Topi se u rukama, ali ne i snijeg - zagonetka iz odjeljka "hemija". pogodi – cezijum. Tačka topljenja ovog metala je 24,5 stepeni Celzijusa. Supstanca, koja bukvalno teče kroz vaše prste, otkrivena je 1860. godine. Cezijum je bio prvi element otkriven spektralnom analizom.
Dirigirali su Robert Bunsen i Gustav Kirgoff. Hemičari su proučavali vode mineralnih izvora u Dirkemu. Pronađeni magnezijum, litijum, kalcijum,... Na kraju smo stavili kap vode u spektroskop i vidjeli dvije plave linije - dokaz prisutnosti nepoznate supstance.
Prvo je izolovan njegov hloroplatinat. Za 50 grama prerađeno je 300 tona mineralne vode. Nije bilo varke s imenom novog metala. Sa latinskog "cesijum" se prevodi kao "plavo".
Hemijska i fizička svojstva cezija
U spektroskopu, metal svijetli jarko plavo. U stvarnosti, element je sličan, ali nešto lakši. U tečnom stanju, žutost cezijuma nestaje, a talina postaje srebrnasta. Nije lako nabaviti sirovine za eksperimente.
Od metala, element je najrjeđi i najrasprostranjeniji u zemljinoj kori. U prirodi se javlja samo jedan izotop - cezijum 133. Potpuno je stabilan, odnosno nije podložan radioaktivnom raspadu.
Radioaktivni izotopi metala dobijaju se veštački. Cezijum 135 je dugovečan. Njegovo vrijeme poluraspada se približava 3.000.000 godina. Cezijum 137 poluraspada za 33,5 godina. Izotop je prepoznat kao jedan od glavnih izvora zagađenja biosfere.
Nuklid u njega ulazi iz ispuštanja iz tvornica i nuklearnih elektrana. Poluživot cezijuma omogućava mu da prodre u vodu, tlo, biljke i akumulira se u njima. 137. izotop posebno je bogat u slatkovodnim algama i lišajevima.
Budući da je najrjeđi metal, cezijum je i najreaktivniji. Alkalni element se nalazi u glavnoj podgrupi 1. grupe periodnog sistema, što već obavezuje supstancu da lako ulazi u hemijske reakcije. Njihov protok je pojačan prisustvom vode. Da, u vazduhu atom cezijuma eksplodira zbog prisustva njegovih para u atmosferi.
Interakcija s vodom je praćena eksplozijom, čak i ako je zamrznuta. Reakcija sa ledom je moguća na -120 stepeni Celzijusa. Suvi led nije izuzetak. Eksplozija je također neizbježna kada cezijum dođe u kontakt sa kiselinama, jednostavnim alkoholima, halogenidima teških metala i organskim halogenima.
Interakcije je lako započeti iz 2 razloga. Prvi je snažan negativni elektrohemijski potencijal. To jest, atom je negativno nabijen i teži da privuče druge čestice k sebi.
Drugi razlog je površina cezijuma tokom reakcija sa drugim supstancama. Topeći se u sobnim uslovima, element se širi. Pokazalo se da je veći broj atoma otvoren za interakciju.
Aktivnost elementa dovela je do odsustva njegovog čistog oblika u prirodi. Postoje samo veze, na primjer, . Među njima: cezijum hlorid, fluor, jodit, azit, cijanit, bromid i cezijum karbonat. Sve soli 55. elementa su lako rastvorljive u vodi.
Ako se rad izvodi sa cezijum hidroksid, morate se bojati ne njegovog raspadanja, već činjenice da je on sam sposoban uništiti, na primjer, staklo. Njegovu strukturu poremeti reagens već na sobnoj temperaturi. Čim povećate stepen, hidroksid neće poštedjeti kobalt, korund i željezo.
Reakcije se dešavaju posebno brzo u okruženju kiseonika. Samo cezijum hidroksid može da odoli. Nitrogen ne stupa u interakciju ni sa elementom 55. Cezijum asit se dobija samo indirektno.
Primjena cezijuma
Cezijum, formula koji osigurava nisku radnu funkciju elektrona, koristan je u proizvodnji solarnih ćelija. U uređajima baziranim na 55. supstanci trošak generiranja struje je minimalan. Osetljivost na zračenje je, naprotiv, maksimalna.
Kako bi se spriječilo da fotonaponska oprema bude pretjerano skupa zbog rijetkosti cezijuma, legirana je sa , , , . Cezijum se koristi kao izvor struje u gorivnim ćelijama. Čvrsti elektrolit na bazi 55 metala - dio automobila i visokoenergetskih baterija.
55. metal se također koristi u brojačima nabijenih čestica. Za njih se kupuje cezijum jodid. Aktiviran talijem, detektuje gotovo svako zračenje. Detektori cezijuma se kupuju za nuklearna preduzeća, geološka istraživanja i medicinske klinike.
Koriste i uređaje iz svemirske industrije. Konkretno, Mars-5 je proučavao elementarni sastav površine crvene planete zahvaljujući gama spektrometru na bazi cezija.
Sposobnost hvatanja infracrvenih zraka razlog je njegove upotrebe u optici. Oni tome dodaju cezijum bromid I cezijum oksid. Nalazi se u dvogledima, naočalama za noćno gledanje i nišanima za oružje. Potonji se aktiviraju čak i iz svemira.
137. izotop elementa također je našao dostojnu upotrebu. Radioaktivni nuklid ne samo da zagađuje atmosferu, već i sterilizira proizvode, odnosno posude za njih. Poluživot cezijuma dugo Milioni konzervirane hrane mogu se preraditi. Ponekad se steriliše i meso - leševi ptica i...
Medicinski instrumenti i lijekovi također se mogu obraditi 137. izotopom. Nuklid je potreban i u samom tretmanu kada su tumori u pitanju. Metoda se zove radioterapija. Preparati sa cezijem daju se i za šizofreniju, difteriju, peptički ulkus i neke vrste šoka.
Metalurzima je potreban čist element. Meša se sa legurama i. Dodatak povećava njihovu otpornost na toplinu. U , na primjer, utrostručuje se sa cezijem na samo 0,3%.
Zatezna čvrstoća i otpornost na koroziju također se povećavaju. Istina, industrijalci traže alternativu 55. elementu. Previše je oskudan i nije konkurentan po cijeni.
Rudarstvo cezijuma
Metal je izolovan od zagađivača. To je vodni aluminosilikat i cezijum. Minerali koji sadrže 55. element jedinice. U pollucitu, postotak cezijuma čini rudarenje ekonomski izvodljivim. U avogarditu ima i dosta metala. Međutim, sam ovaj kamen je rijedak kao i cezijum.
Industrijalci otvoreno zagađuju hloridima ili sulfati. cezijum izvučen iz kamena potapanjem u zagrijanu hlorovodoničnu kiselinu. Tu se sipa i antimon hlorid. Formira se talog.
Ispere se toplom vodom. Rezultat operacija je cezijum hlorid. Prilikom rada sa sulfatom, polucit se uranja u sumpornu kiselinu. Izlaz je cezijum alum.
Laboratorije koriste druge metode za dobijanje 55. elementa. Ima ih 3, svi su radno intenzivni. Možete zagrijati cezijum dihromat i cirkonijum hromat. Ali za ovo je potreban vakuum. Takođe je potreban za razgradnju cezijum azida. Vakuum se izbjegava samo zagrijavanjem posebno pripremljenog kalcijuma i hlorida 55. metala.
Cijena cezijuma
U Rusiji se Fabrika retkih metala u Novosibirsku bavi eksploatacijom i preradom polucita. Rudarsko-prerađivački kombinat Lovozersk takođe nudi proizvode. Potonji nudi cezijuma u ampulama 10 i 15 miligrama.
Dolaze u pakovanju od 1000 komada. Minimalna cijena - 6000 rubalja. Sevredmet takođe prodaje ampule, ali je spreman za isporuku manjih količina - od 250 grama.
Ako je čistoća metala 99,9%, za jedan gram u pravilu traže oko 15-20 američkih dolara. Govorimo o stabilnom 133. izotopu 55. elementa periodnog sistema.
(Cezijum; od latinskog caesius - plava), Cs - hemikalija. element grupe I periodnog sistema elemenata; at, n. 55, at. m. 132.9054. Srebrno-bijeli metal. U jedinjenjima pokazuje oksidacijsko stanje +1. Prirodni ugljik se sastoji od stabilnog izotopa 133Cs. Dobijena su 22 radioaktivna izotopa, od kojih je najpraktičnija upotreba izotopa 137Cs s poluživotom od 27 godina. Cezijum su otkrili (1860.) nemački hemičar R. W. Bunsen i nemački fizičar G. P. Kirchhoff proučavajući spektar soli alkalnih metala dobijenih iz vode mineralnog izvora Dirkem.
Metalni cezijum je prvi dobio (1882) K. Setterberg elektrolizom rastopljene mešavine cezijuma i barijum cijanida. Cezijum je rijedak element. Njegov sadržaj u zemljinoj kori iznosi 3,7 10-4% i ne nalazi se u prirodi u slobodnom stanju zbog visoke aktivnosti. C. je pronađen u 78 minerala; Najveća količina sadržana je u mineralima cezijuma: polucitu (do 36% Cs20), sparoritu i avogadritu (do 7,5% Cs20). Sadrži u malim količinama (od 0,004 do 0,001% ili manje). stijene: bazalti, graniti, dijabazi, sijeniti, nefelini, liskuni, feldspati, krečnjaci, škriljci, itd. Glavni izvori C. su polucit, karnalit, slanica slanih jezera, slanice i morsko blato. Kristalna rešetka C. kubni centriran po tijelu sa periodom a = 6,05 A (temperatura - 175 °C).
Atomski radijus 2,65 A, jonski radijus Cs+ je 165 A. Gustina 1,9039 (temperatura 0°C) i 1,880 g/cm3 (temperatura 26,85°C); tačka topljenja 28,60°C; tačka ključanja 685,85°C; sri koeficijent linearna ekspanzija (u temperaturnom opsegu 0-26°C) 9,7-10-5 deg-1; koeficijent toplotna provodljivost (temperatura 28,5°C) 0,04 - 0,065 cal/cm -sec-deg; toplotni kapacitet u prosjeku 7,24 (temperatura 0° C) i 7,69 cal/g-atom deg (temperatura 25° C); specifični električni otpor je 18,30 (temperatura 0°C) i 21,25 μΩ cm (temperatura 26,85°C). Metalna para je magnetna. Cezijum je mekan, duktilni metal. Tvrdoća po Mohsovoj skali 0,2; HB - = 0,015; modul normalne elastičnosti 175 kgf/mm2; kompresibilnost na sobnoj temperaturi 7,0-10-5 kgf/cm2. Metalni cezijum ima najveću reaktivnost među alkalnim elementima. Na zraku trenutno oksidira s upalom, stvarajući peroksid i superoksid.
Sa vodonikom na temperaturi od 200-350 ° C i pritisku od 50-100 at. formira hidrid CsH - bijelu kristalnu supstancu koja se pali u vlažnom okruženju, u okruženju hlora i fluora. Sa kiseonikom, u zavisnosti od uslova, daje: Cs2O oksid - crveno-smeđe kristale, šireći se u vazduhu; Cs2O2 peroksid - higroskopne žute kristale; CsO2 superoksid - žute kristale, na temperaturama iznad 180°C menjaju boju u narandžastu; ozonid CsO3 - fini kristalni narandžasto - crveni prah; CsOH hidroksid je bijela kristalna supstanca koja se brzo otapa u zraku. C. se direktno kombinuje sa halogenima (sa paljenjem), formirajući halogenide CsF, CsCl, CsBr u Csl - bezbojne kristale, visoko rastvorljive u vodi i mnoge druge. organski rastvarači.
U tekućem dušiku, tijekom električnog pražnjenja između elektroda, iz cezijuma se dobiva cezijum nitrid - higroskopni, nestabilni prah sivkastozelene ili plave boje. Azid CsN3 - žuto-bijeli kristali. Poznata su jedinjenja kalcijuma sa sumporom, selenom i telurom - halkogenidi. Sa sumporom, cezijum formira sulfid Cs2S, tamnocrveni kristalni prah rastvorljiv u vodi. Osim toga, dobijeni su di-, tri- i pentasulfidi. C. sa selenom i telurom formira kristalna jedinjenja: beli prah Cs2Se selenida i svetložuti prah Cs2Te telurida, koji se razlažu na vazduhu. Sa silicijumom stvara silicid CsSi, žutu kristalnu supstancu koja se pali na vazduhu; u interakciji s vodom, eksplozivno se zapali. Poznata su jedinjenja C. sa fosforom - . Prilikom zamjene vodika u anorganskoj tvari ugljikom, dobivaju se odgovarajuće soli: sulfat, nitrat, karbonat itd.
Sa mnogim metalima, uključujući alkalne, cezijum takođe formira intermetalna jedinjenja, od kojih su najznačajnija jedinjenja sa bizmutom, antimonom, zlatom i živom. U reakcijama sa neorganskim jedinjenjima, cezij se ponaša kao jako redukciono sredstvo. Reaguje eksplozivno s ugljičnim dioksidom i ugljičnim tetrakloridom. Metalni cink se uglavnom dobija reakcijom sa solima cinka, na primer. na, magnezijum ili kalcij na visokom nivou
t-rah u vakuumu. Za dobivanje ugljika koristi se i elektrohemijska metoda, u kojoj se tijekom elektrolize, na primjer, CsCl na katodi tekućeg olova, dobiva legura olova i cezijuma, s koje se boja uklanja vakuumskom destilacijom. Male količine cirkonija se dobijaju redukcijom njegovog hromata (Cs2Cr04) sa cirkonijumom u prahu na temperaturi od 650°C ili razlaganjem CsN3 na temperaturi od 390-395°C u vakuumu.
Primjena cezijuma
Koristi se u fotoćelijama; u fotomultiplikatorima namenjenim za scintilacione brojače, nebeske navigacione instrumente, spektroskope, za detektore zračenja u laserskim sistemima; u elektro-optičkim pretvaračima koji se koriste u uređajima za noćno gledanje; u predajnim katodnim cijevima. Cezijum se koristi kao prijemnik za apsorpciju zaostalih tragova vazduha u proizvodnji vakuumskih radio cevi. Nalazi primenu u tiratronima sa užarenim pražnjenjem i u atomskim standardima - najtačnijim standardima vremenskih intervala. Greška atomskog sata sa izvorom cezija je 1 sekunda u 4000 godina. Cezijeva para se koristi u optičkim kvantnim generatorima - gasnim laserima. Dodaci ugljenika inertnom gasu u magnetohidrodinamičkim generatorima omogućavaju jonizaciju gasa na temperaturama približno dva puta nižim nego bez ovih aditiva. C. se koristi u termoelektronskim pretvaračima dizajniranim da direktno pretvaraju toplotu u električnu energiju. energija; u jonskim raketnim motorima za svemirske letjelice. Cezijum je našao primenu u novoj grani elektronike - mikrotalasnoj plazma elektronici, kao i u cezijumskim lampama, koje su po intenzitetu superiornije u odnosu na druge izvore svetlosti.
Karakteristike elemenata
Otkriće cezijuma, poput rubidija, povezano je sa spektralnom analizom. Godine 1860. R. Bunsen je otkrio dvije jarko plave linije u spektru koje nisu pripadale nijednom elementu poznatom u to vrijeme. Odatle potiče naziv "caesius", što znači nebesko plavo. To je posljednji element podgrupe alkalnih metala koji se još uvijek pojavljuje u mjerljivim količinama. Najveći atomski radijus i najmanji prvi jonizacioni potencijali određuju karakter i ponašanje ovog elementa. Ima izraženu elektropozitivnost i izražene metalne kvalitete. Želja za doniranjem vanjskog 6s elektrona dovodi do činjenice da se sve njegove reakcije odvijaju izuzetno burno. Mala razlika u atomskim 5 energijamad- i 6 s -orbitale izazivaju laku podražljivost atoma. Emisija elektrona iz cezijuma se posmatra pod uticajem nevidljivih infracrvenih zraka (toplote). Ova karakteristika atomske strukture određuje dobru električnu provodljivost struje. Sve to čini cezij nezamjenjivim u elektroničkim uređajima. U posljednje vrijeme sve se više pažnje poklanja cezij plazmi kao gorivu budućnosti iu vezi sa rješavanjem problema termonuklearne fuzije.
Svojstva prostih materija i jedinjenja
Cezijum je u normalnim sobnim uslovima polutečni metal (t pl = 28,5°C, t ključanje = 688°C). Njegova sjajna površina ima blijedozlatnu boju. Cezijum je laki metal sa m2. 1,9 g/cm³ , na primjer, sa približno istom atomskom masom teži više od 6 puta više.
Razlog zašto je cezijum mnogo puta lakši od svojih susjeda u periodnom sistemu je velika veličina njegovih atoma. Atomski i jonski radijusi metala su veoma veliki:R na = 2,62 A, R i on =1,6 A. Cezijum je neobično hemijski aktivan. Toliko pohlepno reaguje sa kiseonikom da je u stanju da pročisti mešavinu gasova i od najmanjih tragova kiseonika čak i u uslovima dubokog vakuuma. Reaguje sa vodom kada je smrznuta na -116°C. Većina reakcija sa drugim materijama odvija se eksplozijama: sa halogenima, sumporom, fosforom, grafitom, silicijumom (u poslednja tri slučaja potrebno je blago zagrevanje). Teški ljudi također burno reagiraju na to: CO 2 , tetrahlorid, silicijum dioksid (na 300°C). U atmosferi vodika nastaje CsH hidrid koji se pali u nedovoljno suhom zraku. On istiskuje sve anorganske i organske kiseline, formirajući soli.
Reakcije cezijuma s dušikom teku mirnije u polju tihog električnog naboja, a s ugljem kada se zagrijava. Reaguje sa vodonikom na 300-350°C ili pod pritiskom od 5-10⋅ 10 ⁶ Pa. Stoga se može bezbedno čuvati u posudi napunjenoj vodonikom.
2Ss + 2SiO 2 = Ss 2 O 4 + 2Si
2Rb + 2SiO 2 = Rb 2 O 4 + 2Si
Od jedinjenja cezija najvažniji su c srebro i antimon. Kristali cezijum bromida i jodida su transparentni za infracrvene zrake, pa se koriste u optici i elektrotehnici.
Sulfat SsSO 4 - vatrostalna i termički stabilna smjesa koja počinje primjetno isparavati tek na temperaturama iznad 1400°C. Istovremeno, sve soli cezija su visoke.
Proizvodnja i upotreba cezijuma
Cezij, kao i , ne formira samostalne minerale i obično prati uobičajene elemente grupe I. Cezij se u prirodi javlja kao nečistoća u mineralima Na i K. Polucit CsNa ⋅ nH 2 je najbogatiji cezijem O. U prirodi se nalazi u vrlo raspršenom stanju u obliku spojeva koji prate druge rude. Na primjer, pollucit sadrži cezijum zajedno s natrijem. Najzahtjevniji dio njihove proizvodnje je obogaćivanje i odvajanje frakcija rubidijumom i cezijem od kalija, natrijuma i litijuma. Čisti (Rb i Cs) se dobijaju iz halogena redukcijom sa metalnim kalcijumom na 700-800°C. Dobijaju se reakcijom izmjene rastopljenih hlorida s metalnim kalcijem:
Karakteristike cezijuma, njegove strukturne karakteristike i kvaliteti karakteristični za ovaj element moraju se obraditi na kursu hemije. Ne samo školarci, već i studenti hemijskih specijalnosti trebaju znati specifičnosti ovog spoja. Upotreba cezijuma je trenutno prilično raširena - ali u određenom području. To je uglavnom zbog činjenice da na sobnoj temperaturi element poprima tekuće stanje i praktički se nikada ne nalazi u svom čistom obliku. Trenutno samo pet metala ima slične kvalitete. Svojstva cezijuma određuju interesovanje naučnika za njega i mogućnosti upotrebe jedinjenja.
O čemu se radi?
Cezijum mekog metala je u periodnom sistemu označen simbolom Cs. Njegov serijski broj je 55. Meki metal ima srebrnu, zlatnu nijansu. Tačka topljenja - 28 stepeni Celzijusa.
Cezijum je alkalni metal čiji su kvaliteti i karakteristike slični kalijumu i rubidijumu. Struktura cezijuma uzrokuje povećanu reaktivnost. Metal može da reaguje sa vodom na temperaturi na Celzijusovoj skali od 116 stepeni ispod nule. Hemijski element cezijum ima visoku pirofornost. Vadi se iz polucita. Mnogi radioaktivni izotopi cezijuma (uključujući široko korišteni cezijum 137) nastaju tokom obrade otpada koji nastaje tokom rada nuklearnog reaktora. Cezijum 137 je rezultat reakcije fisije.
Istorijska pozadina
Zasluge za otkriće elektronske formule cezijuma pripadaju hemičarima iz Njemačke, izvanrednim umovima u svojoj oblasti, Kirchhofu i Bunsenu. Ovaj događaj se desio davne 1860. godine. U tom periodu počeli su aktivno mijenjati novoizmišljenu tehniku plamene spektroskopije, a njemački naučnici su tokom svojih eksperimenata otkrili hemijski element koji je do sada bio nepoznat javnosti - cezijum. U tom trenutku cezijum je predstavljen kao recipijent, što je relevantno za fotoćelije i elektronske cijevi.
Primjetne promjene u historiji definicije i izolacije elementa dogodile su se 1967. godine. Uzimajući u obzir Ajnštajnovu izjavu da se brzina svetlosti može smatrati najkonstantnijim mernim faktorom koji je svojstven našem univerzumu, odlučeno je da se izoluje cezijum 133. Ovo je postalo važna tačka u širenju opsega primene hemijskog elementa cezijuma - posebno , koristi se za izradu atomskih satova.
Cezijum devedesetih godina
U posljednjoj deceniji prošlog stoljeća čovječanstvo je počelo posebno aktivno koristiti hemijski element cezijum. Pokazalo se da je primenljiv u tečnostima za bušenje. Također je bilo moguće pronaći prilično široko područje primjene u kemijskoj industriji. Pokazalo se da se cezijum hlorid i njegovi drugi derivati mogu koristiti u konstrukciji složene elektronike.
Tada, devedesetih godina, posebna pažnja naučne zajednice bila je usmjerena na sve što bi moglo postati nova riječ u atomskoj i nuklearnoj energiji. Tada je radioaktivni cezijum najdublje proučavan. Otkriveno je da je za poluživot ove komponente potrebno oko tri decenije. Trenutno se radioaktivni izotopi cezija široko koriste u hidrologiji. Medicina i industrija ne mogu bez njih. Najrasprostranjeniji radioaktivni izotop je cezijum 137. Cezijum ima nizak nivo toksičnih svojstava, dok istovremeno radioaktivni derivati u visokim koncentracijama mogu štetiti prirodi i ljudima.
Fizički parametri
Specifičnost cezijuma (kao i cezijum hlorida i drugih derivata ovog metala) omogućava široku upotrebu proizvoda. Među ostalim elementima, cezijum ima najniži indeks tvrdoće - samo 0,2 jedinice. Osim mekoće, metal se odlikuje savitljivošću. U svom normalnom stanju, ispravna elektronska formula cezijuma omogućava stvaranje blijedo obojenog materijala koji može promijeniti boju u tamniju pri najmanjem kontaktu s kisikovim spojevima.
Tačka topljenja metala je samo 28 stepeni Celzijusa, što znači da je jedinjenje jedan od pet metala koji su u tečnoj fazi na ili blizu sobne temperature. Još niža tačka topljenja od cezijuma zabilježena je samo za živu. Tačka ključanja cezijuma je takođe niska - samo živa ima nižu tačku ključanja. Karakteristike elektrohemijskog potencijala reguliraju sagorijevanje metala - stvara ljubičaste nijanse ili plavu boju.
Kompatibilnost i karakteristike
Cezijum ima sposobnost da reaguje sa elementom.Element takođe formira cezijum okside. Osim toga, primjećuju se reakcije sa mješavinama žive i zlata. Karakteristike interakcije sa drugim jedinjenjima, kao i temperaturni uslovi pri kojima su reakcije moguće, ukazuju na moguće intermetalne kompozicije. Konkretno, cezijum je polazna komponenta za formiranje fotosenzitivnih jedinjenja. Da bi se to postiglo, provodi se reakcija metala uz sudjelovanje torija, antimona, galija i indija.
Osim cezijum oksida, hemičare zanimaju i rezultati interakcije sa nizom alkalnih elemenata. U isto vrijeme, mora se uzeti u obzir da metal ne može reagirati s litijumom. Svaka od legura cezija ima svoju nijansu. Neke mješavine su crno-ljubičasta jedinjenja, druge imaju zlatnu nijansu, a druge su gotovo bezbojne, ali imaju izrazit metalni sjaj.
Hemijske karakteristike
Najizraženija karakteristika cezijuma je njegova pirofornost. Osim toga, pažnju naučnika privlači i elektrohemijski potencijal metala. Cezijum može spontano da se sagori u vazduhu. Prilikom interakcije s vodom dolazi do eksplozije, čak i ako su uvjeti reakcije pretpostavljali niske temperature. Cezijum se po ovom pitanju značajno razlikuje od prve grupe periodnog hemijskog sistema. Kada cezijum stupi u interakciju sa vodom u čvrstom obliku, takođe dolazi do reakcije.
Otkriveno je da poluživot cezijuma traje oko tri decenije. Materijal se smatra opasnim zbog svojih karakteristika. Za rad sa cezijem potrebno je stvoriti atmosferu inertnog plina. Istovremeno, eksplozija u kontaktu s vodom sa jednakim količinama natrijuma i cezijuma u drugom slučaju bit će osjetno slabija. Hemičari to objašnjavaju sljedećom osobinom: kada cezijum dođe u kontakt s vodom, dolazi do trenutne eksplozivne reakcije, odnosno ne preostaje dovoljno dugo vremena za akumulaciju vodonika. Optimalna metoda skladištenja cezijuma je u zatvorenim posudama od borosilikatnih jedinjenja.
Cezijum: u jedinjenjima
Cezijum deluje kao kation u jedinjenjima. Postoji mnogo različitih anjona s kojima je moguća reakcija za stvaranje spoja. Većina cezijevih soli je bezbojna osim ako je obojenost uzrokovana anjonom. Jednostavne soli su higroskopne, iako u manjoj mjeri od drugih lakih alkalnih metala. Mnogi se otapaju u vodi.
Imaju relativno nizak stepen rastvorljivosti. Ovo je našlo prilično široku primjenu u industriji. Na primjer, aluminij-cezijum sulfat se aktivno koristi u postrojenjima za pročišćavanje rude zbog svoje niske topljivosti u vodi.
Cezijum: jedinstven i koristan
Vizualno, ovaj metal je sličan zlatu, ali je nešto lakši od najpopularnijeg plemenitog metala. Ako uzmete komad cezijuma u ruku, on će se brzo otopiti, a rezultirajuća tvar će biti pokretljiva i malo promijeniti boju - bliže srebru. U rastopljenom stanju, cezijum savršeno odbija svjetlosne zrake. Od alkalnih metala, cezijum se smatra najtežim, ali istovremeno ima najmanju gustoću.
Istorija otkrića cezijuma sadrži reference na izvor Durchheim. Odavde je uzorak vode poslat na laboratorijsko ispitivanje. Prilikom analize sastavnih komponenti posebna pažnja je posvećena rješavanju pitanja: koji element obezbjeđuje ljekovita svojstva tečnosti? Njemački naučnik Bunsen odlučio je koristiti metodu spektralne analize. Tada su se pojavile dvije neočekivane plave linije, koje nisu tipične za tada poznata jedinjenja. Upravo je boja ovih pruga pomogla naučnicima da odaberu ime za novu komponentu - nebesko plava na latinskom zvuči kao "cezijum".
Gdje te mogu naći?
Kao što je otkriveno tokom dugotrajnog testiranja, cezijum je element u tragovima koji je izuzetno redak u prirodnim uslovima. Tako su, provodeći uporednu analizu sadržaja rubidija i cezijuma u koru planete, naučnici otkrili da je potonjeg stotine puta manje. Približna procjena koncentracije dala je pokazatelj od 7*10(-4)%. Nijedna druga manje osjetljiva metoda od spektroskopije ne bi mogla jednostavno otkriti tako rijetko jedinjenje. Ovo objašnjava činjenicu da ranije naučnici nisu ni sumnjali u postojanje cezijuma.
Sada je otkriveno da je cezijum češći u stijenama izvađenim iz planina. Njegova koncentracija u ovom materijalu ne prelazi hiljaditi dio procenta. U morskim vodama zabilježene su kategorički male količine. Nivo koncentracije mineralnih jedinjenja litijuma i kalija dostiže desetine procenta. Najčešće se može otkriti u lepidoliti.
Upoređujući karakteristične osobine cezijuma i rubidija, kao i drugih elemenata koji su izuzetno rijetki, bilo je moguće otkriti da se za cezijum karakteriše stvaranje jedinstvenih minerala, za šta druga jedinjenja nisu sposobna. Tako se dobijaju polucit, rodicit i avogarit.
Rodicit je, kako su naučnici otkrili, izuzetno rijedak. Isto tako, avagarit je veoma teško pronaći. Zagađivač je nešto češći, sa malim naslagama pronađenim u nizu slučajeva. Imaju vrlo malu snagu, ali sadrže cezijum u količini od 20-35 posto ukupne mase. Najvažniji, sa stanovišta javnosti, zagađivači su otkriveni u američkom podzemlju iu Rusiji. Tu su i švedski i kazahstanski razvoji. Poznato je da je polucit pronađen na jugozapadu afričkog kontinenta.
Radovi se nastavljaju
Nije tajna da su otkrivanje elementa i njegovo dobivanje u čistom obliku dva potpuno različita zadatka, iako su međusobno povezani. Kada je postalo jasno da je cezijum veoma redak, naučnici su počeli da razvijaju tehnike za sintezu metala u laboratoriji. Isprva se činilo da je to potpuno nemoguć zadatak ako koristimo sredstva i tehnologiju na raspolaganju u to vrijeme. Tokom godina, Bunsen nije bio u stanju da izoluje metalni cezijum u njegovom čistom obliku. Tek dvije decenije kasnije napredni hemičari su konačno uspjeli riješiti ovaj problem.
Proboj se dogodio 1882. godine, kada je Setterberg iz Švedske elektrolizirao mješavinu koja se sastojala od četiri dijela cezijum cijanida, u koji je pomiješan jedan dio barijuma. Posljednja komponenta je korištena za nižu tačku topljenja. Kao što su naučnici već znali u ovom trenutku, cijanid je bio veoma opasna komponenta. Istovremeno je došlo do kontaminacije zbog barijuma, što nije omogućilo da se dobije više ili manje zadovoljavajuća količina cezijuma. Bilo je jasno da tehnika zahtijeva značajna poboljšanja. Dobar prijedlog u ovoj oblasti na raspravu naučnoj zajednici dao je Beketov. Tada je cezijum hidroksid privukao pažnju. Ako se ovo jedinjenje obnovi upotrebom metalnog magnezija, povećanjem topline i upotrebom struje vodika, može se postići nešto bolji rezultat od onog koji je dokazao švedski hemičar. Međutim, pravi eksperimenti su pokazali da je prinos upola manji od izračunatog u teoriji.
Šta je sledeće?
Cezijum je i dalje bio u fokusu pažnje međunarodne hemijske naučne zajednice. Posebno mu je francuski naučnik Axpil posvetio mnogo truda i vremena u svom istraživanju. Godine 1911. predložio je radikalno novi pristup pitanju ekstrakcije čistog cezijuma. Reakciju je bilo potrebno provesti u vakuumu, kao polazni materijal uzet je metalni hlorid, a za njegovu obnovu korišten je metalni kalcij.
Takva reakcija, kako su eksperimenti pokazali, događa se gotovo do kraja. Da biste postigli dovoljan učinak, morate koristiti poseban uređaj. U laboratorijama obično pribjegavaju vatrostalnom staklu ili koriste kvarcne posude. Uređaj mora imati proširenje. Unutrašnji pritisak se održava na oko 0,001 mmHg. Art. Za uspješnu reakciju potrebno je osigurati da se posuda zagrije na 675 stepeni Celzijusa. Time se oslobađa cezijum, koji skoro odmah isparava. Parovi prelaze u proces namijenjen za ovu svrhu. Ali kalijum hlorid se uglavnom taloži direktno u reaktoru. Pod datim uslovima, isparljivost ove soli je toliko niska da se može potpuno zanemariti, jer ovo jedinjenje ima karakterističnu tačku topljenja od 773 stepena (na istoj Celzijusovoj skali). To znači da se sediment može otopiti ako se posuda pregrije za sto stupnjeva u odnosu na ono što je predviđeno. Za postizanje najefikasnijih rezultata potrebno je ponoviti proces destilacije. Da biste to učinili, stvorite vakuum. Izlaz će biti idealan metalni cezijum. Trenutno se opisana metoda najviše koristi i smatra se optimalnom za dobivanje spoja.
Aktivnost i reakcije
Tokom brojnih studija, naučnici su uspeli da utvrde da cezijum ima neverovatnu aktivnost koja inače nije karakteristična za metale. U kontaktu sa vazduhom dolazi do sagorevanja, što dovodi do oslobađanja superoksida. Oksid se može postići ograničavanjem pristupa kisika reagensima. Postoji mogućnost stvaranja suboksida.
Ako cezij dođe u kontakt sa fosforom, sumporom ili halogenom, to izaziva eksplozivnu reakciju. Eksplozija je takođe praćena reakcijom sa vodom. Koristeći kristalizator ili staklo, možete naići na to da se posuda bukvalno raspada u komadiće. Moguća je i reakcija sa ledom ako temperatura na Celzijusovoj skali nije niža od 116 stepeni. Kao rezultat ove reakcije nastaju vodik i hidroksid.
Hidroksid: karakteristike
Proučavajući produkte reakcije koje proizvodi cezij, kemičari su otkrili da je nastali hidroksid vrlo jaka baza. Kada komunicirate s njim, morate imati na umu da pri visokim koncentracijama ovaj spoj može lako uništiti staklo čak i bez dodatnog zagrijavanja. Ali kada temperatura poraste, hidroksid lako topi nikal, željezo i kobalt. Učinak na korund i platinu će biti sličan. Ako kiseonik učestvuje u reakciji, cezijum hidroksid izuzetno brzo uništava srebro i zlato. Ako ograničite opskrbu kisikom, proces se odvija relativno sporo, ali se još uvijek ne zaustavlja. Rodij i nekoliko legura ovog spoja otporni su na cezijum hidroksid.
Koristite mudro
Ne samo cezijum, već i jedinjenja poznata na bazi ovog metala trenutno se koriste veoma široko. Bez njih je nemoguće zamisliti dizajn radiotehnike, oni su također nezamjenjivi u elektronici. Jedinjenja i varijacije cezija se aktivno koriste u hemiji, industriji, oftalmologiji i medicini. Cezijum nije zanemaren ni u razvoju tehnologija primjenjivih u svemiru, kao ni nuklearnoj energiji.
Sada je uobičajeno koristiti cezij u izgradnji solarnih ćelija. Bromid i jodid ovog metala su neophodni za stvaranje infracrvenih sistema vida. Industrijski proizvedeni monokristali mogu se koristiti kao detektorski elementi koji omogućavaju snimanje jonizujućeg zračenja. Neka jedinjenja na bazi cezija aktivno se koriste kao katalizatori u industrijskim procesima. Ovo je neophodno prilikom stvaranja amonijaka, formiranja i proizvodnje butadiena.
Radijacija i cezijum
Najveću pažnju naučnika privlači izotop cezijum 137. Spada u kategoriju beta emitera. Trenutno je ovaj element neophodan u procesu sterilizacije hrane i medicinskih jedinjenja. Uobičajeno je da se pribjegava njemu u liječenju malignih neoplazmi. Savremeni pristupi omogućili su korištenje elementa u detekciji gama grešaka. Na njegovoj osnovi su projektovani senzori nivoa, kao i izvori struje. 137. izotop ispušten je u okoliš u vrlo velikim količinama nakon nesreće u nuklearnoj elektrani Černobil. Upravo je to jedan od najvažnijih faktora zagađenja nakon ove katastrofe.
Međutim, 137 nije jedini radioaktivni izotop cezija koji je našao primjenu u modernoj industriji. Tako se atomski satovi stvaraju pomoću izotopa cezijuma 133. Trenutno je ovo najprecizniji uređaj koji vam omogućava da kontrolišete protok vremena. Jedna sekunda, kako su savremeni naučnici otkrili kroz visokoprecizna istraživanja, je 9192631770 perioda zračenja. Ovo omogućava da se atom izotopa cezijuma 133 koristi kao standard za određivanje frekvencije i vremena.
DEFINICIJA
cezijum nalazi se u šestom periodu grupe I glavne (A) podgrupe periodnog sistema.
Pripada porodici s-elementi. Metal. Oznaka - Cs. Serijski broj - 55. Relativna atomska masa - 132,95 amu.
Elektronska struktura atoma cezija
Atom cezija se sastoji od pozitivno nabijenog jezgra (+55), unutar kojeg se nalazi 55 protona i 78 neutrona, a 55 elektrona se kreće u šest orbita.
Fig.1. Šematska struktura atoma cezija.
Raspodjela elektrona među orbitalama je sljedeća:
55Cs) 2) 8) 18) 18) 8) 1 ;
1s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 6 3d 10 4s 2 4str 6 4d 10 5s 2 5str 6 6s 1 .
Vanjski energetski nivo atoma cezijuma sadrži 1 elektron, koji je valentni elektron. Ne postoji uzbuđeno stanje. Energetski dijagram osnovnog stanja ima sljedeći oblik:
Valentni elektron atoma cezijuma može se okarakterisati skupom od četiri kvantna broja: n(glavni kvant), l(orbitalna), m l(magnetni) i s(vrtjeti):
|
Podnivo |
||||
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
| Vježbajte | Atom elementa mangana odgovara skraćenoj elektronskoj formuli:
|
| Rješenje | Naizmjence ćemo dešifrirati skraćene elektronske formule kako bismo otkrili onu koja odgovara atomu mangana u osnovnom stanju. Serijski broj ovog elementa je 25. Zapišimo elektronsku konfiguraciju argona: 18 Ar1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 6 . Tada će kompletna jonska formula izgledati ovako: 1s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 6 3d 5 4s 2 . Ukupan broj elektrona u elektronskoj ljusci poklapa se sa atomskim brojem elementa u periodnom sistemu. To je jednako 25. Mangan ima ovaj serijski broj. |
| Odgovori | Opcija 1 |
