Topi się w dłoniach, ale nie śnieg - zagadka z działu „chemia”. Zgadywać - cez. Temperatura topnienia tego metalu wynosi 24,5 stopnia Celsjusza. Substancja, która dosłownie przepływa przez palce, została odkryta w 1860 roku. Cez był pierwszym pierwiastkiem odkrytym metodą analizy spektralnej.
Poprowadzili go Robert Bunsen i Gustav Kirgoff. Chemicy badali wody ze źródeł mineralnych w Durkheim. Znaleziono magnez, lit, wapń,... Na koniec umieściliśmy kroplę wody w spektroskopie i zobaczyliśmy dwie niebieskie linie – dowód na obecność nieznanej substancji.
Najpierw wyizolowano jego chloroplatynian. Z 50 gramów przetworzono 300 ton wody mineralnej. Z nazwą nowego metalu nie było żadnego oszustwa. Z łaciny „cez” tłumaczy się jako „niebieski”.
Właściwości chemiczne i fizyczne cezu
W spektroskopie metal świeci jasnoniebieskim światłem. W rzeczywistości element jest podobny, ale nieco lżejszy. W stanie ciekłym zażółcenie cezu znika, a stop staje się srebrzysty. Nie jest łatwo pozyskać surowce do eksperymentów.
Spośród metali pierwiastek jest najrzadszy i najbardziej rozproszony w skorupie ziemskiej. W przyrodzie występuje tylko jeden izotop - cez 133. Jest całkowicie stabilny, to znaczy nie ulega rozpadowi radioaktywnemu.
Radioaktywne izotopy metalu otrzymuje się sztucznie. Cez 135 jest długowieczny. Jego okres półtrwania zbliża się do 3 000 000 lat. Cez 137 połowa zanika w ciągu 33,5 lat. Izotop uznawany jest za jedno z głównych źródeł zanieczyszczenia biosfery.
Nuklid dostaje się do niego ze zrzutów z fabryk i elektrowni jądrowych. Okres półtrwania cezu pozwala mu przenikać do wody, gleby, roślin i kumulować się w nich. Izotop 137 występuje szczególnie obficie w algach słodkowodnych i porostach.
Cez, będący najrzadszym z metali, jest również najbardziej reaktywny. Pierwiastek alkaliczny znajduje się w głównej podgrupie 1. grupy układu okresowego, co już powoduje, że substancja łatwo wchodzi w reakcje chemiczne. Ich przepływ jest wzmocniony obecnością wody. Tak, w powietrzu atom cezu eksploduje w wyniku obecności jego oparów w atmosferze.
Interakcji z wodą towarzyszy eksplozja, nawet jeśli jest zamarznięta. Reakcja z lodem możliwa jest w temperaturze -120 stopni Celsjusza. Suchy lód nie jest wyjątkiem. Wybuch jest również nieunikniony w przypadku kontaktu cezu z kwasami, prostymi alkoholami, halogenkami metali ciężkich i halogenkami organicznymi.
Rozpoczęcie interakcji jest łatwe z dwóch powodów. Pierwszym z nich jest silny ujemny potencjał elektrochemiczny. Oznacza to, że atom jest naładowany ujemnie i ma tendencję do przyciągania do siebie innych cząstek.
Drugim powodem jest powierzchnia cezu podczas reakcji z innymi substancjami. Topiąc się w warunkach pokojowych pierwiastek rozprzestrzenia się. Okazuje się, że otwarta na oddziaływanie jest większa liczba atomów.
Działanie pierwiastka doprowadziło do braku jego czystej formy w przyrodzie. Są tylko połączenia np. Pomiędzy nimi: chlorek cezu, fluorek, jodek, azyt, cyjanit, bromek i węglan cezu. Wszystkie sole 55. pierwiastka są łatwo rozpuszczalne w wodzie.
Jeśli praca jest wykonywana z wodorotlenek cezu, trzeba się bać nie jego rozpuszczenia, ale tego, że sam jest w stanie zniszczyć np. szkło. Jego struktura zostaje zakłócona przez odczynnik już w temperaturze pokojowej. Gdy tylko zwiększysz stopień, wodorotlenek nie oszczędzi kobaltu, korundu i żelaza.
Reakcje zachodzą szczególnie szybko w środowisku tlenowym. Tylko wodorotlenek cezu może się oprzeć. Azot nie oddziałuje również z pierwiastkiem 55. Azyt cezu otrzymuje się tylko pośrednio.
Zastosowania cezu
Cez, formuła który zapewnia niską funkcję pracy elektronów, jest przydatny w produkcji ogniw słonecznych. W urządzeniach opartych na 55. substancji koszt wytworzenia prądu jest minimalny. Przeciwnie, wrażliwość na promieniowanie jest maksymalna.
Aby zapobiec zbyt wysokiemu kosztowi sprzętu fotowoltaicznego ze względu na rzadkość cezu, jest on dodawany stopowo z , , , . Cez jest stosowany jako źródło prądu w ogniwach paliwowych. Elektrolit stały na bazie metalu 55 - część samochodów i akumulatorów wysokoenergetycznych.
55. metal jest również używany w licznikach naładowanych cząstek. Kupuje się dla nich jodek cezu. Aktywowany talem wykrywa niemal każde promieniowanie. Detektory cezu kupowane są dla przedsiębiorstw nuklearnych, badań geologicznych i klinik medycznych.
Wykorzystują także urządzenia z przemysłu kosmicznego. W szczególności Mars-5 badał skład pierwiastkowy powierzchni czerwonej planety za pomocą spektrometru gamma na bazie cezu.
Zdolność do wychwytywania promieni podczerwonych jest powodem jego zastosowania w optyce. Dodają do tego bromek cezu I tlenek cezu. Występuje w lornetkach, goglach noktowizyjnych i celownikach broni. Te ostatnie są wyzwalane nawet z kosmosu.
137. izotop pierwiastka również znalazł godne zastosowanie. Radioaktywny nuklid nie tylko zanieczyszcza atmosferę, ale także sterylizuje produkty, a raczej pojemniki na nie. Okres półtrwania cezu długi Można przetworzyć miliony konserw. Czasem sterylizacji poddawane jest także mięso - tusze ptasie i...
Przy użyciu 137. izotopu można również przetwarzać instrumenty medyczne i leki. Nuklid jest również potrzebny w samym leczeniu nowotworów. Metoda ta nazywa się radioterapią. Preparaty z cezem podaje się także na schizofrenię, błonicę, wrzody trawienne i niektóre rodzaje wstrząsu.
Metalurgowie potrzebują czystego pierwiastka. Jest zmieszany ze stopami i. Dodatek zwiększa ich odporność na ciepło. Na przykład w , potraja się z cezem w ilości zaledwie 0,3%.
Zwiększa się również wytrzymałość na rozciąganie i odporność na korozję. To prawda, że przemysłowcy szukają alternatywy dla 55. elementu. Jest zbyt rzadki i niekonkurencyjny cenowo.
Wydobycie cezu
Metal jest izolowany z pollucytu. Jest to uwodniony glinokrzemian i cez. Minerały zawierające 55. element jednostki. W pollucycie zawartość cezu sprawia, że wydobycie jest ekonomicznie wykonalne. W awogardycie jest także dużo metalu. Jednak sam ten kamień jest równie rzadki jak cez.
Przemysłowcy otwierają pollucyt chlorkami lub siarczany. Cez ekstrahowany z kamienia poprzez zanurzenie go w ogrzanym kwasie solnym. Wlewa się tam również chlorek antymonu. Tworzy się osad.
Jest myty gorącą wodą. Wynikiem operacji jest chlorek cezu. Podczas pracy z siarczanem pollucyt zanurza się w kwasie siarkowym. Wyjściem jest ałun cezowy.
Laboratoria stosują inne metody otrzymywania 55. pierwiastka. Jest ich 3, wszystkie pracochłonne. Można podgrzewać dwuchromian cezu i chromian cyrkonu. Ale to wymaga próżni. Jest także potrzebny do rozkładu azydku cezu. Próżni można uniknąć jedynie poprzez ogrzewanie specjalnie przygotowanego wapnia i chlorku 55. metalu.
Cena cezu
W Rosji Zakłady Metali Rzadkich w Nowosybirsku zajmują się wydobyciem i przetwarzaniem pollucytu. Zakład Górniczo-Przetwórczy w Łowozersku oferuje również produkty. Ten ostatni oferuje cez w ampułkach 10 i 15 miligramów.
Dostarczane są w opakowaniach po 1000 sztuk. Cena minimalna – 6000 rubli. Sevredmet sprzedaje również ampułki, ale jest gotowy dostarczyć mniejsze ilości - od 250 gramów.
Jeśli czystość metalu wynosi 99,9%, za jeden gram z reguły proszą o około 15-20 dolarów amerykańskich. Mówimy o stabilnym 133. izotopie 55. pierwiastka układu okresowego.
(Cez; z łac. caesius – niebieski), Cs – chemiczny. element I grupy układu okresowego pierwiastków; o godz. 55, o godz. m. 132.9054. Metal srebrno-biały. W związkach wykazuje stopień utlenienia +1. Węgiel naturalny składa się ze stabilnego izotopu 133Cs. Otrzymano 22 izotopy promieniotwórcze, z czego najbardziej praktycznym zastosowaniem jest izotop 137Cs o okresie półtrwania wynoszącym 27 lat. Cez odkryli (1860) niemiecki chemik R. W. Bunsen i niemiecki fizyk G. P. Kirchhoff podczas badania widma soli metali alkalicznych otrzymywanych z wody ze źródła mineralnego Durkheim.
Cez metaliczny po raz pierwszy otrzymał (1882) K. Setterberg w drodze elektrolizy stopionej mieszaniny cyjanków cezu i baru. Cez jest rzadkim pierwiastkiem. Jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 3,7 · 10-4% i nie występuje w przyrodzie w stanie wolnym ze względu na dużą aktywność. C. stwierdzono w 78 minerałach; najwięcej go zawierają minerały cezu: pollucyt (do 36% Cs20), sparrowit i awogadryt (do 7,5% CS20). Zawiera w małych ilościach (od 0,004 do 0,001% lub mniej). skały: bazalty, granity, diabazy, sjenity, nefeliny, miki, skalenie, wapienie, łupki itp. Głównymi źródłami C. są pollucyt, karnallit, solanki ze słonych jezior, solanki i muł morski. Sieć krystaliczna C. sześcienna centrowana na ciele z okresem a = 6,05 A (temperatura - 175 ° C).
Promień atomowy 2,65 A, promień jonowy Cs+ wynosi 165 A. Gęstość 1,9039 (temperatura 0°C) i 1,880 g/cm3 (temperatura 26,85°C); temperatura topnienia 28,60° C; temperatura wrzenia 685,85°C; Poślubić współczynnik rozszerzalność liniowa (w zakresie temperatur 0-26°C) 9,7-10-5 st.-1; współczynnik przewodność cieplna (temperatura 28,5° C) 0,04 - 0,065 cal/cm -sec-deg; średnia pojemność cieplna 7,24 (temperatura 0°C) i 7,69 cal/g-atom stopnia (temperatura 25°C); właściwy opór elektryczny wynosi 18,30 (temperatura 0° C) i 21,25 µΩ cm (temperatura 26,85° C). Opary metali są amagnetyczne. Cez jest miękkim i ciągliwym metalem. Twardość w skali Mohsa 0,2; HB - = 0,015; moduł sprężystości normalnej 175 kgf/mm2; ściśliwość w temperaturze pokojowej 7,0-10-5 kgf/cm2. Cez metaliczny ma najwyższą reaktywność spośród pierwiastków alkalicznych. W powietrzu natychmiast utlenia się w wyniku zapalenia, tworząc nadtlenek i ponadtlenek.
Wodorem w temperaturze 200-350°C i pod ciśnieniem 50-100 at. tworzy wodorek CsH - białą krystaliczną substancję, która zapala się w wilgotnym środowisku, w środowisku chloru i fluoru. Z tlenem, w zależności od warunków, daje: tlenek Cs2O – czerwonobrązowe kryształy rozprzestrzeniające się w powietrzu Nadtlenek Cs2O2 – higroskopijne żółte kryształy Nadtlenek CsO2 – żółte kryształy, w temperaturze powyżej 180°C zmieniają kolor na pomarańczowy ozonek CsO3 - drobnokrystaliczny pomarańczowo-czerwony proszek; Wodorotlenek CsOH jest białą, krystaliczną substancją, która szybko rozpuszcza się w powietrzu. C. łączy się bezpośrednio z halogenami (z zapłonem), tworząc halogenki CsF, CsCl, CsBr w Csl - bezbarwne kryształy, dobrze rozpuszczalne w wodzie i wiele innych. rozpuszczalniki organiczne.
W ciekłym azocie podczas wyładowania elektrycznego między elektrodami azotek cezu otrzymuje się z cezu - higroskopijnego, niestabilnego proszku o szaro-zielonym lub niebieskim kolorze. Azydek CsN3 - żółto-białe kryształy. Znane są związki wapnia z siarką, selenem i tellurem – chalkogenki. Z siarką cez tworzy siarczek Cs2S, ciemnoczerwony krystaliczny proszek rozpuszczalny w wodzie. Ponadto otrzymano di-, tri- i pentasiarczki. C. z selenem i tellurem tworzy związki krystaliczne: biały proszek selenku Cs2Se i jasnożółty proszek tellurku Cs2Te, które rozkładają się w powietrzu. Z krzemem tworzy krzemek CsSi, żółtą krystaliczną substancję, która zapala się w powietrzu; w kontakcie z wodą zapala się wybuchowo. Znane są związki C. z fosforem - . Zastępując wodór w substancji nieorganicznej węglem, otrzymuje się odpowiednie sole: siarczan, azotan, węglan itp.
Z wieloma metalami, w tym alkalicznymi, cez tworzy także związki międzymetaliczne, z których najważniejsze to związki z bizmutem, antymonem, złotem i rtęcią. W reakcjach ze związkami nieorganicznymi cez zachowuje się jak silny środek redukujący. Reaguje wybuchowo z dwutlenkiem węgla i czterochlorkiem węgla. Cynk metaliczny otrzymuje się głównie w reakcji np. z solami cynku. na wysokim poziomie magnezu lub wapnia
t-rah w próżni. Do otrzymania węgla stosuje się również metodę elektrochemiczną, w której podczas elektrolizy np. CsCl na ciekłej katodzie ołowiowej otrzymuje się stop ołowiowo-cezowy, z którego barwę usuwa się poprzez destylację próżniową. Niewielkie ilości cyrkonu otrzymuje się poprzez redukcję jego chromianu (Cs2Cr04) sproszkowanym cyrkonem w temperaturze 650°C lub poprzez rozkład CsN3 w temperaturze 390-395°C w próżni.
Zastosowania cezu
Stosowany jest w fotokomórkach; w fotopowielaczach przeznaczonych do liczników scyntylacyjnych, przyrządów nawigacji kosmicznej, spektroskopów, do detektorów promieniowania w układach laserowych; w przetwornikach elektrooptycznych stosowanych w noktowizorach; w transmitujących lampach elektronopromieniowych. Cez służy jako getter pochłaniający resztkowe ślady powietrza podczas produkcji próżniowych lamp radiowych. Znajduje zastosowanie w tyratronach wyładowczych jarzeniowych oraz we wzorcach atomowych - najdokładniejszych wzorcach przedziałów czasowych. Błąd zegara atomowego ze źródłem cezu wynosi 1 sekundę na 4000 lat. Opary cezu wykorzystuje się w optycznych generatorach kwantowych – laserach gazowych. Dodatki węgla do gazu obojętnego w generatorach magnetohydrodynamicznych umożliwiają jonizację gazu w temperaturach około dwukrotnie niższych niż bez tych dodatków. C. jest stosowany w przetwornicach termoelektrycznych przeznaczonych do bezpośredniej konwersji ciepła na energię elektryczną. energia; w silnikach rakietowych jonowych do statków kosmicznych. Cez znalazł zastosowanie w nowej gałęzi elektroniki - mikrofalowej elektronice plazmowej, a także w lampach cezowych, które charakteryzują się intensywnością przewyższającą inne źródła światła.
Charakterystyka elementu
Odkrycie cezu, podobnie jak rubidu, wiąże się z analizą spektralną. W 1860 r. R. Bunsen odkrył w widmie dwie jasnoniebieskie linie, które nie należały do żadnego znanego wówczas pierwiastka. Stąd pochodzi nazwa „cezjusz”, co oznacza błękit nieba. Jest to ostatni pierwiastek z podgrupy metali alkalicznych, który wciąż występuje w mierzalnych ilościach. Największy promień atomowy i najmniejsze potencjały pierwszej jonizacji decydują o charakterze i zachowaniu tego pierwiastka. Ma wyraźną elektropozytywność i wyraźne właściwości metaliczne. Chęć oddania zewnętrznego elektronu 6s powoduje, że wszystkie jego reakcje przebiegają niezwykle gwałtownie. Mała różnica w energiach atomowych 5D- i 6 S -orbitale powodują łatwą pobudliwość atomów. Emisję elektronów z cezu obserwuje się pod wpływem niewidzialnych promieni podczerwonych (ciepła). Ta cecha budowy atomu decyduje o dobrym przewodnictwie elektrycznym prądu. Wszystko to sprawia, że cez jest niezbędny w urządzeniach elektronicznych. W ostatnim czasie coraz więcej uwagi poświęca się plazmie cezowej jako paliwu przyszłości oraz w związku z rozwiązaniem problemu syntezy termojądrowej.
Właściwości materii prostej i związków
Cez w normalnych warunkach pokojowych jest metalem półpłynnym (t pl = 28,5°C, t wrzenia = 688°C). Jego błyszcząca powierzchnia ma jasnozłoty kolor. Cez jest metalem lekkim o masie kwadratowej. 1,9 g/cm2³ na przykład o mniej więcej tej samej masie atomowej waży ponad 6 razy więcej.
Powodem, dla którego cez jest wielokrotnie lżejszy od swoich sąsiadów w układzie okresowym, jest duży rozmiar jego atomów. Promienie atomowe i jonowe metalu są bardzo duże:R przy = 2,62 A, R i on =1,6 A. Cez jest niezwykle aktywny chemicznie. Reaguje tak łapczywie z tlenem, że jest w stanie oczyścić mieszaninę gazów z najmniejszych śladów tlenu nawet w warunkach głębokiej próżni. Reaguje z wodą po zamrożeniu do -116°C. Większość reakcji z innymi substancjami zachodzi w wyniku eksplozji: z halogenami, siarką, fosforem, grafitem, krzemem (w trzech ostatnich przypadkach wymagane jest lekkie podgrzanie). Trudni ludzie też reagują na to gwałtownie: CO 2 , czterochlorek, krzemionka (w temperaturze 300°C). W atmosferze wodoru tworzy się wodorek CsH, który zapala się w niewystarczająco suchym powietrzu. Wypiera wszelkie kwasy nieorganiczne i organiczne, tworząc sole.
Reakcje cezu z azotem przebiegają spokojniej w polu cichego ładunku elektrycznego, a z węglem po podgrzaniu. Reaguje z wodorem w temperaturze 300-350°C lub pod ciśnieniem 5-10⋅ 10 ⁶ Rocznie. Dzięki temu można go bezpiecznie przechowywać w naczyniu wypełnionym wodorem.
2Сs + 2SiO 2 = Сs 2 O 4 + 2Si
2Rb + 2SiO2 = Rb2O4 + 2Si
Spośród związków cezu najważniejsze to c srebro i antymon. Kryształy bromku i jodku cezu są przezroczyste dla promieni podczerwonych, dlatego znajdują zastosowanie w optyce i elektrotechnice.
Siarczan CSSO 4 - związek ogniotrwały i stabilny termicznie, który zaczyna zauważalnie parować dopiero w temperaturach powyżej 1400°C. Jednocześnie wszystkie sole cezu są wysokie.
Produkcja i wykorzystanie cezu
Cez, podobnie jak , nie tworzy samodzielnych minerałów i zwykle towarzyszy bardziej powszechnym pierwiastkom grupy I. Cez występuje w przyrodzie jako zanieczyszczenie minerałów Na i K. Pollucyt CsNa ⋅ nH 2 jest najbogatszy w cez O. Występuje w przyrodzie w stanie bardzo rozproszonym w postaci związków towarzyszących innym rudom. Na przykład pollucyt zawiera cez wraz z sodem. Najbardziej pracochłonną częścią ich produkcji jest wzbogacanie i oddzielanie frakcji rubidem i cezem od potasu, sodu i litu. Czyste (Rb i Cs) otrzymuje się z halogenów poprzez redukcję metalicznym wapniem w temperaturze 700-800°C. Otrzymuje się je w reakcji wymiany stopionych chlorków na wapń metaliczny:
Charakterystyka cezu, jego cechy strukturalne i właściwości charakterystyczne dla tego pierwiastka muszą być omówione na kursie chemii. Specyficzne właściwości tego związku powinni poznać nie tylko uczniowie, ale także studenci kierunków chemicznych. Zastosowanie cezu jest obecnie dość powszechne – ale na określonym obszarze. Wynika to w dużej mierze z faktu, że w temperaturze pokojowej pierwiastek przybiera stan ciekły i praktycznie nigdy nie występuje w czystej postaci. Obecnie tylko pięć metali ma podobne właściwości. Właściwości cezu determinują zainteresowanie nim naukowców i możliwości wykorzystania tego związku.
O czym to jest?
Cez z miękkiego metalu jest oznaczony w układzie okresowym symbolem Cs. Jego numer seryjny to 55. Miękki metal ma srebrzysto-złoty odcień. Temperatura topnienia - 28 stopni Celsjusza.
Cez jest metalem alkalicznym, którego właściwości i właściwości są podobne do potasu i rubidu. Struktura cezu powoduje zwiększoną reaktywność. Metal może reagować z wodą w temperaturze w skali Celsjusza wynoszącej 116 stopni poniżej zera. Pierwiastek chemiczny cez ma wysoką piroforyczność. Wydobywa się go z pollucytu. Wiele radioaktywnych izotopów cezu (w tym szeroko stosowany cez 137) powstaje podczas przetwarzania odpadów powstających podczas pracy reaktora jądrowego. Cez 137 powstaje w wyniku reakcji rozszczepienia.
Tło historyczne
Odkrycie elektronicznego wzoru cezu jest zasługą chemików z Niemiec, wybitnych umysłów w swojej dziedzinie, Kirchhoffa i Bunsena. Wydarzenie to miało miejsce już w 1860 r. W tym okresie zaczęto aktywnie zmieniać nowo wynalezioną technikę spektroskopii płomieniowej, a w trakcie swoich eksperymentów niemieccy naukowcy odkryli nieznany wcześniej społeczeństwu pierwiastek chemiczny – cez. Zaprezentowano wówczas cez jako odbiorca, który ma znaczenie dla fotokomórek i lamp elektronowych.
Zauważalne zmiany w historii definicji i wyodrębnienia pierwiastka nastąpiły w roku 1967. Biorąc pod uwagę stwierdzenie Einsteina, że prędkość światła można uznać za najbardziej stały współczynnik pomiarowy właściwy naszemu Wszechświatowi, zdecydowano się na wyizolowanie cezu 133. Stało się to ważnym punktem w rozszerzeniu zakresu zastosowań pierwiastka chemicznego cezu – w szczególności , służy do budowy zegarów atomowych.
Cez w latach dziewięćdziesiątych
To właśnie w ostatniej dekadzie ubiegłego wieku pierwiastek chemiczny cez zaczął być szczególnie aktywnie wykorzystywany przez ludzkość. Okazało się, że ma on zastosowanie w płuczkach wiertniczych. Dość szeroki obszar zastosowań udało się znaleźć także w przemyśle chemicznym. Okazało się, że chlorek cezu i jego inne pochodne można wykorzystać do budowy złożonej elektroniki.
Następnie, w latach dziewięćdziesiątych, szczególna uwaga środowiska naukowego skupiła się na wszystkim, co mogłoby stać się nowym słowem w energetyce atomowej i jądrowej. To wtedy najdokładniej zbadano radioaktywny cez. Okazało się, że okres półtrwania tego składnika wymaga około trzech dekad. Obecnie radioaktywne izotopy cezu są szeroko stosowane w hydrologii. Medycyna i przemysł nie mogą się bez nich obejść. Najszerzej stosowanym izotopem promieniotwórczym jest cez 137. Cez ma niski poziom właściwości toksycznych, a jednocześnie pochodne promieniotwórcze w wysokich stężeniach mogą szkodzić przyrodzie i ludziom.
Parametry fizyczne
Specyfika cezu (a także chlorku cezu i innych pochodnych tego metalu) pozwala na szerokie zastosowanie produktu. Wśród innych pierwiastków cez ma najniższy wskaźnik twardości - zaledwie 0,2 jednostki. Oprócz miękkości metal charakteryzuje się giętkością. W stanie normalnym prawidłowa formuła elektronowa cezu pozwala na utworzenie materiału o bladej barwie, który przy najmniejszym kontakcie ze związkami tlenu może zmienić barwę na ciemniejszą.
Temperatura topnienia metalu wynosi zaledwie 28 stopni Celsjusza, co oznacza, że związek ten jest jednym z pięciu metali znajdujących się w fazie ciekłej w temperaturze pokojowej lub do niej zbliżonej. Jeszcze niższą temperaturę topnienia niż cez odnotowano jedynie w przypadku rtęci. Temperatura wrzenia cezu jest również niska - tylko rtęć ma niższą temperaturę wrzenia. Charakterystyka potencjału elektrochemicznego reguluje spalanie metalu - tworzy fioletowe odcienie lub niebieską barwę.
Kompatybilność i funkcje
Cez ma zdolność reagowania z pierwiastkiem.Pierwiastek tworzy także tlenki cezu. Ponadto obserwuje się reakcje z mieszaninami rtęci i złotem. Cechy interakcji z innymi związkami, a także warunki temperaturowe, w których możliwe są reakcje, wskazują na możliwe składy międzymetaliczne. W szczególności cez jest składnikiem wyjściowym do tworzenia związków światłoczułych. W tym celu przeprowadza się reakcję metalu z udziałem toru, antymonu, galu i indu.
Oprócz tlenku cezu chemików interesują także wyniki interakcji z wieloma pierwiastkami alkalicznymi. Jednocześnie należy wziąć pod uwagę, że metal nie może reagować z litem. Każdy ze stopów cezu ma swój własny odcień. Niektóre mieszaniny są związkami czarno-fioletowymi, inne mają złocisty odcień, a jeszcze inne są prawie bezbarwne, ale mają wyraźny metaliczny połysk.
Cechy chemiczne
Najbardziej wyraźną cechą cezu jest jego piroforyczność. Ponadto uwagę naukowców przyciąga także potencjał elektrochemiczny metalu. Cez może samozapalić się w powietrzu. Podczas interakcji z wodą następuje eksplozja, nawet jeśli warunki reakcji zakładały niskie temperatury. Cez wyraźnie różni się pod tym względem od pierwszej grupy układu okresowego. Kiedy cez oddziałuje z wodą w postaci stałej, zachodzi również reakcja.
Okazało się, że okres półtrwania cezu trwa około trzech dekad. Materiał uznano za niebezpieczny ze względu na swoje właściwości. Aby pracować z cezem, konieczne jest stworzenie atmosfery gazu obojętnego. Jednocześnie eksplozja w kontakcie z wodą z równą ilością sodu i cezu w drugim przypadku będzie zauważalnie słabsza. Chemicy tłumaczą to następującą cechą: gdy cez wchodzi w kontakt z wodą, następuje natychmiastowa reakcja wybuchowa, to znaczy nie pozostaje wystarczająco długi okres czasu na gromadzenie się wodoru. Optymalną metodą przechowywania cezu są szczelne pojemniki wykonane ze związków borokrzemowych.
Cez: w związkach
Cez pełni rolę kationu w związkach. Istnieje wiele różnych anionów, z którymi możliwa jest reakcja z utworzeniem związku. Większość soli cezu jest bezbarwna, chyba że zabarwienie jest spowodowane anionem. Proste sole są higroskopijne, chociaż w mniejszym stopniu niż inne lekkie metale alkaliczne. Wiele rozpuszcza się w wodzie.
Mają stosunkowo niski stopień rozpuszczalności. Znalazło to dość szerokie zastosowanie w przemyśle. Na przykład siarczan glinowo-cezowy jest aktywnie stosowany w zakładach oczyszczania rud ze względu na jego słabą rozpuszczalność w wodzie.
Cez: wyjątkowy i użyteczny
Wizualnie metal ten przypomina złoto, jednak jest nieco lżejszy od najpopularniejszego metalu szlachetnego. Jeśli weźmiesz do ręki kawałek cezu, szybko się stopi, a powstała substancja będzie ruchliwa i nieznacznie zmieni kolor - bliżej srebra. W stanie stopionym cez doskonale odbija promienie świetlne. Spośród metali alkalicznych cez jest uważany za najcięższy, ale jednocześnie ma najniższą gęstość.
Historia odkrycia cezu zawiera wzmianki o źródle z Durchheim. To stąd wysłano próbkę wody do badań laboratoryjnych. Podczas analizy składników składowych szczególną uwagę zwrócono na rozwiązanie pytania: który pierwiastek zapewnia lecznicze właściwości płynu? Niemiecki naukowiec Bunsen zdecydował się zastosować metodę analizy spektralnej. Wtedy właśnie pojawiły się dwie nieoczekiwane niebieskie linie, nietypowe dla znanych wówczas związków. To właśnie kolor tych pasków pomógł naukowcom wybrać nazwę nowego składnika – błękit nieba po łacinie brzmi jak „cez”.
Gdzie mogę cię znaleźć?
Jak wykazały długotrwałe badania, cez jest pierwiastkiem śladowym niezwykle rzadkim w warunkach naturalnych. Dlatego przeprowadzając analizę porównawczą zawartości rubidu i cezu w skorupie planety, naukowcy odkryli, że ta ostatnia jest setki razy mniejsza. Przybliżone oszacowanie stężenia dało wskaźnik 7*10(-4)%. Żadna inna mniej czuła metoda niż spektroskopia nie jest w stanie w prosty sposób wykryć tak rzadkiego związku. To wyjaśnia fakt, że wcześniej naukowcy nawet nie podejrzewali istnienia cezu.
Obecnie odkryto, że cez występuje częściej w skałach wydobywanych w górach. Jego stężenie w tym materiale nie przekracza tysięcznych procenta. Kategorycznie małe ilości odnotowano w wodach morskich. Poziom stężenia związków mineralnych litu i potasu sięga dziesiątych części procenta. Najczęściej można go wykryć w lepidolicie.
Porównując charakterystyczne cechy cezu i rubidu, a także innych niezwykle rzadkich pierwiastków, udało się wykazać, że cez charakteryzuje się tworzeniem unikalnych minerałów, do czego nie są zdolne inne związki. W ten sposób otrzymuje się pollucyt, rodycyt i awogadryt.
Rodicyt, jak odkryli naukowcy, jest niezwykle rzadki. Podobnie awogadryt jest bardzo trudny do znalezienia. Pollucyt jest nieco bardziej powszechny, w wielu przypadkach występują niewielkie osady. Mają bardzo małą moc, ale zawierają cez w ilości 20-35 procent całkowitej masy. Najważniejsze z punktu widzenia opinii publicznej pollucyty odkryto w podłożu amerykańskim oraz w Rosji. Istnieją również rozwiązania szwedzkie i kazachskie. Wiadomo, że pollucyt znaleziono w południowo-zachodniej części kontynentu afrykańskiego.
Praca trwa
Nie jest tajemnicą, że odkrycie pierwiastka i uzyskanie go w czystej postaci to dwa zupełnie różne zadania, chociaż są ze sobą powiązane. Kiedy stało się jasne, że cez jest bardzo rzadki, naukowcy zaczęli opracowywać techniki syntezy tego metalu w laboratorium. Początkowo wydawało się, że jest to zadanie zupełnie niewykonalne, jeśli wykorzystamy dostępne wówczas środki i technologię. Przez lata Bunsenowi nie udało się wyizolować cezu metalicznego w czystej postaci. Dopiero dwie dekady później zaawansowanym chemikom udało się w końcu rozwiązać ten problem.
Przełom nastąpił w roku 1882, kiedy Setterberg ze Szwecji poddał elektrolizie mieszaninę składającą się z czterech części cyjanku cezu, do której dodano jedną część baru. Ten ostatni składnik zastosowano w celu obniżenia temperatury topnienia. Cyjanek, jak naukowcy już wtedy wiedzieli, był bardzo niebezpiecznym składnikiem. Jednocześnie powstały zanieczyszczenia barem, co nie pozwoliło na uzyskanie mniej lub bardziej zadowalającej ilości cezu. Było jasne, że technika wymaga znacznych ulepszeń. Dobrą propozycję w tym zakresie Beketow przedstawił do dyskusji środowisku naukowemu. To właśnie wtedy zwrócono uwagę na wodorotlenek cezu. Jeśli związek ten zostanie przywrócony za pomocą metalicznego magnezu, zwiększenia ciepła i użycia prądu wodorowego, można uzyskać nieco lepszy wynik niż ten udowodniony przez szwedzkiego chemika. Jednak rzeczywiste eksperymenty wykazały, że wydajność jest o połowę niższa niż obliczona teoretycznie.
Co dalej?
Cez nadal był w centrum uwagi międzynarodowej społeczności naukowej zajmującej się chemią. W szczególności francuski naukowiec Axpil poświęcił mu wiele wysiłku i czasu w swoich badaniach. W 1911 roku zaproponował radykalnie nowe podejście do zagadnienia wydobycia czystego cezu. Reakcję należało przeprowadzić w próżni, jako materiał wyjściowy przyjęto chlorek metalu, a do jego przywrócenia zastosowano wapń metaliczny.
Taka reakcja, jak wykazały eksperymenty, zachodzi prawie do końca. Aby osiągnąć wystarczający efekt, musisz użyć specjalnego urządzenia. W laboratoriach zwykle uciekają się do szkła ogniotrwałego lub używają pojemników kwarcowych. Urządzenie musi mieć rozszerzenie. Ciśnienie wewnątrz utrzymuje się na poziomie około 0,001 mmHg. Sztuka. Aby reakcja przebiegła pomyślnie, należy zadbać o podgrzanie pojemnika do temperatury 675 stopni Celsjusza. Powoduje to uwolnienie cezu, który niemal natychmiast odparowuje. Pary przechodzą do przeznaczonego do tego procesu. Ale chlorek potasu osadza się głównie bezpośrednio w reaktorze. W danych warunkach lotność tej soli jest na tyle niska, że można ją całkowicie pominąć, gdyż związek ten ma charakterystyczną temperaturę topnienia wynoszącą 773 stopnie (w tej samej skali Celsjusza). Oznacza to, że osad może się stopić, jeśli pojemnik zostanie przegrzany o sto stopni w stosunku do zamierzonego. Aby osiągnąć najbardziej efektywne rezultaty, konieczne jest powtórzenie procesu destylacji. Aby to zrobić, utwórz próżnię. Wyjściem będzie idealny cez metaliczny. Obecnie opisana metoda jest najpowszechniej stosowana i uważana za optymalną do otrzymania związku.
Aktywność i reakcje
W trakcie licznych badań naukowcom udało się ustalić, że cez ma niesamowitą aktywność, która zwykle nie jest charakterystyczna dla metali. W kontakcie z powietrzem następuje spalanie, które prowadzi do uwolnienia ponadtlenku. Tlenek można uzyskać ograniczając dostęp tlenu do odczynników. Istnieje możliwość tworzenia podtlenków.
Kontakt cezu z fosforem, siarką lub halogenem powoduje reakcję wybuchową. Eksplozji towarzyszy także reakcja z wodą. Używając krystalizatora lub szkła, możesz napotkać pojemnik dosłownie rozpadający się na kawałki. Możliwa jest także reakcja z lodem, jeśli temperatura w skali Celsjusza nie jest niższa niż 116 stopni. W wyniku tej reakcji powstaje wodór i wodorotlenek.
Wodorotlenek: cechy
Badając produkty reakcji wytwarzane przez cez, chemicy odkryli, że powstały wodorotlenek jest bardzo mocną zasadą. Wchodząc z nim w interakcję trzeba pamiętać, że w wysokich stężeniach związek ten może z łatwością zniszczyć szkło nawet bez dodatkowego ogrzewania. Ale gdy temperatura wzrasta, wodorotlenek łatwo topi nikiel, żelazo i kobalt. Wpływ na korund i platynę będzie podobny. Jeśli w reakcji bierze udział tlen, wodorotlenek cezu niezwykle szybko niszczy srebro i złoto. Jeśli ograniczysz dopływ tlenu, proces będzie przebiegał stosunkowo wolno, ale nadal się nie zatrzyma. Rod i kilka stopów tego związku jest odpornych na wodorotlenek cezu.
Używaj mądrze
Obecnie bardzo szeroko stosuje się nie tylko cez, ale także związki znane na bazie tego metalu. Bez nich nie można sobie wyobrazić projektowania radiotechniki, są one niezbędne także w elektronice. Związki i odmiany cezu są aktywnie wykorzystywane w chemii, przemyśle, okulistyce i medycynie. Cez nie został pominięty w rozwoju technologii mających zastosowanie w kosmosie, a także w energetyce jądrowej.
Obecnie powszechne jest stosowanie cezu w budowie ogniw słonecznych. Bromek i jodek tego metalu są niezbędne do stworzenia systemów widzenia w podczerwieni. Wytwarzane przemysłowo monokryształy mogą znaleźć zastosowanie jako elementy detektora umożliwiające rejestrację promieniowania jonizującego. Niektóre związki na bazie cezu są aktywnie wykorzystywane jako katalizatory w procesach przemysłowych. Jest to konieczne przy tworzeniu amoniaku, formowaniu i produkcji butadienu.
Promieniowanie i cez
Największą uwagę naukowców przyciąga izotop cezu 137, należący do kategorii emiterów beta. Obecnie pierwiastek ten jest niezbędny w procesie sterylizacji środków spożywczych i leczniczych. Zwyczajowo stosuje się go w leczeniu nowotworów złośliwych. Nowoczesne podejścia umożliwiły wykorzystanie tego pierwiastka w detekcji wad gamma. Na jego podstawie projektowane są czujniki poziomu, a także źródła prądu. 137. izotop został uwolniony do środowiska w bardzo dużych ilościach po awarii w elektrowni jądrowej w Czarnobylu. To właśnie jest jeden z najważniejszych czynników zanieczyszczeń po tej katastrofie.
Jednak 137 nie jest jedynym radioaktywnym izotopem cezu, który znalazł zastosowanie we współczesnym przemyśle. Zatem zegary atomowe powstają przy użyciu izotopu cezu 133. Obecnie jest to najdokładniejsze urządzenie, które pozwala kontrolować upływ czasu. Jedna sekunda, jak odkryli współcześni naukowcy w wyniku bardzo precyzyjnych badań, to 9192631770 okresów promieniowania. Umożliwia to wykorzystanie atomu izotopu cezu-133 jako wzorca do określania częstotliwości i czasu.
DEFINICJA
Cez znajduje się w szóstym okresie grupy I głównej (A) podgrupy układu okresowego.
Należy do rodziny S-elementy. Metal. Oznaczenie - Cs. Numer seryjny - 55. Względna masa atomowa - 132,95 amu.
Struktura elektronowa atomu cezu
Atom cezu składa się z dodatnio naładowanego jądra (+55), wewnątrz którego znajduje się 55 protonów i 78 neutronów, a 55 elektronów porusza się po sześciu orbitach.
Ryc.1. Schematyczna budowa atomu cezu.
Rozkład elektronów pomiędzy orbitalami jest następujący:
55Cs) 2) 8) 18) 18) 8) 1 ;
1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3D 10 4S 2 4P 6 4D 10 5S 2 5P 6 6S 1 .
Zewnętrzny poziom energii atomu cezu zawiera 1 elektron, który jest elektronem walencyjnym. Nie ma stanu wzbudzonego. Schemat energetyczny stanu podstawowego przyjmuje następującą postać:
Elektron walencyjny atomu cezu można scharakteryzować za pomocą zestawu czterech liczb kwantowych: N(kwant główny), l(orbitalny), m l(magnetyczne) i S(kręcić się):
|
Poziom podrzędny |
||||
Przykłady rozwiązywania problemów
PRZYKŁAD 1
| Ćwiczenia | Atom pierwiastka manganu odpowiada skróconej formule elektronicznej:
|
| Rozwiązanie | Będziemy na zmianę rozszyfrowywać skrócone wzory elektroniczne, aby odkryć ten, który odpowiada atomowi manganu w stanie podstawowym. Numer seryjny tego elementu to 25. Zapiszmy konfigurację elektroniczną argonu: 18 Ar1 S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 . Następnie pełna formuła jonowa będzie wyglądać następująco: 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3D 5 4S 2 . Całkowita liczba elektronów w powłoce elektronowej pokrywa się z liczbą atomową pierwiastka w układzie okresowym. Jest równy 25. Mangan ma ten numer seryjny. |
| Odpowiedź | opcja 1 |
