs2O) испаряется при 250 °C и разлагается при 400 °C.
- Существуют субоксидные соединения, такие как Cs7O и Cs4O.
-
Изотопы
- Цезий содержит 41 изотоп с массовыми числами от 112 до 152.
- 133Cs является единственным стабильным изотопом.
- 135Cs имеет период полураспада 2,3 миллиона лет.
- 137Cs и 134Cs имеют периоды полураспада 30 и 2 года соответственно.
-
Происхождение
- Цезий относительно редкий элемент, содержание в земной коре 3 части на миллион.
- Цезий концентрируется в жидкой фазе магмы и кристаллизуется последним.
- Крупнейшие месторождения цезия находятся в зональных пегматитовых рудных телах.
-
Производство
- Добыча и обогащение поллуцитовой руды осуществляется в меньших масштабах.
- Цезий извлекается из поллуцита кислотным расщеплением, щелочным разложением или прямым восстановлением.
- Большая часть добытого цезия преобразуется в формиат цезия для бурения нефтяных скважин.
-
История открытия цезия
- В 1860 году Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф обнаружили цезий в минеральной воде из Дюркгейма.
- Цезий был первым элементом, обнаруженным с помощью спектроскопа.
- Для получения чистого образца цезия потребовалось выпарить 44 000 литров минеральной воды.
-
Методы получения цезия
- Цезий может быть выделен электролизом плавленого цианида цезия.
- Чистый цезий также получают термическим разложением азида цезия.
- В вакуумных установках дихромат цезия реагирует с цирконием, образуя чистый металлический цезий.
-
Цена и чистота цезия
- Цена цезия 99,8%-ной чистоты в 2009 году составляла около 10 долларов за грамм.
- Соединения цезия значительно дешевле.
-
Применение цезия
- Цезий используется в буровых растворах для нефтяной промышленности.
- Атомные часы на основе цезия являются наиболее точными.
- Цезий важен в электроэнергетике и электронике, включая термоэмиссионные генераторы и фотоэлементы.
- Цезий используется в сцинтилляционных счетчиках и магнитометрах.
- Цезий применяется в спектрофотометрии и вакуумных трубках.
- Цезий используется в жидкостях для центрифугирования в молекулярной биологии.
- Цезий легирует ионно-металлические катализаторы и используется в производстве серной кислоты.
-
Применение фторида цезия
- Используется в органической химии как основа и источник фторид-ионов
- Заменяет соли калия и натрия в органическом синтезе
- Применяется в дозиметрии термолюминесцентного излучения
-
Применение ядерной энергии и изотопов
- Цезий-137 используется как гамма-излучатель в промышленности
- Применяется в сельском хозяйстве, лечении рака, стерилизации пищевых продуктов
- Используется в измерительных приборах и приборах каротажа скважин
- Применяется в гидрологических исследованиях
-
Другие виды применения
- Использовался в ионных двигателях для космических аппаратов
- Применяется в пиротехнике и пиротехнических красителях
- Используется в составе флюсов для пайки алюминиевых сплавов
- Исследовался в магнитогидродинамических энергосистемах
-
Угрозы для здоровья и безопасности
- Нерадиоактивные соединения цезия токсичны, но не опасны для окружающей среды
- Радиоцезий накапливается в организме и растениях, вызывая проблемы со здоровьем
- Цезий взрывоопасен и пирофорен, требует осторожного обращения
-
Происшествия и аварии
- Авария с ацериноксом в 1998 году
- Авария в Гоянии в 1987 году
- Радиационная авария в Краматорске в 1980-1989 годах