Топи се в ръцете ви, но не и сняг - гатанка от раздела „химия“. познайте – цезий. Точката на топене на този метал е 24,5 градуса по Целзий. Веществото, което буквално изтича през пръстите ви, е открито през 1860 г. Цезият е първият елемент, открит чрез спектрален анализ.
Той е дирижиран от Робърт Бунзен и Густав Киргоф. Химици изследвали водите на минералните извори в Дюркем. Намерен магнезий, литий, калций,... Накрая поставихме капка вода в спектроскопа и видяхме две сини линии – доказателство за наличието на неизвестно вещество.
Първо се изолира неговият хлороплатинат. За 50 грама са преработени 300 тона минерална вода. Нямаше никаква измама с името на новия метал. От латински "цезий" се превежда като "син".
Химични и физични свойства на цезия
В спектроскоп металът свети ярко синьо. В действителност елементът е подобен, но малко по-лек. В течно състояние жълтеникавостта на цезия изчезва и стопилката става сребриста. Не е лесно да се получат суровини за експерименти.
От металите елементът е най-редкият и най-разпространеният в земната кора. В природата се среща само един изотоп - цезий 133. Той е напълно стабилен, тоест не подлежи на радиоактивен разпад.
Радиоактивните изотопи на метала се получават по изкуствен път. Цезий 135 е дълготраен. Неговият полуживот наближава 3 000 000 години. Цезий 137полуразпада се за 33,5 години. Изотопът е признат за един от основните източници на замърсяване на биосферата.
Нуклидът попада в него от изхвърляния от заводи и атомни електроцентрали. Полуживот на цезийпозволява му да проникне във водата, почвата, растенията и да се натрупа в тях. 137-ият изотоп е особено изобилен в сладководни водорасли и лишеи.
Като най-редкият метал, цезият е и най-реактивоспособният. Алкалният елемент се намира в основната подгрупа на 1-ва група на периодичната таблица, което вече задължава веществото лесно да влиза в химични реакции. Техният поток се засилва от наличието на вода. Да, във въздуха атом цезийексплодира поради наличието на неговите пари в атмосферата.
Взаимодействието с вода е придружено от експлозия, дори ако е замръзнала. Реакцията с лед е възможна при -120 градуса по Целзий. Сухият лед не е изключение. Експлозията също е неизбежна, когато цезият влезе в контакт с киселини, прости алкохоли, халиди на тежки метали и органични халогени.
Взаимодействията се стартират лесно по 2 причини. Първият е силен отрицателен електрохимичен потенциал. Тоест, атомът е отрицателно зареден и има тенденция да привлича други частици към себе си.
Втората причина е повърхността на цезия по време на реакции с други вещества. Топейки се в стайни условия, елементът се разпространява. Оказва се, че по-голям брой атоми са отворени за взаимодействие.
Дейността на елемента е довела до отсъствието му в чист вид в природата. Има само връзки, например, . Между тях: цезиев хлорид, флуорид, йодит, азит, цианит, бромид и цезиев карбонат. Всички соли на 55-ия елемент са лесно разтворими във вода.
Ако се работи с цезиев хидроксид, трябва да се страхувате не от неговото разтваряне, а от факта, че самият той е способен да унищожи, например, стъкло. Неговата структура се нарушава от реагента вече при стайна температура. Веднага щом увеличите градуса, хидроксидът няма да пощади кобалта, корунда и желязото.
Реакциите протичат особено бързо в кислородна среда. Само цезиевият хидроксид може да устои. Азотът също не взаимодейства с елемент 55. Цезиевият азит се получава само индиректно.
Приложения на цезий
Цезий, формулакойто осигурява ниска работа на електрони, е полезен при производството на слънчеви клетки. В устройствата, базирани на 55-то вещество, разходите за генериране на ток са минимални. Чувствителността към радиация, напротив, е максимална.
За да се предотврати прекомерно скъпото фотоволтаично оборудване поради рядкостта на цезия, то е легирано с , , , . Цезият се използва като източник на ток в горивните клетки. Твърд електролит на базата на 55 метал - част от автомобили и високоенергийни батерии.
55-ият метал се използва и в броячите на заредени частици. За тях се закупува цезиев йодид. Активиран с талий, той открива почти всякаква радиация. Детектори за цезий се закупуват за ядрени предприятия, геоложки проучвания и медицински клиники.
Използват и устройства от космическата индустрия. По-специално Марс-5 изследва елементарния състав на повърхността на червената планета благодарение на гама-спектрометър на базата на цезий.
Способността да улавя инфрачервени лъчи е причината за използването му в оптиката. Те добавят към него цезиев бромидИ цезиев оксид. Намира се в бинокли, очила за нощно виждане и мерници за оръжия. Последните се задействат дори от космоса.
137-ият изотоп на елемента също намери достойно приложение. Радиоактивният нуклид не само замърсява атмосферата, но и стерилизира продуктите или по-скоро контейнерите за тях. Полуживот на цезийдълго Милиони консервирани храни могат да бъдат преработени. Понякога се стерилизира и месо - птичи трупове и...
Медицински инструменти и лекарства също могат да се обработват със 137-ия изотоп. Нуклидът е необходим и при самото лечение, когато става дума за тумори. Методът се нарича лъчетерапия. Препарати с цезий се дават и при шизофрения, дифтерия, пептична язва и някои видове шок.
Металурзите се нуждаят от чист елемент. Смесва се със сплави и. Добавката повишава тяхната устойчивост на топлина. В , например, той се утроява с цезий само с 0,3%.
Якостта на опън и устойчивостта на корозия също се увеличават. Вярно е, че индустриалците търсят алтернатива на 55-ия елемент. Той е твърде оскъден и не е конкурентен на цена.
Добив на цезий
Металът е изолиран от полуцит. Това е воден алумосиликат и цезий. Минерали, съдържащи 55-ия елемент от единицата. В полуцита процентът на цезий прави добива икономически осъществим. В авогардита също има много метал. Самият този камък обаче е рядък като цезия.
Индустриалците отварят замърсяване с хлориди или сулфати. Цезийизвлечен от камъка чрез потапянето му в загрята солна киселина. Там също се излива антимонов хлорид. Образува се утайка.
Измива се с гореща вода. Резултатът от операциите е цезиев хлорид. При работа със сулфат полуцитът се потапя в сярна киселина. Резултатът е цезиева стипца.
Лабораториите използват други методи за получаване на 55-ия елемент. Има 3 от тях, всички трудоемки. Можете да нагрявате цезиев дихромат и циркониев хромат. Но това изисква вакуум. Необходим е и за разграждането на цезиевия азид. Вакуумът се избягва само чрез нагряване на специално приготвен калций и хлорид на 55-ия метал.
Цена на цезия
В Русия Заводът за редки метали в Новосибирск се занимава с добив и преработка на полуцит. Ловозерският минно-обогатителен комбинат също предлага продукти. Последният предлага цезий в ампули 10 и 15 милиграма.
Предлагат се в опаковка от 1000 броя. Минимална цена - 6000 рубли. Sevredmet също продава ампули, но е готов да доставя по-малки обеми - от 250 грама.
Ако чистотата на метала е 99,9%, за един грам обикновено искат около 15-20 щатски долара. Говорим за стабилния 133-ти изотоп на 55-ия елемент от периодичната таблица.
(Caesium; от лат. caesius - син), Cs - химикал. елемент от I група на периодичната система от елементи; при, n. 55, при. м. 132.9054. Сребристо-бял метал. В съединения той проявява степен на окисление + 1. Естественият въглерод се състои от стабилния изотоп 133Cs. Получени са 22 радиоактивни изотопа, от които най-практичен е изотопът 137Cs с период на полуразпад 27 години. Цезият е открит (1860 г.) от немския химик R. W. Bunsen и немския физик G. P. Kirchhoff при изследване на спектъра на соли на алкални метали, получени от водата на минералния извор Durkheim.
Металният цезий е получен за първи път (1882) от К. Сетерберг чрез електролиза на разтопена смес от цезиев и бариев цианид. Цезият е рядък елемент. Съдържанието му в земната кора е 3,7 10-4% и не се среща в природата в свободно състояние поради високата си активност. C. се намира в 78 минерала; най-голямо количество от него се съдържа в цезиевите минерали: полуцит (до 36% Cs20), спароуит и авогадрит (до 7,5% Cs20). Съдържа в малки количества (от 0,004 до 0,001% или по-малко). скали: базалти, гранити, диабази, сиенити, нефелини, слюди, фелдшпати, варовици, шисти и др. Основните източници на C. са полуцит, карналит, саламура от солени езера, саламура и морска кал. Кристална решетка C. тялоцентрирана кубична с период a = 6,05 A (температура - 175 ° C).
Атомен радиус 2,65 A, йонен радиус на Cs+ е 165 A. Плътност 1,9039 (температура 0°C) и 1,880 g/cm3 (температура 26,85°C); точка на топене 28,60°С; точка на кипене 685.85°C; ср коефициент линейно разширение (в температурен диапазон 0-26° C) 9,7-10-5 deg-1; коефициент топлопроводимост (температура 28,5° C) 0,04 - 0,065 cal/cm -sec-deg; среден топлинен капацитет 7,24 (температура 0° C) и 7,69 cal/g-atom deg (температура 25° C); специфичното електрическо съпротивление е 18,30 (температура 0° C) и 21,25 μΩ cm (температура 26,85° C). Металните пари са амагнитни. Цезият е мек, пластичен метал. Твърдост по скалата на Моос 0,2; HB - = 0,015; модул на нормална еластичност 175 kgf/mm2; свиваемост при стайна температура 7,0-10-5 kgf/cm2. Металният цезий има най-висока реактивност сред алкалните елементи. Във въздуха моментално се окислява с възпаление, образувайки пероксид и супероксид.
С водород при температура 200-350 ° C и налягане 50-100 at. образува хидрида CsH - бяло кристално вещество, което се запалва във влажна среда, в среда на хлор и флуор. С кислород, в зависимост от условията, дава: Cs2O оксид - червено-кафяви кристали, разпространяващи се във въздуха; Cs2O2 пероксид - хигроскопични жълти кристали; CsO2 супероксид - жълти кристали, при температури над 180 ° C променят цвета си на оранжево; озонид CsO3 - фин кристален оранжево - червен прах; CsOH хидроксидът е бяло кристално вещество, което бързо се разтваря във въздуха. C. директно се свързва с халогени (със запалване), образувайки халогениди CsF, CsCl, CsBr в Csl - безцветни кристали, силно разтворими във вода и много други. органични разтворители.
В течния азот, по време на електрически разряд между електродите, от цезий се получава цезиев нитрид - хигроскопичен, нестабилен прах със сиво-зелен или син цвят. Азид CsN3 - жълто-бели кристали. Известни са съединения на калций със сяра, селен и телур - халкогениди. Със сярата цезият образува сулфид Cs2S, тъмночервен кристален прах, разтворим във вода. Освен това са получени ди-, три- и пентасулфиди. С. със селен и телур образува кристални съединения: бял прах от Cs2Se селенид и светложълт прах от Cs2Te телурид, които се разлагат във въздуха. Със силиций образува силицид CsSi, жълто кристално вещество, което се запалва във въздуха; при взаимодействие с вода се възпламенява експлозивно. Известни са съединения на С. с фосфор - . При заместване на водорода в неорганично вещество с въглерод се получават съответните соли: сулфат, нитрат, карбонат и др.
С много метали, включително алкални метали, цезият също образува интерметални съединения, от които най-важни са съединенията с бисмут, антимон, злато и живак. При реакции с неорганични съединения цезият се държи като силен редуциращ агент. Реагира експлозивно с въглероден диоксид и въглероден тетрахлорид. Металният цинк се получава главно чрез взаимодействие с цинкови соли, например. на, магнезий или калций при високо
т-рах във вакуум. За получаване на въглерод се използва и електрохимичен метод, при който по време на електролиза, например CsCl върху течен оловен катод, се получава оловно-цезиева сплав, от която цветът се отстранява чрез вакуумна дестилация. Малки количества цирконий се получават чрез редуциране на неговия хромат (Cs2Cr04) с прахообразен цирконий при температура 650°C или чрез разлагане на CsN3 при температура 390-395°C във вакуум.
Приложения на цезия
Използва се във фотоклетки; във фотоумножители, предназначени за сцинтилационни броячи, инструменти за небесна навигация, спектроскопи, за радиационни детектори в лазерни системи; в електрооптични преобразуватели, използвани в устройства за нощно виждане; в предавателни катодно-лъчеви тръби. Цезият се използва като геттер за абсорбиране на остатъчни следи от въздух при производството на вакуумни радиолампи. Намира приложение в тиратроните с тлеещ разряд и в атомните еталони - най-точните еталони на времеви интервали. Грешката на атомен часовник с източник на цезий е 1 секунда на 4000 години. Цезиевите пари се използват в оптични квантови генератори - газови лазери. Добавянето на въглерод към инертен газ в магнитохидродинамичните генератори прави възможно йонизирането на газа при температури приблизително два пъти по-ниски, отколкото без тези добавки. C. се използва в термоелектронни преобразуватели, предназначени за директно преобразуване на топлина в електричество. енергия; в йонни ракетни двигатели за космически кораби. Цезият е намерил приложение в нов клон на електрониката - микровълнова плазмена електроника, както и в цезиеви лампи, които превъзхождат по интензитет други източници на светлина.
Характеристики на елемента
Откриването на цезия, подобно на рубидия, е свързано със спектралния анализ. През 1860 г. Р. Бунзен открива две ярко сини линии в спектъра, които не принадлежат на нито един известен по това време елемент. От тук идва и името „caesius“, което означава небесно синьо. Това е последният елемент от подгрупата на алкалните метали, който все още се среща в измерими количества. Най-големият атомен радиус и най-малкият първи йонизационен потенциал определят характера и поведението на този елемент. Има изразена електропозитивност и изразени метални качества. Желанието да се дари външният 6s електрон води до факта, че всичките му реакции протичат изключително бурно. Малка разлика в атомните 5 енергиид- и 6 с -орбитали причинява лесна възбудимост на атомите. Излъчването на електрони от цезия се наблюдава под въздействието на невидими инфрачервени лъчи (топлина). Тази характеристика на атомната структура определя добрата електрическа проводимост на тока. Всичко това прави цезия незаменим в електронните устройства. Напоследък се обръща все повече внимание на цезиевата плазма като гориво на бъдещето и във връзка с решаването на проблема с термоядрения синтез.
Свойства на прости вещества и съединения
Цезият при нормални стайни условия е полутечен метал (т pl = 28,5°C, t кипене = 688°C). Блестящата му повърхност има бледо златист цвят. Цезият е лек метал с кв. 1,9 g/cm³ , например, с приблизително същата атомна маса тежи повече от 6 пъти повече.
Причината цезият да е в пъти по-лек от своите съседи в периодичната таблица е големият размер на неговите атоми. Атомните и йонните радиуси на метала са много големи:Рпри = 2,62 A, Ри той =1,6 A. Цезият е необичайно химически активен. Той реагира толкова жадно с кислорода, че е в състояние да пречисти газовата смес от най-малките следи от кислород дори в условия на дълбок вакуум. Реагира с вода при замръзване до -116° C. Повечето реакции с други вещества протичат с експлозии: с халогени, сяра, фосфор, графит, силиций (в последните три случая е необходимо леко нагряване). Трудните хора също реагират бурно с него: CO 2 , тетрахлорид, силициев диоксид (при 300°C). Във водородна атмосфера се образува CsH хидрид, който се запалва при недостатъчно сух въздух. Той измества всички неорганични и органични киселини, образувайки соли.
Реакциите на цезий с азот протичат по-спокойно в полето на тих електрически заряд и с въглища при нагряване. Реагира с водород при 300-350°C или под налягане 5-10⋅ 10 ⁶ татко Следователно той може безопасно да се съхранява в съд, пълен с водород.
2Сs + 2SiO 2 = Сs 2 O 4 + 2Si
2Rb + 2SiO 2 = Rb 2 O 4 + 2Si
От съединенията на цезия най-важни са cсребро и антимон. Кристалите от цезиев бромид и йодид са прозрачни за инфрачервените лъчи, поради което се използват в оптиката и електротехниката.
Сулфат СsSO 4 - огнеупорно и термично стабилно съединение, което започва да се изпарява забележимо едва при температури над 1400°C. В същото време всички цезиеви соли са с високо съдържание.
Производство и използване на цезий
Цезият, подобно на , не образува независими минерали и обикновено придружава по-често срещаните елементи от група I. Цезият се среща в природата като примес в минералите Na и K. Полуцитът CsNa ⋅ nH 2 е най-богат на цезий О. В природата се среща в много разпръснато състояние под формата на съединения, придружаващи други руди. Например полуцитът съдържа цезий заедно с натрий. Най-трудоемката част от тяхното производство е обогатяването и отделянето на фракции с рубидий и цезий от калий, натрий и литий. Чисти (Rb и Cs) се получават от халогени чрез редукция с метален калций при 700-800°C. Те се получават чрез реакция на обмен на разтопени хлориди с метален калций:
Характеристиките на цезия, неговите структурни характеристики и качества, характерни за този елемент, трябва да бъдат обхванати в курса по химия. Не само учениците, но и студентите по химически специалности трябва да знаят особеностите на това съединение. Използването на цезий в момента е доста широко разпространено - но в определена област. Това до голяма степен се дължи на факта, че при стайна температура елементът придобива течно състояние и практически никога не се среща в чист вид. В момента само пет метала имат подобни качества. Свойствата на цезия определят интереса на учените към него и възможностите за използване на съединението.
За какво става дума?
Мекият метал цезий е обозначен в периодичната таблица със символа Cs. Серийният му номер е 55. Мекият метал има сребрист, златист оттенък. Точка на топене - 28 градуса по Целзий.
Цезият е алкален метал, чиито качества и характеристики са подобни на калия и рубидия. Структурата на цезия причинява повишена реактивност. Металът може да реагира с вода при температура по скалата на Целзий от 116 градуса под нулата. Химическият елемент цезий има висока пирофорност. Добива се от полуцит. Много радиоактивни изотопи на цезий (включително широко използвания цезий 137) се произвеждат по време на обработката на отпадъци, генерирани по време на работата на ядрен реактор. Цезий 137 е резултат от реакция на делене.
Исторически фон
Заслугата за откриването на електронната формула на цезия принадлежи на химици от Германия, изключителни умове в своята област, Кирхоф и Бунзен. Това събитие се случи през 1860 г. През този период те започнаха активно да променят новоизобретената техника на пламъчна спектроскопия и в хода на своите експерименти немските учени откриха химичен елемент, който преди това не беше известен на обществеността - цезий. В този момент като реципиент е представен цезият, който е от значение за фотоклетките и електронните тръби.
Забележими промени в историята на дефинирането и изолирането на елемента настъпват през 1967 г. Като се има предвид изявлението на Айнщайн, че скоростта на светлината може да се счита за най-постоянния измервателен фактор, присъщ на нашата Вселена, беше решено да се изолира цезий 133. Това стана важен момент в разширяването на обхвата на приложения на химическия елемент цезий - по-специално , използва се за направата на атомни часовници.
Цезий през деветдесетте години
През последното десетилетие на миналия век химичният елемент цезий започна да се използва особено активно от човечеството. Оказа се, че е приложим в сондажни течности. Също така беше възможно да се намери доста широка област на приложение в химическата промишленост. Оказа се, че цезиевият хлорид и другите му производни могат да се използват в конструирането на сложна електроника.
Тогава, през 90-те години, специално внимание на научната общност беше насочено към всичко, което може да се превърне в нова дума в атомната и ядрената енергетика. Тогава радиоактивният цезий е изследван най-задълбочено. Беше разкрито, че полуживотът на този компонент изисква около три десетилетия. В момента радиоактивните изотопи на цезия се използват широко в хидрологията. Медицината и индустрията не могат без тях. Най-широко използваният радиоактивен изотоп е цезий 137. Цезият има ниско ниво на токсичност, като в същото време радиоактивните производни във високи концентрации могат да навредят на природата и хората.
Физически параметри
Спецификата на цезия (както и на цезиевия хлорид и други производни на този метал) дава възможност за широко използване на продукта. Сред другите елементи цезият има най-нисък индекс на твърдост - само 0,2 единици.В допълнение към мекотата, металът се характеризира с гъвкавост. В нормално състояние правилната електронна формула на цезия позволява образуването на бледооцветен материал, който може да промени цвета си в по-тъмен при най-малък контакт с кислородни съединения.
Точката на топене на метала е само 28 градуса по Целзий, което означава, че съединението е един от петте метала, които са в течна фаза при или близо до стайна температура. Само за живака е регистрирана още по-ниска точка на топене от тази на цезия. Точката на кипене на цезия също е ниска - само живакът има по-ниска точка на кипене. Характеристиките на електрохимичния потенциал регулират изгарянето на метала - създават виолетови нюанси или син цвят.
Съвместимост и функции
Цезият има способността да реагира с елемента.Елементът също така образува цезиеви оксиди. Освен това се наблюдават реакции с живачни смеси и злато. Характеристиките на взаимодействие с други съединения, както и температурните условия, при които са възможни реакции, показват възможни интерметални състави. По-специално, цезият е изходният компонент за образуването на фоточувствителни съединения. За да направите това, се извършва метална реакция с участието на торий, антимон, галий и индий.
В допълнение към цезиевия оксид, химиците се интересуват и от резултатите от взаимодействието с редица алкални елементи. В същото време трябва да се има предвид, че металът не може да реагира с литий. Всяка от цезиевите сплави има свой собствен нюанс. Някои смеси са черно-виолетови съединения, други имат златист оттенък, а трети са почти безцветни, но имат отчетлив метален блясък.
Химични свойства
Най-изразената характеристика на цезия е неговата пирофорност. Освен това електрохимичният потенциал на метала също привлича вниманието на учените. Цезият може спонтанно да се запали във въздуха. При взаимодействие с вода възниква експлозия, дори ако условията на реакцията предполагат ниски температури. Цезият се различава значително в това отношение от първата група на периодичната химическа таблица. Когато цезий взаимодейства с вода в твърда форма, също възниква реакция.
Беше разкрито, че полуживотът на цезия продължава около три десетилетия. Материалът се счита за опасен поради характеристиките си. За работа с цезий е необходимо да се създаде атмосфера на инертен газ. В същото време експлозията при контакт с вода с равни количества натрий и цезий във втория случай ще бъде значително по-слаба. Химиците обясняват това със следната особеност: когато цезий влезе в контакт с вода, възниква моментална експлозивна реакция, тоест не остава достатъчно дълъг период от време за натрупване на водород. Оптималният метод за съхранение на цезий е в запечатани контейнери, изработени от боросиликатни съединения.
Цезий: в съединения
Цезият действа като катион в съединения. Има много различни аниони, с които реакцията за образуване на съединение е възможна. Повечето цезиеви соли са безцветни, освен ако оцветяването не се дължи на анион. Простите соли са хигроскопични, макар и в по-малка степен от другите леки алкални метали. Много се разтварят във вода.
Имат относително ниска степен на разтворимост. Това намери доста широко приложение в индустрията. Например алуминиево-цезиевият сулфат се използва активно в инсталациите за пречистване на руда поради ниската си разтворимост във вода.
Цезий: уникален и полезен
Визуално този метал е подобен на златото, но е малко по-лек от най-популярния благороден метал. Ако вземете парче цезий в ръката си, то бързо ще се стопи и полученото вещество ще бъде подвижно и леко ще промени цвета си - по-близо до среброто. В разтопено състояние цезият перфектно отразява светлинните лъчи. От алкалните метали цезият се счита за най-тежкият, но в същото време има най-ниска плътност.
Историята на откриването на цезия съдържа препратки към източника на Durchheim. Именно оттук е изпратена водна проба за лабораторно изследване. По време на анализа на съставните компоненти беше обърнато специално внимание на решаването на въпроса: кой елемент осигурява лечебните качества на течността? Немският учен Бунзен решава да използва метода на спектралния анализ. Тогава се появиха две неочаквани сини линии, нетипични за познатите по това време съединения. Цветът на тези ивици помогна на учените да изберат име за новия компонент - небесносиньото на латински звучи като "цезий".
Къде мога да те намеря?
Както беше разкрито по време на дългосрочни тестове, цезият е микроелемент, който се среща изключително рядко в естествени условия. По този начин, извършвайки сравнителен анализ на съдържанието на рубидий и цезий в кората на планетата, учените откриха, че последното е стотици пъти по-малко. Приблизителната оценка на концентрацията дава показател от 7*10(-4)%. Никой друг по-малко чувствителен метод освен спектроскопията не би могъл просто да открие такова рядко съединение. Това обяснява факта, че по-рано учените дори не са подозирали за съществуването на цезий.
Сега е установено, че цезият е по-често срещан в скали, извлечени от планини. Концентрацията му в този материал не надвишава хилядни от процента. В морските води са регистрирани категорично малки количества. Нивото на концентрация в литиеви и калиеви минерални съединения достига десети от процента. Най-често може да се открие в лепидолит.
При сравняване на отличителните черти на цезий и рубидий, както и на други елементи, които са изключително редки, беше възможно да се разкрие, че цезият се характеризира с образуването на уникални минерали, на които други съединения не са способни. Така се получават полуцит, родицит и авогадрит.
Родицитът, както установиха учените, е изключително рядък. По същия начин авогадритът е много труден за намиране. Поллуцитът е малко по-често срещан, като в редица случаи се откриват малки отлагания. Те имат много ниска мощност, но съдържат цезий в количество от 20-35 процента от общата маса. Най-важните, от гледна точка на обществото, замърсители са открити в американските недра и в Русия. Има също шведски и казахстански разработки. Известно е, че полуцитът е открит в югозападната част на африканския континент.
Работата продължава
Не е тайна, че откриването на елемент и получаването му в чист вид са две напълно различни задачи, въпреки че са взаимосвързани. Когато стана ясно, че цезият е много рядък, учените започнаха да разработват техники за синтезиране на метала в лабораторията. Първоначално изглеждаше, че това е напълно невъзможна задача, ако използваме наличните тогава средства и технологии. През годините Бунзен не успява да изолира метала цезий в чистата му форма. Едва две десетилетия по-късно напредналите химици най-накрая успяха да разрешат този проблем.
Пробивът настъпва през 1882 г., когато Setterberg от Швеция електролизира смес, състояща се от четири части цезиев цианид, към която се смесва една част барий. Последният компонент се използва за понижаване на точката на топене. Цианидът, както учените вече знаеха в този момент, беше много опасен компонент. В същото време се образува замърсяване поради барий, което не направи възможно получаването на повече или по-малко задоволително количество цезий. Беше ясно, че техниката изисква значителни подобрения. Добро предложение в тази област беше внесено за обсъждане в научната общност от Бекетов. Тогава цезиевият хидроксид привлече вниманието. Ако това съединение се възстанови чрез използване на метален магнезий, увеличаване на топлината и използване на водороден ток, може да се постигне малко по-добър резултат от този, доказан от шведския химик. Реалните експерименти обаче показват, че добивът е наполовина от изчисления на теория.
Какво следва?
Цезият продължава да бъде във фокуса на вниманието на международната химическа научна общност. По-специално, френският учен Акспил му посвети много усилия и време в своите изследвания. През 1911 г. той предлага радикално нов подход към въпроса за извличане на чист цезий. Беше необходимо реакцията да се проведе във вакуум, като изходен материал беше взет метален хлорид и за възстановяването му беше използван метален калций.
Такава реакция, както показват експериментите, протича почти докрай. За да постигнете достатъчен ефект, трябва да използвате специално устройство. В лабораториите обикновено прибягват до огнеупорно стъкло или използват кварцови съдове. Устройството трябва да има разширение. Налягането вътре се поддържа около 0,001 mmHg. Изкуство. За успешна реакция е необходимо да се гарантира, че контейнерът е нагрят до 675 градуса по Целзий. Това освобождава цезий, който се изпарява почти веднага. Двойките преминават към процеса, предназначен за тази цел. Но калиевият хлорид се утаява главно директно в реактора. При дадени условия, летливостта на тази сол е толкова ниска, че може да се пренебрегне напълно, тъй като това съединение има характерна точка на топене от 773 градуса (по същата скала на Целзий). Това означава, че утайката може да се стопи, ако контейнерът се прегрее със сто градуса спрямо предназначението. За да постигнете най-ефективни резултати, е необходимо да повторите процеса на дестилация. За да направите това, създайте вакуум. Резултатът ще бъде идеален цезиев метал. В момента описаният метод е най-широко използван и се счита за оптимален за получаване на съединението.
Активност и реакции
В хода на многобройни изследвания учените успяха да установят, че цезият има удивителна активност, която обикновено не е характерна за металите. При контакт с въздуха възниква изгаряне, което води до отделяне на супероксид. Оксидът може да се постигне чрез ограничаване на достъпа на кислород до реагентите. Има възможност за образуване на субоксиди.
Ако цезият влезе в контакт с фосфор, сяра или халоген, това провокира експлозивна реакция. Експлозията е придружена и от реакция с вода. Използвайки кристализатор или стъкло, можете да срещнете контейнера буквално да се разпадне на парчета. Възможна е и реакция с лед, ако температурата по скалата на Целзий не е по-ниска от 116 градуса. В резултат на тази реакция се получават водород и хидроксид.
Хидроксид: характеристики
Докато изучават реакционните продукти, произведени от цезия, химиците откриват, че полученият хидроксид е много силна основа. Когато взаимодействате с него, трябва да запомните, че при високи концентрации това съединение може лесно да унищожи стъклото дори без допълнително нагряване. Но когато температурата се повиши, хидроксидът лесно топи никел, желязо и кобалт. Ефектът върху корунда и платината ще бъде подобен. Ако в реакцията участва кислород, цезиевият хидроксид изключително бързо разрушава среброто и златото. Ако ограничите доставката на кислород, процесът протича сравнително бавно, но все още не спира. Родият и няколко сплави на това съединение са устойчиви на цезиев хидроксид.
Използвайте разумно
Не само цезий, но и известни съединения на базата на този метал в момента се използват много широко. Без тях е невъзможно да си представим дизайна на радиотехниката, те също са незаменими в електрониката. Съединенията и разновидностите на цезия се използват активно в химията, промишлеността, офталмологията и медицината. Цезият не е пренебрегнат при разработването на технологии, приложими в космоса, както и в ядрената енергетика.
Сега е обичайно да се използва цезий при изграждането на слънчеви клетки. Бромидът и йодидът на този метал са необходими за създаването на системи за инфрачервено зрение. Индустриално произведените монокристали могат да се използват като детекторни елементи, които позволяват запис на йонизиращо лъчение. Някои съединения на базата на цезий се използват активно като катализатори в промишлени процеси. Това е необходимо при създаване на амоняк, образуване и производство на бутадиен.
Радиация и цезий
Най-голямо внимание на учените привлича изотопът цезий 137. Той принадлежи към категорията на бета излъчвателите. В момента този елемент е незаменим в процеса на стерилизация на хранителни и медицински съединения. Обичайно е да се прибягва до него при лечението на злокачествени новообразувания. Съвременните подходи направиха възможно използването на елемента в гама дефектоскопията. На негова основа са проектирани сензори за ниво, а също и източници на ток. 137-ият изотоп беше изпуснат в околната среда в много големи количества след аварията в атомната електроцентрала в Чернобил. Именно това е един от най-важните фактори за замърсяване след това бедствие.
137 обаче не е единственият радиоактивен изотоп на цезий, който е намерил приложение в съвременната индустрия. По този начин атомните часовници се създават с помощта на изотопа цезий 133. В момента това е най-точното устройство, което ви позволява да контролирате хода на времето. Една секунда, както съвременните учени установиха чрез високоточни изследвания, е 9192631770 периода на излъчване. Това позволява атомът на изотопа цезий 133 да се използва като стандарт за определяне на честотата и времето.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Цезийразположени в шестия период на група I от главната (А) подгрупа на периодичната система.
Принадлежи към семейството с- елементи. Метал. Обозначение - Cs. Сериен номер - 55. Относителна атомна маса - 132,95 amu.
Електронна структура на цезиевия атом
Цезиевият атом се състои от положително заредено ядро (+55), вътре в което има 55 протона и 78 неутрона, а 55 електрона се движат в шест орбити.
Фиг. 1. Схематична структура на атома на цезия.
Разпределението на електроните между орбиталите е както следва:
55Cs) 2) 8) 18) 18) 8) 1 ;
1с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 6 3д 10 4с 2 4стр 6 4д 10 5с 2 5стр 6 6с 1 .
Външното енергийно ниво на цезиевия атом съдържа 1 електрон, който е валентен електрон. Няма възбудено състояние. Енергийната диаграма на основното състояние има следната форма:
Валентният електрон на цезиев атом може да се характеризира с набор от четири квантови числа: н(основен квант), л(орбитален), m l(магнитни) и с(завъртане):
|
Подниво |
||||
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
| Упражнение | Атомът на елемента манган съответства на съкратената електронна формула:
|
| Решение | Ще се редуваме да дешифрираме съкратените електронни формули, за да открием тази, която съответства на атома манган в основно състояние. Серийният номер на този елемент е 25. Нека запишем електронната конфигурация на аргона: 18 Ar1 с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 6 . Тогава пълната йонна формула ще изглежда така: 1с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 6 3д 5 4с 2 . Общият брой на електроните в електронната обвивка съвпада с атомния номер на елемента в периодичната таблица. То е равно на 25. Манганът има този сериен номер. |
| Отговор | Опция 1 |
