See sulab teie kätes, kuid mitte lumi - mõistatus jaotisest "keemia". Arva ära – tseesium. Selle metalli sulamistemperatuur on 24,5 kraadi Celsiuse järgi. Aine, mis sõna otseses mõttes läbi sõrmede voolab, avastati 1860. aastal. Tseesium oli esimene spektraalanalüüsiga avastatud element.
Seda viisid läbi Robert Bunsen ja Gustav Kirgoff. Keemikud uurisid Durkheimi mineraalveeallikate vett. Leiti magneesiumi, liitiumi, kaltsiumi,... Lõpuks asetasime spektroskoopi tilga vett ja nägime kahte sinist joont – tunnistust tundmatu aine olemasolust.
Esiteks eraldati selle kloroplatinaat. 50 grammi huvides töödeldi 300 tonni mineraalvett. Uue metalli nimega ei olnud mingit trikitamist. Ladina keelest on "tseesium" tõlgitud kui "sinine".
Tseesiumi keemilised ja füüsikalised omadused
Spektoskoobis helendab metall helesiniselt. Tegelikkuses on element sarnane, kuid veidi kergem. Vedelas olekus kaob tseesiumi kollasus ja sulam muutub hõbedaseks. Eksperimentide jaoks toorainet pole lihtne hankida.
Metallidest on element maakoores kõige haruldasem ja levinuim. Looduses esineb ainult üks isotoop - tseesium 133. See on täiesti stabiilne, see tähendab, et see ei allu radioaktiivsele lagunemisele.
Metalli radioaktiivsed isotoobid saadakse kunstlikult. Tseesium 135 on pikaealine. Selle poolestusaeg läheneb 3 000 000 aastale. tseesium 137 pool laguneb 33,5 aastaga. Isotoopi peetakse üheks peamiseks biosfääri saasteallikaks.
Nukliid satub sinna tehaste ja tuumaelektrijaamade heitgaasidest. Tseesiumi poolväärtusaeg võimaldab sellel tungida vette, pinnasesse, taimedesse ja neisse koguneda. 137. isotoopi leidub eriti palju mageveevetikates ja samblikes.
Olles metallidest kõige haruldasem, on tseesium ka kõige reaktsioonivõimelisem. Aluseline element asub perioodilisustabeli 1. rühma põhialarühmas, mis juba kohustab ainet kergesti keemilistesse reaktsioonidesse sisenema. Nende voolu suurendab vee olemasolu. Jah, õhus tseesiumi aatom plahvatab selle aurude olemasolu tõttu atmosfääris.
Veega suhtlemisega kaasneb plahvatus, isegi kui see on külmunud. Reaktsioon jääga on võimalik temperatuuril -120 kraadi Celsiuse järgi. Kuiv jää pole erand. Plahvatus on vältimatu ka siis, kui tseesium puutub kokku hapete, lihtalkoholide, raskmetallide halogeniidide ja orgaaniliste halogeenidega.
Koostoimeid on lihtne alustada kahel põhjusel. Esimene on tugev negatiivne elektrokeemiline potentsiaal. See tähendab, et aatom on negatiivselt laetud ja kipub teisi osakesi enda poole meelitama.
Teine põhjus on tseesiumi pindala reaktsioonide ajal teiste ainetega. Ruumitingimustes sulades element levib. Selgub, et suurem hulk aatomeid on vastastikmõjule avatud.
Elemendi aktiivsus on viinud selle puhta vormi puudumiseni looduses. Seal on ainult ühendused, näiteks . Nende hulgas: tseesiumkloriid, fluoriid, jodiit, asiit, tsüaniit, bromiid ja tseesiumkarbonaat. Kõik 55. elemendi soolad lahustuvad vees kergesti.
Kui tööd tehakse koos tseesiumhüdroksiid, peate kartma mitte selle lahustumist, vaid seda, et see ise on võimeline hävitama näiteks klaasi. Selle struktuuri rikub reaktiiv juba toatemperatuuril. Niipea, kui kraadi suurendate, ei säästa hüdroksiid koobaltit, korundi ega rauda.
Eriti kiiresti tekivad reaktsioonid hapnikukeskkonnas. Ainult tseesiumhüdroksiid suudab vastu pidada. Lämmastik ei interakteeru ka elemendiga 55. Tseesiumasiiti saadakse ainult kaudselt.
Tseesiumi rakendused
Tseesium, valem mis tagab madala elektronide tööfunktsiooni, on kasulik päikesepatareide valmistamisel. 55. ainel põhinevates seadmetes on voolu tekitamise kulud minimaalsed. Vastupidi, kiirgustundlikkus on maksimaalne.
Et fotogalvaanilised seadmed ei oleks tseesiumi harulduse tõttu ülemäära kallid, legeeritakse need , , , . Tseesiumi kasutatakse kütuseelementides vooluallikana. Tahke elektrolüüt 55 metalli baasil - osa autodest ja suure energiatarbega akudest.
55. metalli kasutatakse ka laetud osakeste loendurites. Nende jaoks ostetakse tseesiumjodiidi. Talliumiga aktiveerituna tuvastab peaaegu igasuguse kiirguse. Tseesiumidetektoreid ostetakse tuumaettevõtetele, geoloogilistele uuringutele ja meditsiinikliinikutele.
Nad kasutavad ka kosmosetööstuse seadmeid. Eelkõige uuris Mars-5 tänu tseesiumipõhisele gammaspektromeetrile punase planeedi pinna elementaarset koostist.
Infrapunakiirte püüdmise võime on selle kasutamise põhjuseks optikas. Nad lisavad sellele tseesiumbromiid Ja tseesiumoksiid. Seda leidub binoklites, öönägemisprillides ja relvasihikutes. Viimased käivituvad isegi kosmosest.
Väärilist kasutust leidis ka elemendi 137. isotoop. Radioaktiivne nukliid mitte ainult ei saasta atmosfääri, vaid steriliseerib ka tooteid või õigemini nende jaoks mõeldud mahuteid. Tseesiumi poolväärtusaeg pikk Töödelda saab miljoneid konserve. Vahel steriliseeritakse ka liha - linnukorjuseid ja...
137. isotoobiga saab töödelda ka meditsiiniinstrumente ja ravimeid. Nukliid on vajalik ka ravis endas, kui tegemist on kasvajatega. Seda meetodit nimetatakse kiiritusraviks. Tseesiumiga preparaate antakse ka skisofreenia, difteeria, peptiliste haavandite ja teatud tüüpi šoki korral.
Metallurgid vajavad puhast elementi. See on segatud sulamitega ja. Lisand suurendab nende kuumakindlust. Näiteks aastal kolmekordistub see tseesiumiga ainult 0,3%.
Samuti suureneb tõmbetugevus ja korrosioonikindlus. Tõsi, töösturid otsivad 55. elemendile alternatiivi. Seda on liiga vähe ja see pole hinna poolest konkurentsivõimeline.
Tseesiumi kaevandamine
Metall on isoleeritud pollutsiidist. See on vett sisaldav alumiiniumsilikaat ja tseesium. Mineraalid, mis sisaldavad üksuse 55. elementi. Pollutsiidis muudab tseesiumi osakaal kaevandamise majanduslikult otstarbekaks. Ka avogardiidis on palju metalli. See kivi ise on aga sama haruldane kui tseesium.
Töösturid avavad pollutsiidi kloriididega või sulfaadid. Tseesium ekstraheeritakse kivist kuumutatud soolhappesse kastes. Sinna valatakse ka antimonkloriidi. Tekib sade.
Seda pestakse kuuma veega. Toimingute tulemuseks on tseesiumkloriid. Sulfaadiga töötamisel kastetakse pollutsiit väävelhappesse. Väljund on tseesiumalumiinium.
Laborid kasutavad 55. elemendi saamiseks muid meetodeid. Neid on 3, kõik töömahukad. Saate kuumutada tseesiumdikromaati ja tsirkooniumkromaati. Kuid see nõuab vaakumit. Seda on vaja ka tseesiumasiidi lagundamiseks. Vaakumit välditakse ainult spetsiaalselt valmistatud kaltsiumi ja 55. metalli kloriidi kuumutamisel.
Tseesiumi hind
Venemaal Novosibirskis asuv haruldaste metallide tehas tegeleb pollutsiidi kaevandamise ja töötlemisega. Tooteid pakub ka Lovozerski kaevandus- ja töötlemistehas. Viimane pakub tseesium ampullides 10 ja 15 milligrammi.
Neid on pakkides 1000 tükki. Minimaalne hind - 6000 rubla. Sevredmet müüb ka ampulle, kuid on valmis tarnima väiksemaid koguseid - alates 250 grammist.
Kui metalli puhtus on 99,9%, siis ühe grammi eest küsitakse reeglina 15-20 USA dollari ringis. Jutt käib perioodilisuse tabeli 55. elemendi stabiilsest 133. isotoobist.
(Caesium; ladina keelest caesius - sinine), Cs - keemiline. elementide perioodilise süsteemi I rühma element; kell, n. 55, kl. m 132,9054. Hõbe-valge metall. Ühendites on selle oksüdatsiooniaste +1. Looduslik süsinik koosneb stabiilsest isotoobist 133Cs. Saadud on 22 radioaktiivset isotoopi, millest kõige praktilisem kasutus on 137Cs isotoop, mille poolestusaeg on 27 aastat. Tseesiumi avastasid (1860) saksa keemik R. W. Bunsen ja saksa füüsik G. P. Kirchhoff, uurides Durkheimi mineraalveeallika veest saadud leelismetallisoolade spektrit.
Metalli tseesiumi sai esmakordselt (1882) K. Setterberg tseesiumi ja baariumtsüaniidide sulatatud segu elektrolüüsi teel. Tseesium on haruldane element. Tema sisaldus maakoores on 3,7 10-4% ja seda kõrge aktiivsuse tõttu vabas olekus looduses ei leidu. C. leiti 78 mineraalis; suurimas koguses sisalduvad seda tseesiumi mineraalid: pollutsiit (kuni 36% Cs20), varblane ja avogadriit (kuni 7,5% Cs20). Sisaldab väikestes kogustes (0,004 kuni 0,001% või vähem). kivimid: basaltid, graniidid, diabaasid, süeniidid, nefeliinid, vilgukivid, päevakivid, lubjakivid, kiltkivid jne. C. peamised allikad on pollutsiit, karnaliit, soolajärvede soolvesi, soolvesi ja meremuda. Kristallvõre C. kehakeskne kuup, perioodiga a = 6,05 A (temperatuur - 175 ° C).
Aatomiraadius 2,65 A, Cs+ ioonraadius on 165 A. Tihedus 1,9039 (temperatuur 0 °C) ja 1,880 g/cm3 (temperatuur 26,85 °C); sulamistemperatuur 28,60 °C; keemistemperatuur 685,85°C; kolmap koefitsient joonpaisumine (temperatuurivahemikus 0-26° C) 9,7-10-5 kraadi-1; koefitsient soojusjuhtivus (temperatuur 28,5° C) 0,04 - 0,065 cal/cm -sec-deg; soojusmahtuvus keskmine 7,24 (temperatuur 0° C) ja 7,69 cal/g-aatom deg (temperatuur 25° C); elektriline eritakistus on 18,30 (temperatuur 0° C) ja 21,25 μΩ cm (temperatuur 26,85° C). Metalliaur on amagnetiline. Tseesium on pehme, plastiline metall. Kõvadus Mohsi skaalal 0,2; HB - = 0,015; normaalelastsusmoodul 175 kgf/mm2; kokkusurutavus toatemperatuuril 7,0-10-5 kgf / cm2. Tseesiummetallil on leeliseliste elementide hulgas kõrgeim reaktsioonivõime. Õhus oksüdeerub see koheselt põletikuga, moodustades peroksiidi ja superoksiidi.
Vesinikuga temperatuuril 200-350 ° C ja rõhul 50-100 at. moodustab hüdriidi CsH - valge kristalse aine, mis süttib niiskes keskkonnas, kloori ja fluori keskkonnas. Hapnikuga, sõltuvalt tingimustest, annab see: Cs2O oksiid - punakaspruunid kristallid, levivad õhus; Cs2O2 peroksiid - hügroskoopsed kollased kristallid; CsO2 superoksiid - kollased kristallid, temperatuuridel üle 180 ° C muudavad need värvi oranžiks; osoniid CsO3 - peen kristalne oranž - punane pulber; CsOH-hüdroksiid on valge kristalne aine, mis lahustub õhus kiiresti. C. ühineb otseselt halogeenidega (süütamisega), moodustades Csl-s halogeniidid CsF, CsCl, CsBr - värvitud kristallid, vees hästi lahustuvad ja paljud teised. orgaanilised lahustid.
Vedelas lämmastikus saadakse elektroodide vahelise elektrilahenduse ajal tseesiumist - hügroskoopsest, ebastabiilsest hallikasrohelise või sinise värviga pulbrist - tseesiumnitriid. Asiid CsN3 - kollakasvalged kristallid. Teada on kaltsiumiühendid väävli, seleeni ja telluuriga – kalkogeniidid. Väävliga moodustab tseesium sulfiidi Cs2S, tumepunase kristallilise pulbri, mis lahustub vees. Lisaks on saadud di-, tri- ja pentasulfiide. C. moodustab seleeni ja telluuriga kristalseid ühendeid: Cs2Se seleniidi valget pulbrit ja Cs2Te telluriidi helekollast pulbrit, mis lagunevad õhus. Räniga moodustab see silitsiid CsSi, kollase kristalse aine, mis süttib õhus; veega suheldes süttib plahvatuslikult. On teada C. ühendeid fosforiga - . Asendades vesiniku anorgaanilises aines süsinikuga, saadakse vastavad soolad: sulfaat, nitraat, karbonaat jne.
Paljude metallidega, sealhulgas leelismetallidega, moodustab tseesium ka intermetallilisi ühendeid, millest olulisemad on ühendid vismuti, antimoni, kulla ja elavhõbedaga. Reaktsioonides anorgaaniliste ühenditega käitub tseesium tugeva redutseerijana. Reageerib plahvatuslikult süsinikdioksiidi ja süsiniktetrakloriidiga. Metallist tsinki saadakse peamiselt reageerimisel näiteks tsingisooladega. sisse lülitatud, magneesiumi või kaltsiumi kõrge
t-rah vaakumis. Süsiniku saamiseks kasutatakse ka elektrokeemilist meetodit, mille käigus elektrolüüsil nt CsCl vedelal pliikatoodil saadakse plii-tseesiumi sulam, millelt värv eemaldatakse vaakumdestilleerimisega. Väikesed kogused tsirkooniumi saadakse selle kromaadi (Cs2Cr04) redutseerimisel pulbrilise tsirkooniumiga temperatuuril 650°C või CsN3 lagundamisel temperatuuril 390-395°C vaakumis.
Tseesiumi rakendused
Seda kasutatakse fotoelementides; stsintillatsiooniloendurite, taevanavigatsiooniseadmete, spektroskoopide, lasersüsteemide kiirgusdetektorite jaoks mõeldud fotokordistites; öövaatlusseadmetes kasutatavates elektrooptilistes muundurites; elektronkiiretorude edastamisel. Tseesiumi kasutatakse vaakumraadiotorude tootmisel õhujääkide absorbeerimiseks getterina. Seda kasutatakse hõõglahendusega türatronites ja aatomistandardites – kõige täpsemates ajavahemike standardites. Tseesiumiallikaga aatomkella viga on 1 sekund 4000 aasta jooksul. Tseesiumiauru kasutatakse optilistes kvantgeneraatorites – gaasilaserites. Süsiniku lisamine inertgaasile magnetohüdrodünaamilistes generaatorites võimaldab gaasi ioniseerida ligikaudu kaks korda madalamatel temperatuuridel kui ilma nende lisanditeta. C. kasutatakse termomuundurites, mis on mõeldud soojuse otseseks muundamiseks elektriks. energia; kosmoselaevade ioonrakettmootorites. Tseesium on leidnud rakendust elektroonika uues harus – mikrolaine plasmaelektroonikas, aga ka tseesiumlampides, mis on teistest valgusallikatest parema intensiivsusega.
Elemendi omadused
Tsesiumi, nagu rubiidiumi, avastamist seostatakse spektraalanalüüsiga. 1860. aastal avastas R. Bunsen spektrist kaks helesinist joont, mis ei kuulunud ühelegi sel ajal tuntud elemendile. Siit pärineb nimi "caesius", mis tähendab taevasinist. See on leelismetallide alarühma viimane element, mida esineb veel mõõdetavates kogustes. Suurim aatomiraadius ja väikseimad esimesed ionisatsioonipotentsiaalid määravad selle elemendi iseloomu ja käitumise. Sellel on väljendunud elektropositiivsus ja väljendunud metallilised omadused. Soov annetada välimine 6s elektron viib selleni, et kõik selle reaktsioonid kulgevad äärmiselt ägedalt. Väike erinevus aatomi 5 energiatesd- ja 6 s -orbitaalid põhjustavad aatomite kerget erutuvust. Tsesiumi elektronemissiooni täheldatakse nähtamatute infrapunakiirte (soojuse) mõjul. See aatomistruktuuri omadus määrab voolu hea elektrijuhtivuse. Kõik see muudab tseesiumi elektroonikaseadmetes asendamatuks. Viimasel ajal on hakatud üha enam tähelepanu pöörama tseesiumplasmale kui tulevikukütusele ja seoses termotuumasünteesi probleemi lahendamisega.
Lihtaine ja ühendite omadused
Tseesium on tavalistes toatingimustes poolvedel metall (t pl = 28,5°C, t keema = 688 °C). Selle läikiv pind on kahvatukuldse värviga. Tseesium on kergmetall, mille ruut. 1,9 g/cm³ Näiteks kaalub ligikaudu sama aatommassiga rohkem kui 6 korda rohkem.
Põhjus, miks tseesium on perioodilisuse tabeli naabritest mitu korda kergem, on selle aatomite suur suurus. Metalli aatomi- ja iooniraadiused on väga suured:R juures = 2,62 A, R ja tema =1,6 A. Tseesium on keemiliselt ebatavaliselt aktiivne. See reageerib hapnikuga nii ahnelt, et suudab gaasisegu vähimatest hapnikujälgedest puhastada ka sügavas vaakumis. See reageerib veega, kui see on külmunud temperatuurini -116 ° C. Enamik reaktsioone teiste ainetega toimub plahvatustega: halogeenide, väävli, fosfori, grafiidi, räni (viimasel kolmel juhul on vaja kerget kuumutamist). Ka rasked inimesed reageerivad sellega ägedalt: CO 2 tetrakloriid, ränidioksiid (temperatuuril 300 °C). Vesiniku atmosfääris tekib CsH-hüdriid, mis süttib ebapiisavalt kuivas õhus. See tõrjub välja kõik anorgaanilised ja orgaanilised happed, moodustades soolad.
Tseesiumi reaktsioonid lämmastikuga kulgevad rahulikumalt vaikse elektrilaengu ja kivisöega kuumutamisel. Reageerib vesinikuga temperatuuril 300-350°C või rõhul 5-10⋅ 10 ⁶ Pa. Seetõttu võib seda ohutult hoida vesinikuga täidetud anumas.
2Сs + 2SiO 2 = Сs 2 O 4 + 2Si
2Rb + 2SiO 2 = Rb 2 O 4 + 2Si
Tseesiumiühenditest on olulisemad c hõbedane ja antimoni. Tseesiumbromiidi ja -jodiidi kristallid on infrapunakiirtele läbipaistvad, seetõttu kasutatakse neid optikas ja elektrotehnikas.
Sulfaat СsSO 4 - tulekindel ja termiliselt stabiilne ühend, mis hakkab märgatavalt aurustuma alles temperatuuril üle 1400°C. Samal ajal on kõik tseesiumisoolad kõrged.
Tseesiumi tootmine ja kasutamine
Tseesium, nagu , ei moodusta iseseisvaid mineraale ja tavaliselt saadab I rühma levinumaid elemente. Tseesium esineb looduses lisandina mineraalides Na ja K. Pollutsiit CsNa ⋅ nH 2 on tseesiumirikkaim O. Looduses leidub seda väga hajutatult teiste maakidega kaasnevate ühendite kujul. Näiteks sisaldab pollutsiit koos naatriumiga tseesiumi. Nende tootmise kõige töömahukam osa on rubiidiumi ja tseesiumiga fraktsioonide rikastamine ja eraldamine kaaliumist, naatriumist ja liitiumist. Puhtad (Rb ja Cs) saadakse halogeenidest kaltsiummetalli redutseerimisel 700-800°C juures. Need saadakse sulakloriidide vahetusreaktsioonil kaltsiummetalliga:
Tseesiumi omadusi, selle struktuuriomadusi ja sellele elemendile iseloomulikke omadusi tuleb käsitleda keemiakursusel. Selle ühendi eripära peaksid teadma mitte ainult koolilapsed, vaid ka keemiaerialade üliõpilased. Tseesiumi kasutamine on praegu üsna laialt levinud – aga konkreetses piirkonnas. See on suuresti tingitud asjaolust, et toatemperatuuril omandab element vedela oleku ja seda ei leidu praktiliselt kunagi puhtal kujul. Praegu on sarnased omadused vaid viiel metallil. Tseesiumi omadused määravad teadlaste huvi selle vastu ja ühendi kasutusvõimalused.
Millest see räägib?
Pehme metalli tseesium on perioodilisuse tabelis tähistatud sümboliga Cs. Selle seerianumber on 55. Pehmel metallil on hõbedane kuldne toon. Sulamistemperatuur - 28 kraadi Celsiuse järgi.
Tseesium on leelismetall, mille omadused ja omadused on sarnased kaaliumi ja rubiidiumiga. Tseesiumi struktuur põhjustab suurenenud reaktsioonivõimet. Metall võib reageerida veega temperatuuril Celsiuse skaalal 116 kraadi alla nulli. Keemilisel elemendil tseesiumil on kõrge pürofoorilisus. Seda kaevandatakse pollutsiidist. Tuumareaktori töö käigus tekkivate jäätmete töötlemisel tekib palju tseesiumi radioaktiivseid isotoope (sh laialdaselt kasutatav tseesium 137). Tseesium 137 on lõhustumisreaktsiooni tulemus.
Ajalooline taust
Au tseesiumi elektroonilise valemi avastamise eest kuulub Saksamaa keemikutele, oma ala silmapaistvatele mõistjatele Kirchhoffile ja Bunsenile. See sündmus leidis aset 1860. aastal. Sel perioodil hakkasid nad aktiivselt muutma äsja leiutatud leekspektroskoopia tehnikat ning oma katsete käigus avastasid Saksa teadlased avalikkusele seni tundmatu keemilise elemendi – tseesiumi. Sel hetkel esitleti retsipiendina tseesiumi, mis on oluline fotoelementide ja elektrontorude jaoks.
Märkimisväärsed muutused elemendi määratluse ja eraldamise ajaloos toimusid 1967. aastal. Võttes arvesse Einsteini väidet, et valguse kiirust võib pidada meie universumile omaseks kõige püsivamaks mõõteteguriks, otsustati isoleerida tseesium 133. Sellest sai oluline punkt keemilise elemendi tseesiumi kasutusala laiendamisel – eelkõige , seda kasutatakse aatomkellade valmistamiseks.
Tseesium üheksakümnendatel
Just möödunud sajandi viimasel kümnendil hakkas inimkond keemilist elementi tseesiumi eriti aktiivselt kasutama. Selgus, et see on rakendatav puurimisvedelikes. Üsna lai rakendusala oli võimalik leida ka keemiatööstuses. Selgus, et tseesiumkloriidi ja selle teisi derivaate saab kasutada keeruka elektroonika ehitamisel.
Siis, üheksakümnendatel, oli teadusringkondade eriline tähelepanu suunatud kõigele, mis võiks saada uueks sõnaks aatomi- ja tuumaenergeetikas. Just siis uuriti radioaktiivset tseesiumit kõige põhjalikumalt. Selgus, et selle komponendi poolestusaeg nõuab umbes kolm aastakümmet. Praegu kasutatakse hüdroloogias laialdaselt tseesiumi radioaktiivseid isotoope. Meditsiin ja tööstus ei saa ilma nendeta hakkama. Enim kasutatav radioaktiivne isotoop on tseesium 137. Tseesiumil on madal toksiliste omaduste tase, samas võivad radioaktiivsed derivaadid suurtes kontsentratsioonides kahjustada loodust ja inimest.
Füüsikalised parameetrid
Tseesiumi (nagu ka tseesiumkloriidi ja teiste selle metalli derivaatide) spetsiifilisus võimaldab toodet laialdaselt kasutada. Teistest elementidest on tseesiumil madalaim kõvadusindeks - ainult 0,2 ühikut.Lisaks pehmusele iseloomustab metalli nõtkus. Normaalses olekus võimaldab tseesiumi õige elektrooniline valem moodustada kahvatu värvi materjali, mis võib vähimalgi kokkupuutel hapnikuühenditega muuta värvi tumedamaks.
Metalli sulamistemperatuur on vaid 28 kraadi Celsiuse järgi, mis tähendab, et ühend on üks viiest metallist, mis on toatemperatuuril või selle lähedal vedelas faasis. Veelgi madalam sulamistemperatuur kui tseesiumil on registreeritud ainult elavhõbeda puhul. Ka tseesiumi keemistemperatuur on madal – ainult elavhõbedal on madalam keemistemperatuur. Elektrokeemilise potentsiaali omadused reguleerivad metalli põlemist - see loob violetse varjundi või sinise värvi.
Ühilduvus ja funktsioonid
Tseesiumil on võime elemendiga reageerida.Element moodustab ka tseesiumoksiide. Lisaks täheldatakse reaktsioone elavhõbeda segude ja kullaga. Teiste ühenditega koostoime tunnused, samuti temperatuuritingimused, mille juures reaktsioonid on võimalikud, näitavad võimalikke intermetallilisi koostisi. Eelkõige on tseesium valgustundlike ühendite moodustumise lähtekomponent. Selleks viiakse läbi metallireaktsioon tooriumi, antimoni, galliumi ja indiumi osalusel.
Lisaks tseesiumoksiidile on keemikud huvitatud ka mitmete leeliseliste elementidega koostoime tulemustest. Samas tuleb arvestada, et metall ei saa liitiumiga reageerida. Igal tseesiumisulamil on oma varjund. Mõned segud on must-violetsed ühendid, teised on kuldse tooniga ja teised on peaaegu värvitud, kuid neil on selge metalliline läige.
Keemilised omadused
Tseesiumi kõige silmatorkavam omadus on selle pürofoorilisus. Lisaks köidab teadlaste tähelepanu ka metalli elektrokeemiline potentsiaal. Tseesium võib õhus spontaanselt süttida. Veega suhtlemisel toimub plahvatus, isegi kui reaktsioonitingimused eeldasid madalaid temperatuure. Tseesium erineb selles osas märgatavalt perioodilise keemilise tabeli esimesest rühmast. Kui tseesium suhtleb veega tahkel kujul, toimub ka reaktsioon.
Selgus, et tseesiumi poolestusaeg kestab umbes kolm aastakümmet. Materjali peeti selle omaduste tõttu ohtlikuks. Tseesiumiga töötamiseks on vaja luua inertgaasi atmosfäär. Samal ajal on plahvatus kokkupuutel veega, milles on võrdses koguses naatriumi ja tseesiumi, teisel juhul märgatavalt nõrgem. Keemikud selgitavad seda järgmise tunnusega: tseesiumi kokkupuutel veega tekib hetkeline plahvatusreaktsioon, st vesiniku kogunemiseks ei jää piisavalt pikka aega. Optimaalne meetod tseesiumi säilitamiseks on suletud boorsilikaatühenditest valmistatud anumates.
Tseesium: ühendites
Tseesium toimib ühendites katioonina. Seal on palju erinevaid anioone, millega on võimalik ühendi moodustumise reaktsioon. Enamik tseesiumisooli on värvitud, välja arvatud juhul, kui värvuse põhjuseks on anioon. Lihtsoolad on hügroskoopsed, kuigi vähemal määral kui teised kerged leelismetallid. Paljud lahustuvad vees.
Nende lahustuvusaste on suhteliselt madal. See on leidnud tööstuses üsna laialdast rakendust. Näiteks kasutatakse alumiinium-tseesiumsulfaati aktiivselt maagi puhastusjaamades, kuna see lahustub vees vähe.
Tseesium: ainulaadne ja kasulik
Visuaalselt sarnaneb see metall kullaga, kuid on veidi kergem kui kõige populaarsem väärismetall. Kui võtate pihku tseesiumitüki, sulab see kiiresti ja saadud aine on liikuv ja muudab veidi värvi - hõbedale lähemal. Sulas olekus peegeldab tseesium suurepäraselt valguskiiri. Leelismetallidest peetakse tseesiumi kõige raskemaks, kuid samal ajal on sellel madalaim tihedus.
Tseesiumi avastamise ajalugu sisaldab viiteid Durchheimi allikale. Just siit saadeti veeproov laboriuuringule. Koostisosade analüüsimisel pöörati erilist tähelepanu küsimuse lahendamisele: milline element annab vedelikule raviomadused? Saksa teadlane Bunsen otsustas kasutada spektraalanalüüsi meetodit. Just siis tekkisid kaks ootamatut sinist joont, mis ei olnud tol ajal tuntud ühenditele omased. Just nende triipude värv aitas teadlastel uuele komponendile nime valida - taevasinine ladina keeles kõlab nagu “tseesium”.
Kust ma sind leian?
Nagu pikaajaliste katsete käigus selgus, on tseesium looduslikes tingimustes äärmiselt haruldane mikroelement. Nii avastasid teadlased planeedi maakoore rubiidiumi ja tseesiumi sisalduse võrdleva analüüsi käigus, et viimast on sadu kordi vähem. Ligikaudne kontsentratsiooni hinnang andis näitajaks 7*10(-4)%. Ükski teine vähem tundlik meetod peale spektroskoopia ei suuda nii haruldast ühendit lihtsalt tuvastada. See seletab tõsiasja, et varem teadlased isegi ei kahtlustanud tseesiumi olemasolu.
Nüüdseks on leitud, et tseesiumi leidub sagedamini mägedest kaevandatud kivimites. Selle kontsentratsioon selles materjalis ei ületa tuhandeid protsenti. Merevetes registreeriti kategooriliselt väikesed kogused. Liitiumi ja kaaliumi mineraalühendite kontsentratsioon ulatub kümnendiku protsendini. Kõige sagedamini võib seda tuvastada lepidoliidis.
Kui võrrelda tseesiumi ja rubiidiumi ning teiste üliharuldaste elementide eripärasid, siis selgus, et tseesiumile on iseloomulik unikaalsete mineraalide moodustumine, milleks teised ühendid ei ole võimelised. Nii saadakse pollutsiit, roditsiit ja avogadriit.
Roditsiit, nagu teadlased on leidnud, on äärmiselt haruldane. Samuti on avogadriiti väga raske leida. Pollutsiit on mõnevõrra levinum, paljudel juhtudel leitakse väikeseid ladestusi. Neil on väga väike võimsus, kuid need sisaldavad tseesiumi koguses 20–35 protsenti kogumassist. Avalikkuse seisukohalt kõige olulisemad on saasteained avastatud Ameerika aluspõhjast ja Venemaalt. Samuti on Rootsi ja Kasahstani arendused. Teadaolevalt leiti pollutsiiti Aafrika mandri edelaosast.
Töö jätkub
Pole saladus, et elemendi avastamine ja selle saamine puhtal kujul on kaks täiesti erinevat ülesannet, kuigi need on omavahel seotud. Kui sai selgeks, et tseesium on väga haruldane, hakkasid teadlased laboris välja töötama tehnikaid metalli sünteesimiseks. Esialgu tundus, et see on täiesti võimatu ülesanne, kui kasutada tol ajal olemasolevaid vahendeid ja tehnikat. Aastate jooksul ei suutnud Bunsen tseesiumi metalli puhtal kujul eraldada. Alles kaks aastakümmet hiljem suutsid arenenud keemikud selle probleemi lõpuks lahendada.
Läbimurre toimus 1882. aastal, kui rootslane Setterberg elektrolüüsis segu, mis koosnes neljast osast tseesiumtsüaniidist, millele segati üks osa baariumit. Viimast komponenti kasutati sulamistemperatuuri madalamaks muutmiseks. Tsüaniid, nagu teadlased sel hetkel juba teadsid, oli väga ohtlik komponent. Samal ajal tekkis baariumi tõttu saastumine, mis ei võimaldanud saada enam-vähem rahuldavat kogust tseesiumi. Oli selge, et tehnika vajab märkimisväärseid parandusi. Hea ettepaneku selles valdkonnas esitas Beketov teadusringkondadele arutamiseks. Just siis äratas tähelepanu tseesiumhüdroksiid. Kui see ühend taastada metallilise magneesiumi, kuumuse suurendamise ja vesinikuvoolu abil, võib saada veidi parema tulemuse, kui on tõestanud Rootsi keemik. Reaalsed katsed on aga näidanud, et saagikus on poole väiksem kui teoreetiliselt arvutatud.
Mis järgmiseks?
Tseesium oli jätkuvalt rahvusvahelise keemiateaduskonna tähelepanu keskpunktis. Eelkõige pühendas talle oma uurimistöös palju vaeva ja aega prantsuse teadlane Axpil. 1911. aastal pakkus ta puhta tseesiumi ekstraheerimise küsimuses välja radikaalselt uue lähenemisviisi. Reaktsioon oli vaja läbi viia vaakumis, lähteaineks võeti metallkloriid, mille taastamiseks kasutati kaltsiummetalli.
Selline reaktsioon, nagu katsed on näidanud, toimub peaaegu lõpuni. Piisava efekti saavutamiseks peate kasutama spetsiaalset seadet. Laborites kasutavad nad tavaliselt tulekindlat klaasi või kvartsmahuteid. Seadmel peab olema pikendus. Siserõhku hoitakse umbes 0,001 mmHg. Art. Edukaks reaktsiooniks on vaja tagada, et konteiner oleks kuumutatud temperatuurini 675 kraadi Celsiuse järgi. See vabastab tseesiumi, mis aurustub peaaegu kohe. Paarid liiguvad selleks ette nähtud protsessi. Kuid kaaliumkloriid settib peamiselt otse reaktoris. Antud tingimustes on selle soola lenduvus nii madal, et seda võib üldse tähelepanuta jätta, kuna selle ühendi iseloomulik sulamistemperatuur on 773 kraadi (samal Celsiuse skaalal). See tähendab, et sete võib sulada, kui anum on ettenähtuga võrreldes sada kraadi üle kuumenenud. Kõige tõhusamate tulemuste saavutamiseks on vaja destilleerimisprotsessi korrata. Selleks looge vaakum. Väljund on ideaalne tseesiummetall. Praegu kasutatakse kirjeldatud meetodit kõige laialdasemalt ja seda peetakse ühendi saamiseks optimaalseks.
Tegevus ja reaktsioonid
Arvukate uuringute käigus suutsid teadlased kindlaks teha, et tseesiumil on hämmastav aktiivsus, mis ei ole tavaliselt metallidele iseloomulik. Kokkupuutel õhuga toimub põlemine, mis viib superoksiidi vabanemiseni. Oksiidi saab saavutada, piirates hapniku juurdepääsu reagentidele. Võimalik on suboksiidide moodustumine.
Kui tseesium puutub kokku fosfori, väävli või halogeeniga, kutsub see esile plahvatusohtliku reaktsiooni. Plahvatusega kaasneb ka reaktsioon veega. Kristallisaatorit või klaasi kasutades võite kohata, et konteiner laguneb sõna otseses mõttes tükkideks. Reaktsioon jääga on võimalik ka siis, kui temperatuur Celsiuse skaalal ei ole madalam kui 116 kraadi. Selle reaktsiooni tulemusena tekib vesinik ja hüdroksiid.
Hüdroksiid: omadused
Tseesiumi toodetud reaktsiooniprodukte uurides avastasid keemikud, et tekkiv hüdroksiid on väga tugev alus. Sellega suhtlemisel peate meeles pidama, et suurtes kontsentratsioonides võib see ühend klaasi kergesti hävitada isegi ilma täiendava kuumutamiseta. Kuid kui temperatuur tõuseb, sulatab hüdroksiid kergesti niklit, rauda ja koobaltit. Mõju korundile ja plaatinale on sarnane. Kui reaktsioonis osaleb hapnik, hävitab tseesiumhüdroksiid väga kiiresti hõbeda ja kulla. Kui piirate hapnikuvarustust, kulgeb protsess suhteliselt aeglaselt, kuid siiski ei peatu. Roodium ja mitmed selle ühendi sulamid on tseesiumhüdroksiidi suhtes vastupidavad.
Kasutage targalt
Praegu kasutatakse väga laialdaselt mitte ainult tseesiumi, vaid ka selle metalli baasil tuntud ühendeid. Ilma nendeta on võimatu ette kujutada raadiotehnika disaini, need on asendamatud ka elektroonikas. Tseesiumiühendeid ja variatsioone kasutatakse aktiivselt keemias, tööstuses, oftalmoloogias ja meditsiinis. Kosmoses kasutatavate tehnoloogiate ja ka tuumaenergia arendamisel ei ole tseesiumi ignoreeritud.
Praegu on levinud tseesiumi kasutamine päikesepatareide ehitamisel. Selle metalli bromiid ja jodiid on vajalikud infrapuna nägemissüsteemide loomiseks. Tööstuslikult toodetud monokristalle saab kasutada detektorielementidena, mis võimaldavad salvestada ioniseerivat kiirgust. Mõningaid tseesiumipõhiseid ühendeid kasutatakse aktiivselt katalüsaatoritena tööstuslikes protsessides. See on vajalik ammoniaagi loomisel, butadieeni moodustamisel ja tootmisel.
Kiirgus ja tseesium
Teadlaste suurimat tähelepanu pälvib isotoop tseesium 137. See kuulub beeta-kiirgajate kategooriasse. Praegu on see element asendamatu toidu ja meditsiiniliste ühendite steriliseerimise protsessis. Seda kasutatakse pahaloomuliste kasvajate ravis. Kaasaegsed lähenemisviisid on võimaldanud kasutada elementi gammavigade tuvastamisel. Selle alusel on projekteeritud tasemeandurid ja ka vooluallikad. 137. isotoop sattus pärast Tšernobõli tuumaelektrijaama avariid keskkonda väga suurtes kogustes. Just see on üks olulisemaid saastetegureid pärast seda katastroofi.
137 pole aga ainus tseesiumi radioaktiivne isotoop, mis on leidnud kasutust tänapäevases tööstuses. Seega luuakse aatomkellad kasutades tseesiumi isotoopi 133. Praegu on see kõige täpsem seade, mis võimaldab kontrollida aja kulgu. Üks sekund, nagu tänapäeva teadlased on ülitäpsete uuringute käigus välja selgitanud, on 9192631770 kiirgusperioodi. See võimaldab tseesium 133 isotoobi aatomit kasutada sageduse ja aja määramise standardina.
MÄÄRATLUS
Tseesium asub perioodilise tabeli põhi(A) alagrupi I rühma kuuendal perioodil.
kuulub perekonda s-elemendid. Metallist. Nimetus - Cs. Seerianumber - 55. Suhteline aatommass - 132,95 amu.
Tseesiumi aatomi elektrooniline struktuur
Tseesiumi aatom koosneb positiivselt laetud tuumast (+55), mille sees on 55 prootonit ja 78 neutronit ning kuuel orbiidil liigub ringi 55 elektroni.
Joonis 1. Tseesiumi aatomi skemaatiline struktuur.
Elektronide jaotus orbitaalide vahel on järgmine:
55Cs) 2) 8) 18) 18) 8) 1 ;
1s 2 2s 2 2lk 6 3s 2 3lk 6 3d 10 4s 2 4lk 6 4d 10 5s 2 5lk 6 6s 1 .
Tseesiumi aatomi välimine energiatase sisaldab 1 elektroni, mis on valentselektron. Ei ole põnevil olekut. Põhiseisundi energiadiagramm on järgmisel kujul:
Tseesiumi aatomi valentselektroni saab iseloomustada nelja kvantarvuga: n(peamine kvant), l(orbitaal), m l(magnetiline) ja s(keerutamine):
|
Alamtase |
||||
Näited probleemide lahendamisest
NÄIDE 1
| Harjutus | Elemendi mangaani aatom vastab lühendatud elektroonilisele valemile:
|
| Lahendus | Dešifreerime kordamööda lühendatud elektroonilisi valemeid, et leida see, mis vastab mangaani aatomile põhiolekus. Selle elemendi seerianumber on 25. Kirjutame üles argooni elektroonilise konfiguratsiooni: 18 Ar1 s 2 2s 2 2lk 6 3s 2 3lk 6 . Seejärel näeb täielik ioonvalem välja järgmine: 1s 2 2s 2 2lk 6 3s 2 3lk 6 3d 5 4s 2 . Elektronide koguarv elektronkihis langeb kokku elemendi aatomnumbriga perioodilises tabelis. See on võrdne 25-ga. Mangaanil on see seerianumber. |
| Vastus | valik 1 |
