ویژگی های عنصر سزیم سزیم و خصوصیات آن

در دستان شما ذوب می شود، اما برف نه - معمایی از بخش "شیمی". حدس بزن - سزیم. نقطه ذوب این فلز 24.5 درجه سانتیگراد است. این ماده که به معنای واقعی کلمه در انگشتان شما جریان دارد، در سال 1860 کشف شد. سزیم اولین عنصری بود که با تجزیه و تحلیل طیفی کشف شد.

رابرت بونسن و گوستاو کیرگوف آن را رهبری کردند. شیمیدانان آب چشمه های معدنی دورکیم را مطالعه کردند. منیزیم، لیتیوم، کلسیم و... در نهایت، قطره‌ای آب را در طیف‌سنجی قرار دادیم و دو خط آبی را دیدیم - شواهدی از وجود یک ماده ناشناخته.

ابتدا کلروپلاتینات آن جدا شد. به خاطر 50 گرم، 300 تن آب معدنی فرآوری شد. هیچ حقه ای با نام متال جدید وجود نداشت. از لاتین "cesium" به "آبی" ترجمه شده است.

خواص شیمیایی و فیزیکی سزیم

در یک طیف سنجی، فلز به رنگ آبی روشن می درخشد. در واقعیت، عنصر مشابه است، اما کمی سبک تر است. در حالت مایع، زردی سزیم از بین می رود و مذاب به رنگ نقره ای در می آید. به دست آوردن مواد اولیه برای آزمایش آسان نیست.

از میان فلزات، این عنصر نادرترین و پراکنده ترین عنصر در پوسته زمین است. فقط یک ایزوتوپ در طبیعت وجود دارد - سزیم 133. کاملاً پایدار است، یعنی در معرض واپاشی رادیواکتیو نیست.

ایزوتوپ های رادیواکتیو این فلز به صورت مصنوعی به دست می آیند. سزیم 135 عمر طولانی دارد. نیمه عمر آن به 3000000 سال نزدیک می شود. سزیم 137نیمی از آن در 33.5 سال پوسیده می شود. ایزوتوپ به عنوان یکی از منابع اصلی آلودگی زیست کره شناخته شده است.

نوکلید از ترشحات کارخانه ها و نیروگاه های هسته ای وارد آن می شود. نیمه عمر سزیمبه آن اجازه می دهد تا به آب، خاک، گیاهان نفوذ کند و در آنها انباشته شود. ایزوتوپ 137 به خصوص در جلبک های آب شیرین و گلسنگ ها فراوان است.

سزیم که کمیاب‌ترین فلز است، واکنش‌پذیرترین فلز را نیز دارد. عنصر قلیایی در زیر گروه اصلی گروه 1 جدول تناوبی قرار دارد که قبلاً ماده را مجبور می کند به راحتی وارد واکنش های شیمیایی شود. جریان آنها با وجود آب افزایش می یابد. بله، در هوا اتم سزیمبه دلیل وجود بخارات آن در جو منفجر می شود.

تعامل با آب با انفجار همراه است، حتی اگر یخ زده باشد. واکنش با یخ در -120 درجه سانتیگراد امکان پذیر است. یخ خشک نیز از این قاعده مستثنی نیست. هنگامی که سزیم با اسیدها، الکل های ساده، هالیدهای فلزات سنگین و هالوژن های آلی تماس پیدا می کند، انفجار نیز اجتناب ناپذیر است.

شروع تعاملات به 2 دلیل آسان است. اولین مورد یک پتانسیل الکتروشیمیایی منفی قوی است. یعنی اتم دارای بار منفی است و تمایل دارد ذرات دیگر را به سمت خود جذب کند.

دلیل دوم مساحت سطح سزیم در هنگام واکنش با مواد دیگر است. ذوب شدن در شرایط اتاق، عنصر گسترش می یابد. به نظر می رسد که تعداد بیشتری از اتم ها برای تعامل باز هستند.

فعالیت عنصر منجر به عدم وجود شکل خالص آن در طبیعت شده است. برای مثال فقط اتصالات وجود دارد. از جمله: کلرید سزیم، فلوراید، یدیت، آزیت، سیانیت، برمید و کربنات سزیم. تمام نمک های عنصر 55 به راحتی در آب حل می شوند.

اگر کار با هیدروکسید سزیم، شما باید نه از انحلال آن بترسید، بلکه از این واقعیت که خود قادر است به عنوان مثال شیشه را از بین ببرد. ساختار آن توسط معرف از قبل در دمای اتاق مختل می شود. به محض افزایش درجه، هیدروکسید از کبالت، کوراندوم و آهن در امان نخواهد ماند.

واکنش ها به ویژه در محیط اکسیژن به سرعت رخ می دهد. فقط هیدروکسید سزیم می تواند مقاومت کند. نیتروژن با عنصر 55 نیز برهمکنش ندارد. سزیم آزیت فقط به صورت غیر مستقیم به دست می آید.

کاربردهای سزیم

سزیم، فرمولکه تابع کار الکترونی کم را فراهم می کند، در ساخت سلول های خورشیدی مفید است. در دستگاه های مبتنی بر ماده 55، هزینه تولید جریان حداقل است. برعکس، حساسیت به تابش حداکثر است.

برای جلوگیری از گرانی زیاد تجهیزات فتوولتائیک به دلیل کمیاب بودن سزیم، آن را با , , , آلیاژ می کنند. سزیم به عنوان منبع جریان در پیل های سوختی استفاده می شود. الکترولیت جامد بر اساس 55 فلز - بخشی از اتومبیل ها و باتری های پر انرژی.

فلز 55 نیز در شمارنده ذرات باردار استفاده می شود. یدید سزیم برای آنها خریداری می شود. با تالیم فعال می شود، تقریباً هر تشعشعی را تشخیص می دهد. آشکارسازهای سزیوم برای شرکت های هسته ای، اکتشافات زمین شناسی و کلینیک های پزشکی خریداری می شوند.

آنها همچنین از دستگاه های صنعت فضایی استفاده می کنند. به طور خاص، مریخ-5 ترکیب عنصری سطح سیاره سرخ را به لطف یک طیف سنج گاما مبتنی بر سزیم مطالعه کرد.

توانایی گرفتن اشعه مادون قرمز دلیل استفاده از آن در اپتیک است. به آن اضافه می کنند سزیم برومایدو اکسید سزیم. در دوربین های دوچشمی، عینک دید در شب و دوربین های دید سلاح یافت می شود. دومی ها حتی از فضا تحریک می شوند.

ایزوتوپ 137 عنصر نیز استفاده شایسته ای پیدا کرد. هسته رادیواکتیو نه تنها اتمسفر را آلوده می کند، بلکه محصولات یا به عبارت بهتر ظروف را برای آنها استریل می کند. نیمه عمر سزیمطولانی میلیون ها غذای کنسرو شده را می توان فرآوری کرد. گاهی اوقات گوشت را نیز عقیم می کنند - لاشه پرندگان و ...

ابزار پزشکی و داروها را می توان با ایزوتوپ 137 نیز پردازش کرد. در مورد تومورها نیز به نوکلید در خود درمان نیاز است. این روش رادیوتراپی نامیده می شود. داروهای سزیم نیز برای اسکیزوفرنی، دیفتری، زخم معده و برخی از انواع شوک تجویز می شود.

متالورژیست ها به یک عنصر خالص نیاز دارند. با آلیاژها مخلوط می شود و. افزودنی مقاومت حرارتی آنها را افزایش می دهد. به عنوان مثال، با سزیم تنها با 0.3٪ سه برابر می شود.

استحکام کششی و مقاومت در برابر خوردگی نیز افزایش می یابد. درست است، صنعتگران به دنبال جایگزینی برای عنصر 55 هستند. خیلی کمیاب است و از نظر قیمت رقابتی نیست.

استخراج سزیم

این فلز از آلودگی جدا می شود. این یک آلومینوسیلیکات آبدار و سزیم است. مواد معدنی حاوی 55 عنصر واحد. در آلودگی، درصد سزیم استخراج معدن را از نظر اقتصادی امکان پذیر می کند. همچنین مقدار زیادی فلز در آوگاردیت وجود دارد. با این حال، خود این سنگ به اندازه سزیم کمیاب است.

صنعتگران آلودگی را با کلریدها یا سولفات ها. سزیمبا غوطه ور کردن آن در اسید هیدروکلریک گرم شده از سنگ استخراج می شود. کلرید آنتیموان نیز در آنجا ریخته می شود. یک رسوب تشکیل می شود.

با آب گرم شسته می شود. نتیجه عملیات کلرید سزیم است. هنگام کار با سولفات، آلاینده در اسید سولفوریک غوطه ور می شود. خروجی زاج سزیمی است.

آزمایشگاه ها از روش های دیگری برای به دست آوردن عنصر 55 استفاده می کنند. 3 مورد از آنها وجود دارد که همه کار فشرده هستند. می توانید سزیم دی کرومات و زیرکونیوم کرومات را گرم کنید. اما این نیاز به خلاء دارد. همچنین برای تجزیه سزیم آزید مورد نیاز است. از خلاء فقط با حرارت دادن کلسیم و کلرید فلز 55 که مخصوص تهیه شده است جلوگیری می شود.

قیمت سزیم

در روسیه، کارخانه فلزات نادر در نووسیبیرسک به استخراج و فرآوری آلاینده می پردازد. کارخانه معدن و فرآوری Lovozersk نیز محصولاتی را ارائه می دهد. دومی ارائه می دهد سزیم در آمپول 10 و 15 میلی گرم.

آنها در بسته های 1000 عددی عرضه می شوند. حداقل قیمت - 6000 روبل. Sevredmet همچنین آمپول ها را می فروشد، اما آماده عرضه حجم های کوچکتر - از 250 گرم است.

اگر خلوص فلز 99.9٪ باشد، برای یک گرم، معمولاً حدود 15-20 دلار آمریکا می خواهند. ما در مورد ایزوتوپ 133 پایدار از عنصر 55 جدول تناوبی صحبت می کنیم.

(Caesium؛ از لاتین caesius - آبی)، Cs - شیمیایی. عنصر گروه I از سیستم تناوبی عناصر؛ در، n. 55، در. m. 132.9054. فلز نقره ای سفید. در ترکیبات حالت اکسیداسیون +1 را نشان می دهد.کربن طبیعی از ایزوتوپ پایدار 133Cs تشکیل شده است. 22 ایزوتوپ رادیواکتیو به دست آمده است که کاربردی ترین کاربرد آن ایزوتوپ 137Cs با نیمه عمر 27 سال است. سزیم (1860) توسط شیمیدان آلمانی R. W. Bunsen و فیزیکدان آلمانی G. P. Kirchhoff هنگام مطالعه طیف نمکهای فلزات قلیایی به دست آمده از آب چشمه معدنی دورکیم کشف شد.

فلز سزیم برای اولین بار (1882) توسط K. Setterberg با الکترولیز مخلوط ذوب شده سیانید سزیم و باریم بدست آمد. سزیم عنصر کمیاب است. محتوای آن در پوسته زمین 3.7 10-4 درصد است و به دلیل فعالیت زیاد در طبیعت در حالت آزاد یافت نمی شود. C. در 78 ماده معدنی یافت شد. بیشترین مقدار آن در مواد معدنی سزیم وجود دارد: آلاینده (تا 36٪ Cs20)، اسپارویت و آووگادریت (تا 7.5٪ Cs20). حاوی مقادیر کم (از 0.004 تا 0.001٪ یا کمتر). سنگ‌ها: بازالت‌ها، گرانیت‌ها، دیابازها، سینیت‌ها، نفلین‌ها، میکاها، فلدسپات‌ها، سنگ‌های آهک، شیل‌ها و غیره. منابع اصلی C. عبارتند از: آلاینده، کارنالیت، آب نمک دریاچه‌های نمک، آب نمک و گل‌های دریایی. شبکه کریستالی C. مکعبی بدنه محور با دوره a = 6.05 A (دما - 175 درجه سانتیگراد).

شعاع اتمی 2.65 A، شعاع یونی Cs+ 165 A است. چگالی 1.9039 (دمای 0 درجه سانتی گراد) و 1.880 گرم بر سانتی متر مکعب (دما 26.85 درجه سانتی گراد). نقطه ذوب 28.60 درجه سانتیگراد؛ نقطه جوش 685.85 درجه سانتیگراد؛ چهارشنبه ضریب انبساط خطی (در محدوده دمایی 0-26 درجه سانتیگراد) 9.7-10-5 deg-1. ضریب هدایت حرارتی (دما 28.5 درجه سانتیگراد) 0.04 - 0.065 cal/cm -sec-deg. میانگین ظرفیت گرمایی 7.24 (دمای 0 درجه سانتیگراد) و 7.69 کالری در گرم اتم درجه حرارت (دمای 25 درجه سانتیگراد). مقاومت الکتریکی ویژه 18.30 (دمای 0 درجه سانتیگراد) و 21.25 μΩ سانتی متر (دمای 26.85 درجه سانتیگراد) است. بخار فلزی مغناطیسی است. سزیم فلزی نرم و انعطاف پذیر است. سختی در مقیاس Mohs 0.2; HB - = 0.015; مدول الاستیسیته نرمال 175 kgf/mm2. تراکم پذیری در دمای اتاق 7.0-10-5 kgf/cm2. فلز سزیم بیشترین واکنش پذیری را در بین عناصر قلیایی دارد. در هوا فوراً با التهاب اکسید می شود و پراکسید و سوپراکسید تشکیل می دهد.

با هیدروژن در دمای 200-350 درجه سانتیگراد و فشار 50-100 در. هیدرید CsH را تشکیل می دهد - یک ماده کریستالی سفید که در یک محیط مرطوب، در محیطی از کلر و فلوئور مشتعل می شود. با اکسیژن، بسته به شرایط، می دهد: اکسید Cs2O - کریستال های قرمز مایل به قهوه ای که در هوا پخش می شوند؛ پراکسید Cs2O2 - کریستال های زرد رطوبت گیر؛ سوپراکسید CsO2 - کریستال های زرد، در دمای بالاتر از 180 درجه سانتی گراد به نارنجی تغییر رنگ می دهند؛ ازونید Cs. - نارنجی کریستالی ریز - پودر قرمز؛ هیدروکسید CsOH یک ماده کریستالی سفید رنگ است که به سرعت در هوا حل می شود. C. به طور مستقیم با هالوژن ترکیب می شود (با احتراق)، تشکیل هالیدهای CsF، CsCl، CsBr در Csl - کریستال های بی رنگ، بسیار محلول در آب و بسیاری دیگر. حلال های آلی

در نیتروژن مایع، در حین تخلیه الکتریکی بین الکترودها، نیترید سزیم از سزیم به دست می آید - یک پودر مرطوب و ناپایدار به رنگ سبز مایل به خاکستری یا آبی. آزید CsN3 - کریستال های زرد-سفید. ترکیبات شناخته شده ای از کلسیم با گوگرد، سلنیوم و تلوریم - کالکوژنیدها وجود دارد. سزیم با گوگرد، سولفید Cs2S را تشکیل می دهد که یک پودر کریستالی قرمز تیره محلول در آب است. علاوه بر این، دی، تری و پنتا سولفید به دست آمده است. C. با سلنیوم و تلوریم ترکیبات کریستالی تشکیل می دهد: پودر سفید سلنید Cs2Se و پودر زرد روشن تلورید Cs2Te که در هوا تجزیه می شوند. با سیلیکون سیلیسید CsSi تشکیل می دهد، یک ماده کریستالی زرد رنگ که در هوا مشتعل می شود. هنگام تعامل با آب، به طور انفجاری مشتعل می شود. ترکیبات شناخته شده ای از C. با فسفر وجود دارد - . هنگام جایگزینی هیدروژن در یک ماده معدنی با کربن، نمک های مربوطه به دست می آیند: سولفات، نیترات، کربنات و غیره.

سزیم با بسیاری از فلزات، از جمله فلزات قلیایی، ترکیبات بین فلزی را نیز تشکیل می دهد که مهم ترین آنها ترکیباتی با بیسموت، آنتیموان، طلا و جیوه است. در واکنش با ترکیبات معدنی، سزیم به عنوان یک عامل احیا کننده قوی عمل می کند. به طور انفجاری با دی اکسید کربن و تتراکلرید کربن واکنش می دهد. به عنوان مثال، روی فلزی عمدتاً از واکنش با نمک های روی به دست می آید. در، منیزیم یا کلسیم در بالا

t-rah در خلاء. برای بدست آوردن کربن از روش الکتروشیمیایی نیز استفاده می شود که در طی الکترولیز مثلاً CsCl روی کاتد سرب مایع، آلیاژ سرب-سزیم به دست می آید که با تقطیر خلاء رنگ از آن جدا می شود. مقادیر کمی زیرکونیوم با احیای کرومات آن (Cs2Cr04) با زیرکونیوم پودر شده در دمای 650 درجه سانتی گراد یا با تجزیه CsN3 در دمای 390-395 درجه سانتی گراد در خلاء به دست می آید.

کاربردهای سزیم

در فتوسل ها استفاده می شود. در فتومولتیپلایرهای در نظر گرفته شده برای شمارنده های سوسوزن، ابزار ناوبری آسمانی، طیف سنجی ها، برای آشکارسازهای تشعشع در سیستم های لیزری. در مبدل های الکترواپتیکی مورد استفاده در دستگاه های دید در شب؛ در انتقال لوله های پرتو کاتدی سزیم به عنوان یک گیرنده برای جذب آثار باقی مانده از هوا در تولید لوله های رادیویی خلاء استفاده می شود. این کاربرد در تیراترون های تخلیه درخشان و در استانداردهای اتمی - دقیق ترین استانداردهای فواصل زمانی است. خطای ساعت اتمی با منبع سزیم 1 ثانیه در 4000 سال است. بخار سزیم در ژنراتورهای کوانتومی نوری - لیزرهای گازی استفاده می شود. افزودن کربن به گاز بی اثر در ژنراتورهای مغناطیسی هیدرودینامیکی امکان یونیزه کردن گاز را در دماهایی تقریباً دو برابر کمتر از بدون این مواد افزودنی فراهم می کند. C. در مبدل های ترمیونی که برای تبدیل مستقیم گرما به برق طراحی شده اند استفاده می شود. انرژی؛ در موتورهای موشک یونی برای فضاپیماها. سزیم در شاخه جدیدی از الکترونیک - الکترونیک پلاسما مایکروویو، و همچنین در لامپ های سزیمی که از نظر شدت نسبت به سایر منابع نور برتری دارند، کاربرد پیدا کرده است.

ویژگی های عنصر

کشف سزیم، مانند روبیدیم، با تجزیه و تحلیل طیفی همراه است. در سال 1860، R. Bunsen دو خط آبی روشن را در طیف کشف کرد که به هیچ عنصر شناخته شده در آن زمان تعلق نداشت. از اینجا نام "caesius" به معنای آبی آسمانی گرفته شده است. این آخرین عنصر از زیر گروه فلز قلیایی است که هنوز در مقادیر قابل اندازه گیری وجود دارد. بزرگترین شعاع اتمی و کوچکترین پتانسیل یونیزاسیون اول، خصوصیات و رفتار این عنصر را تعیین می کند. دارای الکتروپوزیتیویته و خواص فلزی برجسته است. تمایل به اهدای الکترون 6s خارجی منجر به این واقعیت می شود که تمام واکنش های آن به شدت خشن انجام می شود. تفاوت کوچک در انرژی های 5 اتمید- و 6 س -اوربیتال ها باعث تحریک آسان اتم ها می شود. انتشار الکترون از سزیم تحت تأثیر پرتوهای مادون قرمز نامرئی (گرما) مشاهده می شود. این ویژگی ساختار اتمی هدایت الکتریکی خوب جریان را تعیین می کند. همه اینها سزیم را در دستگاه های الکترونیکی ضروری می کند. اخیراً توجه بیشتری به پلاسمای سزیم به عنوان سوخت آینده و در ارتباط با حل مشکل همجوشی گرما هسته ای شده است.

خواص مواد ساده و ترکیبات

سزیم در شرایط عادی اتاق یک فلز نیمه مایع است (t pl = 28.5 درجه سانتیگراد، t جوش = 688 درجه سانتیگراد). سطح براق آن رنگ طلایی کم رنگی دارد. سزیم یک فلز سبک با مربع مربع است. 1.9 گرم در سانتی متر³ به عنوان مثال، با جرم اتمی تقریباً یکسان، بیش از 6 برابر بیشتر وزن دارد.

دلیل اینکه سزیم چندین برابر سبکتر از همسایگان خود در جدول تناوبی است، اندازه بزرگ اتمهای آن است. شعاع اتمی و یونی فلز بسیار بزرگ است:آردر = 2.62 A، آرو او = 1.6 A. سزیم به طور غیرعادی از نظر شیمیایی فعال است. آنقدر حریصانه با اکسیژن واکنش نشان می دهد که می تواند مخلوط گاز را از کوچکترین اثری از اکسیژن حتی در شرایط خلاء عمیق پاک کند. هنگامی که تا 116- درجه سانتیگراد منجمد می شود، با آب واکنش می دهد. بیشتر واکنش ها با مواد دیگر با انفجار رخ می دهد: با هالوژن، گوگرد، فسفر، گرافیت، سیلیکون (در سه مورد آخر، حرارت کمی لازم است). افراد دشوار نیز به شدت با آن واکنش نشان می دهند: CO 2 تتراکلرید، سیلیس (در دمای 300 درجه سانتیگراد). در یک جو هیدروژن، هیدرید CsH تشکیل می شود که در هوای خشک ناکافی مشتعل می شود. تمام اسیدهای معدنی و آلی را جابجا می کند و نمک تشکیل می دهد.

واکنش‌های سزیم با نیتروژن در میدان بار الکتریکی آرام و با زغال سنگ هنگام گرم شدن آرام‌تر پیش می‌رود. با هیدروژن در دمای 300-350 درجه سانتیگراد یا تحت فشار 5-10 واکنش می دهد⋅ 10 ⁶ پا. بنابراین، می توان آن را با خیال راحت در یک ظرف پر از هیدروژن ذخیره کرد.

2Сs + 2SiO 2 = Сs 2 O 4 + 2Si

2Rb + 2SiO 2 = Rb 2 O 4 + 2Si

از ترکیبات سزیم مهمترین آنها cنقره و آنتیموان بلورهای سزیم برومید و یدید نسبت به پرتوهای مادون قرمز شفاف هستند، بنابراین در اپتیک و مهندسی برق استفاده می شوند.

سولفات СsSO 4 - یک ترکیب نسوز و پایدار از نظر حرارتی که تنها در دمای بالاتر از 1400 درجه سانتیگراد شروع به تبخیر محسوس می کند. در عین حال، تمام نمک های سزیم بالا هستند.

تولید و استفاده از سزیم

سزیم، مانند، کانی های مستقل تشکیل نمی دهد و معمولاً با عناصر رایج تر گروه I همراه است. سزیم در طبیعت به صورت ناخالصی در مواد معدنی Na و K وجود دارد. آلاینده CsNa ⋅ nH 2 غنی ترین سزیم است O. در طبیعت در حالت بسیار پراکنده به شکل ترکیبات همراه با سایر کانه ها یافت می شود. به عنوان مثال، آلاینده حاوی سزیم همراه با سدیم است. پر زحمت ترین بخش تولید آنها غنی سازی و جداسازی فراکسیون ها با روبیدیم و سزیم از پتاسیم، سدیم و لیتیوم است. خالص (Rb و Cs) از هالوژن ها با احیا با فلز کلسیم در دمای 700-800 درجه سانتی گراد بدست می آید. آنها از واکنش تبادل کلریدهای مذاب با فلز کلسیم به دست می آیند:

ویژگی‌های سزیم، ویژگی‌های ساختاری و ویژگی‌های مشخصه این عنصر باید در درس شیمی پوشش داده شود. نه تنها دانش آموزان، بلکه دانش آموزان رشته های شیمیایی نیز باید ویژگی های خاص این ترکیب را بدانند. استفاده از سزیم در حال حاضر بسیار گسترده است - اما در یک منطقه خاص. این تا حد زیادی به این دلیل است که در دمای اتاق عنصر حالت مایع به دست می آورد و عملاً هرگز به شکل خالص آن یافت نمی شود. در حال حاضر، تنها پنج فلز دارای کیفیت مشابه هستند. خواص سزیم میزان علاقه دانشمندان به آن و امکان استفاده از این ترکیب را مشخص می کند.

در مورد چیست؟

فلز نرم سزیم در جدول تناوبی با نماد Cs مشخص شده است. شماره سریال آن 55 است. فلز نرم دارای رنگ نقره ای و طلایی است. نقطه ذوب - 28 درجه سانتیگراد.

سزیم یک فلز قلیایی است که کیفیت و خصوصیات آن شبیه پتاسیم و روبیدیم است. ساختار سزیم باعث افزایش واکنش پذیری می شود. این فلز می تواند با آب در دمایی در مقیاس سانتیگراد 116 درجه زیر صفر واکنش دهد. عنصر شیمیایی سزیم دارای پیروفوریسیته بالایی است. از آلودگی استخراج شده است. بسیاری از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو سزیم (از جمله سزیم 137) که به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد، در طی پردازش زباله‌های تولید شده در حین کار یک راکتور هسته‌ای تولید می‌شوند. سزیم 137 نتیجه یک واکنش شکافت است.

پیشینه تاریخی

اعتبار کشف فرمول الکترونیکی سزیم متعلق به شیمیدانانی از آلمان است که ذهن های برجسته در زمینه خود، Kirchhoff و Bunsen هستند. این رویداد در سال 1860 اتفاق افتاد. در آن دوره، آنها شروع به تغییر فعالانه تکنیک طیف سنجی شعله اختراع شده جدید کردند و دانشمندان آلمانی در جریان آزمایشات خود یک عنصر شیمیایی را کشف کردند که قبلاً برای عموم ناشناخته بود - سزیم. در آن لحظه، سزیم به عنوان یک گیرنده ارائه شد که مربوط به فتوسل ها و لوله های الکترونی است.

تغییرات قابل توجهی در تاریخچه تعریف و جداسازی عنصر در سال 1967 رخ داد. با در نظر گرفتن بیانیه انیشتین مبنی بر اینکه سرعت نور را می توان ثابت ترین عامل اندازه گیری ذاتی در جهان ما در نظر گرفت، تصمیم گرفته شد تا سزیم 133 را جدا کنیم. این به یک نکته مهم در گسترش دامنه کاربردهای عنصر شیمیایی سزیم - به ویژه - تبدیل شد. ، برای ساخت ساعت های اتمی استفاده می شود.

سزیم در دهه نود

در دهه آخر قرن گذشته بود که عنصر شیمیایی سزیم به طور ویژه توسط بشر مورد استفاده قرار گرفت. معلوم شد که در سیالات حفاری قابل استفاده است. همچنین امکان یافتن حوزه نسبتاً گسترده ای از کاربرد در صنایع شیمیایی وجود داشت. معلوم شد که کلرید سزیم و سایر مشتقات آن را می توان در ساخت وسایل الکترونیکی پیچیده استفاده کرد.

سپس در دهه نود توجه ویژه جامعه علمی به هر چیزی که می توانست به واژه جدیدی در انرژی اتمی و هسته ای تبدیل شود معطوف شد. در آن زمان بود که سزیم رادیواکتیو به طور کامل مورد مطالعه قرار گرفت. مشخص شد که نیمه عمر این جزء به حدود سه دهه نیاز دارد. در حال حاضر، ایزوتوپ های رادیواکتیو سزیم به طور گسترده در هیدرولوژی استفاده می شوند. پزشکی و صنعت بدون آنها نمی توانند کار کنند. پرمصرف ترین ایزوتوپ رادیواکتیو سزیم 137 است. سزیم دارای سطح پایینی از خواص سمی است، در حالی که در عین حال مشتقات رادیواکتیو در غلظت های بالا می توانند به طبیعت و انسان آسیب برسانند.

پارامترهای فیزیکی

ویژگی سزیم (و همچنین کلرید سزیم و سایر مشتقات این فلز) امکان استفاده گسترده از این محصول را فراهم می کند. در میان سایر عناصر، سزیم دارای کمترین شاخص سختی است - تنها 0.2 واحد.علاوه بر نرمی، فلز با انعطاف پذیری مشخص می شود. در حالت عادی، فرمول الکترونیکی صحیح سزیم امکان تشکیل یک ماده کم رنگ را می دهد که می تواند در کوچکترین تماس با ترکیبات اکسیژن، رنگ را به تیره تر تغییر دهد.

نقطه ذوب فلز تنها 28 درجه سانتیگراد است، به این معنی که این ترکیب یکی از پنج فلزی است که در دمای اتاق یا نزدیک به آن در فاز مایع هستند. نقطه ذوب حتی کمتر از سزیم فقط برای جیوه ثبت شده است. نقطه جوش سزیم نیز پایین است - فقط جیوه نقطه جوش کمتری دارد. ویژگی های پتانسیل الکتروشیمیایی احتراق فلز را تنظیم می کند - سایه های بنفش یا رنگ آبی ایجاد می کند.

سازگاری و ویژگی ها

سزیم توانایی واکنش با عنصر را دارد.این عنصر همچنین اکسیدهای سزیم را تشکیل می دهد. علاوه بر این، واکنش هایی با مخلوط های جیوه و طلا مشاهده می شود. ویژگی های برهمکنش با سایر ترکیبات و همچنین شرایط دمایی که در آن واکنش ها امکان پذیر است، ترکیبات بین فلزی احتمالی را نشان می دهد. به طور خاص، سزیم جزء آغازین تشکیل ترکیبات حساس به نور است. برای انجام این کار، یک واکنش فلزی با مشارکت توریم، آنتیموان، گالیم و ایندیم انجام می شود.

علاوه بر اکسید سزیم، شیمیدانان به نتایج برهمکنش با تعدادی از عناصر قلیایی نیز علاقه مند هستند. در عین حال، باید در نظر داشت که فلز نمی تواند با لیتیوم واکنش نشان دهد. هر یک از آلیاژهای سزیم دارای سایه مخصوص به خود هستند. برخی از مخلوط ها ترکیبات بنفش سیاه هستند، برخی دیگر رنگ طلایی دارند و برخی دیگر تقریباً بی رنگ هستند اما درخشش فلزی مشخصی دارند.

ویژگی های شیمیایی

بارزترین ویژگی سزیم pyrophoricity آن است. علاوه بر این، پتانسیل الکتروشیمیایی این فلز نیز توجه دانشمندان را به خود جلب می کند. سزیم می تواند خود به خود در هوا بسوزد. هنگام برهمکنش با آب، انفجار رخ می دهد، حتی اگر شرایط واکنش دمای پایینی را در نظر بگیرد. سزیم از این نظر تفاوت محسوسی با گروه اول جدول تناوبی شیمیایی دارد. هنگامی که سزیم به شکل جامد با آب برهم کنش می کند، واکنشی نیز رخ می دهد.

مشخص شد که نیمه عمر سزیم حدود سه دهه طول می کشد. این ماده به دلیل ویژگی های آن خطرناک در نظر گرفته شد. برای کار با سزیم، ایجاد یک جو گاز بی اثر ضروری است. در عین حال، انفجار در تماس با آب با مقادیر مساوی سدیم و سزیم در حالت دوم به طور قابل توجهی ضعیف تر خواهد بود. شیمیدانان این را با ویژگی زیر توضیح می دهند: هنگامی که سزیم با آب تماس می گیرد، یک واکنش انفجاری فوری رخ می دهد، یعنی مدت زمان کافی برای تجمع هیدروژن باقی نمانده است. روش بهینه برای ذخیره سزیم در ظروف در بسته ساخته شده از ترکیبات بوروسیلیکات است.

سزیم: در ترکیبات

سزیم در ترکیبات به عنوان کاتیون عمل می کند. آنیون های مختلفی وجود دارد که با آنها واکنش برای تشکیل یک ترکیب ممکن است. بیشتر نمک های سزیم بی رنگ هستند مگر اینکه رنگ آمیزی ناشی از آنیون باشد. نمک های ساده رطوبت سنجی هستند، اگرچه به میزان کمتری نسبت به سایر فلزات قلیایی سبک. بسیاری از آنها در آب حل می شوند.

میزان حلالیت نسبتاً کمی دارند. این کاربرد بسیار گسترده ای در صنعت پیدا کرده است. به عنوان مثال، سولفات آلومینیوم-سزیم به دلیل حلالیت کم در آب به طور فعال در کارخانه های تصفیه سنگ معدن استفاده می شود.

سزیم: منحصر به فرد و مفید

از نظر بصری، این فلز شبیه به طلا است، اما کمی سبکتر از محبوب ترین فلز گرانبها است. اگر یک تکه سزیم را در دست بگیرید، به سرعت ذوب می شود و ماده حاصل متحرک می شود و رنگ آن کمی تغییر می کند - نزدیک به نقره. در حالت مذاب، سزیم کاملاً پرتوهای نور را منعکس می کند. در میان فلزات قلیایی، سزیم سنگین ترین است، اما در عین حال کمترین چگالی را دارد.

تاریخچه کشف سزیم حاوی ارجاعاتی به منبع دورچهایم است. از اینجا بود که نمونه آب برای آزمایش آزمایشگاهی ارسال شد. در طول تجزیه و تحلیل اجزای تشکیل دهنده، توجه ویژه ای به حل این سوال شد: کدام عنصر ویژگی های درمانی مایع را فراهم می کند؟ دانشمند آلمانی Bunsen تصمیم گرفت از روش تحلیل طیفی استفاده کند. پس از آن بود که دو خط آبی غیرمنتظره ظاهر شد که نمونه ای از ترکیبات شناخته شده در آن زمان نبود. این رنگ این نوارها بود که به دانشمندان کمک کرد تا نامی را برای جزء جدید انتخاب کنند - آبی آسمانی در لاتین مانند "سزیم" صدا می کند.

کجا میتونم پیداتون کنم؟

همانطور که در طول آزمایش طولانی مدت مشخص شد، سزیم یک عنصر کمیاب است که در شرایط طبیعی بسیار نادر است. بنابراین، با انجام یک تجزیه و تحلیل مقایسه ای از محتوای روبیدیم و سزیم در پوسته سیاره، دانشمندان دریافتند که دومی صدها برابر کمتر است. برآورد تقریبی غلظت نشانگر 7 * 10 (-4)٪ است. هیچ روش کمتر حساس دیگری به جز طیف سنجی نمی تواند به سادگی چنین ترکیب نادری را تشخیص دهد. این واقعیت را توضیح می دهد که قبلاً دانشمندان حتی به وجود سزیم مشکوک نبودند.

اکنون مشخص شده است که سزیم در سنگ های استخراج شده از کوه ها بیشتر است. غلظت آن در این ماده از هزارم درصد تجاوز نمی کند. مقادیر مطلقاً کمی در آبهای دریا ثبت شد. سطح غلظت در ترکیبات معدنی لیتیوم و پتاسیم به دهم درصد می رسد. بیشتر اوقات می توان آن را در لپیدولیت تشخیص داد.

هنگام مقایسه ویژگی‌های متمایز سزیم و روبیدیم، و همچنین سایر عناصری که بسیار نادر هستند، می‌توان مشخص کرد که سزیم با تشکیل مواد معدنی منحصربه‌فرد مشخص می‌شود که سایر ترکیبات قادر به انجام آن نیستند. به این ترتیب آلاینده، رودیسیت و آووگادریت به دست می آید.

همانطور که دانشمندان دریافته اند رودیسیت بسیار نادر است. به همین ترتیب، یافتن آووگادیت بسیار دشوار است. آلاینده تا حدودی شایع تر است، با رسوبات کوچک در تعدادی از موارد. آنها قدرت بسیار کمی دارند، اما حاوی سزیم در مقدار 20-35 درصد از کل جرم هستند. از دیدگاه مردم، مهمترین آلاینده ها در زیر خاک آمریکا و روسیه کشف شد. تحولات سوئدی و قزاقستانی نیز وجود دارد. مشخص است که آلودگی در جنوب غربی قاره آفریقا پیدا شده است.

کار ادامه دارد

بر کسی پوشیده نیست که کشف یک عنصر و به دست آوردن آن به شکل خالص آن دو کار کاملاً متفاوت است، اگرچه به هم مرتبط هستند. زمانی که مشخص شد سزیم بسیار نادر است، دانشمندان شروع به توسعه تکنیک هایی برای سنتز این فلز در آزمایشگاه کردند. در ابتدا به نظر می رسید که اگر از ابزار و فناوری موجود در آن زمان استفاده کنیم، این کار کاملاً غیرممکن است. در طول سال ها، بونسن نتوانست فلز سزیم را به شکل خالص آن جدا کند. تنها دو دهه بعد بود که سرانجام شیمیدانان پیشرفته توانستند این مشکل را حل کنند.

این پیشرفت در سال 1882 اتفاق افتاد، زمانی که ستربرگ از سوئد مخلوطی متشکل از چهار قسمت سیانید سزیم را الکترولیز کرد که یک قسمت باریم با آن مخلوط شد. جزء دوم برای پایین آوردن نقطه ذوب استفاده شد. سیانور، همانطور که دانشمندان قبلاً در این مرحله می دانستند، یک جزء بسیار خطرناک بود. در همان زمان، آلودگی به دلیل باریم ایجاد شد که امکان دستیابی به مقدار کم و بیش رضایت بخش سزیم را فراهم نمی کرد. واضح بود که این تکنیک به پیشرفت های قابل توجهی نیاز دارد. یک پیشنهاد خوب در این زمینه توسط Beketov برای بحث به جامعه علمی ارائه شد. در آن زمان بود که هیدروکسید سزیم توجه ها را به خود جلب کرد. اگر این ترکیب با استفاده از منیزیم فلزی، افزایش حرارت و استفاده از جریان هیدروژن احیا شود، نتیجه کمی بهتر از آنچه توسط شیمیدان سوئدی ثابت شده است، حاصل می شود. با این حال، آزمایش‌های واقعی نشان داده‌اند که بازدهی نصف مقدار محاسبه‌شده در تئوری است.

بعدش چی؟

سزیم همچنان در کانون توجه جامعه علمی بین المللی شیمی قرار داشت. به ویژه دانشمند فرانسوی اکسپیل تلاش و زمان زیادی را در تحقیقات خود به او اختصاص داد. در سال 1911، او رویکرد کاملاً جدیدی را برای موضوع استخراج سزیم خالص پیشنهاد کرد. لازم بود واکنش در خلاء انجام شود، کلرید فلز به عنوان ماده اولیه گرفته شد و فلز کلسیم برای بازیابی آن استفاده شد.

چنین واکنشی، همانطور که آزمایش‌ها نشان داده‌اند، تقریباً تا پایان رخ می‌دهد. برای رسیدن به اثر کافی، باید از یک دستگاه مخصوص استفاده کنید. در آزمایشگاه ها معمولا به شیشه های نسوز متوسل می شوند یا از ظروف کوارتز استفاده می کنند. دستگاه باید دارای پسوند باشد. فشار داخل در حدود 0.001 میلی متر جیوه حفظ می شود. هنر برای یک واکنش موفقیت آمیز، باید اطمینان حاصل شود که ظرف تا 675 درجه سانتیگراد گرم می شود. این باعث آزاد شدن سزیم می شود که تقریباً بلافاصله تبخیر می شود. جفت ها وارد فرآیندی می شوند که برای این منظور در نظر گرفته شده است. اما کلرید پتاسیم عمدتاً مستقیماً در راکتور ته نشین می شود. در شرایط معین، فراریت این نمک به قدری کم است که می توان آن را به طور کلی نادیده گرفت، زیرا این ترکیب دارای نقطه ذوب مشخصه 773 درجه (در همان مقیاس سانتیگراد) است. این بدان معنی است که اگر ظرف صد درجه نسبت به آنچه در نظر گرفته شده بود بیش از حد گرم شود، رسوب می تواند ذوب شود. برای دستیابی به موثرترین نتایج، لازم است فرآیند تقطیر تکرار شود. برای انجام این کار، یک خلاء ایجاد کنید. خروجی فلز سزیم ایده آل خواهد بود. در حال حاضر، روش توصیف شده بیشترین استفاده را دارد و برای به دست آوردن ترکیب بهینه در نظر گرفته می شود.

فعالیت و واکنش

در طی مطالعات متعدد، دانشمندان توانستند تعیین کنند که سزیم دارای فعالیت شگفت انگیزی است که معمولاً مشخصه فلزات نیست. در تماس با هوا، احتراق رخ می دهد که منجر به آزاد شدن سوپراکسید می شود. اکسید را می توان با محدود کردن دسترسی اکسیژن به معرف ها به دست آورد. احتمال تشکیل ساب اکسیدها وجود دارد.

اگر سزیم با فسفر، گوگرد یا هالوژن تماس پیدا کند، واکنش انفجاری ایجاد می کند. این انفجار همچنین با واکنش آب همراه است. با استفاده از کریستالایزر یا شیشه، ممکن است با تکه تکه شدن ظرف مواجه شوید. واکنش با یخ نیز ممکن است اگر درجه حرارت در مقیاس سلسیوس کمتر از 116 درجه نباشد. در نتیجه این واکنش هیدروژن و هیدروکسید تولید می شود.

هیدروکسید: ویژگی ها

شیمیدانان در حین مطالعه محصولات واکنش تولید شده توسط سزیم دریافتند که هیدروکسید حاصله یک باز بسیار قوی است. هنگام تعامل با آن، باید به یاد داشته باشید که در غلظت های بالا این ترکیب می تواند به راحتی شیشه را حتی بدون حرارت اضافی از بین ببرد. اما هنگامی که دما افزایش می یابد، هیدروکسید به راحتی نیکل، آهن و کبالت را ذوب می کند. تاثیر روی کوراندوم و پلاتین مشابه خواهد بود. اگر اکسیژن در واکنش شرکت کند، هیدروکسید سزیم به سرعت نقره و طلا را از بین می برد. اگر عرضه اکسیژن را محدود کنید، روند نسبتاً کند پیش می رود، اما باز هم متوقف نمی شود. رودیم و چندین آلیاژ این ترکیب در برابر هیدروکسید سزیم مقاوم هستند.

عاقلانه استفاده کنید

نه تنها سزیم، بلکه ترکیبات شناخته شده بر اساس این فلز نیز در حال حاضر بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. بدون آنها تصور طراحی مهندسی رادیو غیرممکن است؛ آنها همچنین در الکترونیک ضروری هستند. ترکیبات و تغییرات سزیم به طور فعال در شیمی، صنعت، چشم پزشکی و پزشکی استفاده می شود. سزیم در توسعه فناوری های کاربردی در فضا و همچنین انرژی هسته ای نادیده گرفته نشده است.

امروزه استفاده از سزیم در ساخت سلول های خورشیدی رایج شده است. برمید و یدید این فلز برای ایجاد سیستم های دید مادون قرمز ضروری است. تک بلورهای تولید شده صنعتی می توانند به عنوان عناصر آشکارساز استفاده شوند که امکان ثبت تشعشعات یونیزان را فراهم می کند. برخی از ترکیبات مبتنی بر سزیم به طور فعال به عنوان کاتالیزور در فرآیندهای صنعتی استفاده می شوند. این امر هنگام ایجاد آمونیاک، تشکیل و تولید بوتادین ضروری است.

تابش و سزیم

ایزوتوپ سزیم 137 بیشترین توجه دانشمندان را به خود جلب می کند و در دسته انتشار دهنده های بتا قرار می گیرد. در حال حاضر، این عنصر در فرآیند استریل کردن مواد غذایی و ترکیبات دارویی ضروری است. متوسل شدن به آن در درمان نئوپلاسم های بدخیم مرسوم است. رویکردهای مدرن استفاده از عنصر را در تشخیص عیب گاما ممکن کرده است. سنسورهای سطح و همچنین منابع جریان بر اساس آن طراحی شده است. ایزوتوپ 137 پس از حادثه نیروگاه هسته ای چرنوبیل در مقادیر بسیار زیادی در محیط زیست منتشر شد. این یکی از مهم ترین عوامل آلودگی پس از این فاجعه است.

با این حال، 137 تنها ایزوتوپ رادیواکتیو سزیم نیست که در صنعت مدرن کاربرد پیدا کرده است. بنابراین، ساعت های اتمی با استفاده از ایزوتوپ سزیم 133 ساخته می شوند. در حال حاضر، این دقیق ترین دستگاهی است که به شما امکان می دهد گذر زمان را کنترل کنید. یک ثانیه، همانطور که دانشمندان مدرن از طریق تحقیقات با دقت بالا دریافته اند، 9192631770 دوره تابش است. این اجازه می دهد تا اتم ایزوتوپ سزیم 133 به عنوان استانداردی برای تعیین فرکانس و زمان استفاده شود.

تعریف

سزیمدر دوره ششم گروه I از زیر گروه اصلی (A) جدول تناوبی قرار دارد.

متعلق به خانواده است س-عناصر. فلز. تعیین - Cs. شماره سریال - 55. جرم اتمی نسبی - 132.95 amu.

ساختار الکترونیکی اتم سزیم

یک اتم سزیم از یک هسته با بار مثبت (+55) تشکیل شده است که در داخل آن 55 پروتون و 78 نوترون وجود دارد و 55 الکترون در شش مدار به دور آن حرکت می کنند.

عکس. 1. ساختار شماتیک اتم سزیم.

توزیع الکترون ها در بین اوربیتال ها به شرح زیر است:

55Cs) 2) 8) 18) 18) 8) 1 ;

1س 2 2س 2 2پ 6 3س 2 3پ 6 3د 10 4س 2 4پ 6 4د 10 5س 2 5پ 6 6س 1 .

سطح انرژی بیرونی اتم سزیم حاوی 1 الکترون است که یک الکترون ظرفیتی است. حالت هیجانی وجود ندارد. نمودار انرژی حالت پایه به شکل زیر است:

الکترون ظرفیت یک اتم سزیم را می توان با مجموعه ای از چهار عدد کوانتومی مشخص کرد: n(کوانتوم اصلی) ل(مدار) m l(مغناطیسی) و س(چرخش):

سطح فرعی

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

ورزش	اتم عنصر منگنز با فرمول الکترونیکی مختصر مطابقت دارد: [18Ar]3 د 5 4س 2 ; [ 18 Ar, 3 د 10 ]4س 2 4پ 5 ; [ 10 Ne] 3 س 2 3پ 5 ; [ 36 کرون] 4 د 5 5س 2 ;
راه حل	ما به نوبت فرمول های الکترونیکی مختصر شده را رمزگشایی می کنیم تا فرمول مربوط به اتم منگنز در حالت پایه را کشف کنیم. شماره سریال این عنصر 25 است. بیایید پیکربندی الکترونیکی آرگون را بنویسیم: 18 Ar1 س 2 2س 2 2پ 6 3س 2 3پ 6 . سپس فرمول یونی کامل به صورت زیر خواهد بود: 1س 2 2س 2 2پ 6 3س 2 3پ 6 3د 5 4س 2 . تعداد کل الکترون های لایه الکترونی با عدد اتمی عنصر در جدول تناوبی منطبق است. برابر است با 25. منگنز این شماره سریال را دارد.
پاسخ	انتخاب 1