Cesiumelementets egenskaper. Cesium och dess egenskaper

Det smälter i dina händer, men inte snö - en gåta från avsnittet "kemi". Gissa - cesium. Smältpunkten för denna metall är 24,5 grader Celsius. Ämnet, som bokstavligen flödar genom dina fingrar, upptäcktes 1860. Cesium var det första grundämnet som upptäcktes genom spektralanalys.

Den dirigerades av Robert Bunsen och Gustav Kirgoff. Kemister studerade vattnet i mineralkällorna i Durkheim. Hittade magnesium, litium, kalcium,... Slutligen placerade vi en droppe vatten i spektroskopet och såg två blå linjer - bevis på närvaron av ett okänt ämne.

Först isolerades dess kloroplatinat. För 50 grams skull förädlades 300 ton mineralvatten. Det fanns inga knep med namnet på den nya metallen. Från latin översätts "cesium" som "blått".

Kemiska och fysikaliska egenskaper hos cesium

I ett spektroskop lyser metallen klarblått. I verkligheten liknar elementet, men något lättare. I flytande tillstånd försvinner gulheten hos cesium, och smältan blir silverfärgad. Det är inte lätt att få fram råvaror för experiment.

Av metallerna är grundämnet det sällsynta och mest spridda i jordskorpan. Endast en isotop förekommer i naturen - cesium 133. Det är helt stabilt, det vill säga det är inte föremål för radioaktivt sönderfall.

Radioaktiva isotoper av metallen erhålls på konstgjord väg. Cesium 135 är långlivat. Dess halveringstid närmar sig 3 000 000 år. Cesium 137 hälften förfaller på 33,5 år. Isotopen anses vara en av de viktigaste källorna till biosfärföroreningar.

Nukliden kommer in i den från utsläpp från fabriker och kärnkraftverk. Halveringstid för cesium gör att den kan tränga in i vatten, jord, växter och samlas i dem. Den 137:e isotopen är särskilt rik på sötvattenalger och lavar.

Cesium är den mest sällsynta av metallerna och är också den mest reaktiva. Det alkaliska elementet är beläget i huvudundergruppen av den första gruppen i det periodiska systemet, vilket redan tvingar ämnet att enkelt ingå i kemiska reaktioner. Deras flöde förstärks av närvaron av vatten. Ja, i luften cesiumatom exploderar på grund av närvaron av dess ångor i atmosfären.

Interaktion med vatten åtföljs av en explosion, även om det är fruset. Reaktion med is är möjlig vid -120 grader Celsius. Torris är inget undantag. En explosion är också oundviklig när cesium kommer i kontakt med syror, enkla alkoholer, tungmetallhalider och organiska halogener.

Interaktioner är lätta att starta av två anledningar. Den första är en stark negativ elektrokemisk potential. Det vill säga atomen är negativt laddad och tenderar att dra till sig andra partiklar.

Det andra skälet är ytarean av cesium under reaktioner med andra ämnen. Smälter i rumsförhållanden, elementet sprider sig. Det visar sig att ett större antal atomer är öppna för interaktion.

Elementets aktivitet har lett till frånvaron av dess rena form i naturen. Det finns bara anslutningar, till exempel . Bland dem: cesiumklorid fluorid, jodit, azit, cyanit, bromid och cesiumkarbonat. Alla salter av det 55:e grundämnet är lättlösliga i vatten.

Om arbete utförs med cesiumhydroxid, du måste vara rädd inte för dess upplösning, utan för det faktum att den själv kan förstöra till exempel glas. Dess struktur störs av reagenset redan vid rumstemperatur. Så snart du ökar graden kommer hydroxiden inte att spara kobolt, korund och järn.

Reaktioner sker särskilt snabbt i en syremiljö. Endast cesiumhydroxid kan motstå. Kväve interagerar inte heller med element 55. Cesiumasit erhålls endast indirekt.

Tillämpningar av cesium

Cesium, formel som ger en funktion med låg elektronbearbetning, är användbar vid tillverkning av solceller. I enheter baserade på det 55:e ämnet är kostnaden för att generera ström minimal. Strålningskänsligheten är tvärtom maximal.

För att förhindra att solcellsutrustning blir oöverkomligt dyr på grund av cesiums sällsynthet, är den legerad med , , , . Cesium används som strömkälla i bränsleceller. Fast elektrolyt baserad på 55 metall - del av bilar och högenergibatterier.

Den 55:e metallen används också i räknare för laddade partiklar. Cesiumjodid köps till dem. Aktiverad med tallium upptäcker den nästan all strålning. Cesiumdetektorer köps in för kärnkraftsföretag, geologisk utforskning och medicinska kliniker.

De använder också enheter från rymdindustrin. Speciellt studerade Mars-5 grundämnessammansättningen av den röda planetens yta tack vare en cesiumbaserad gammaspektrometer.

Förmågan att fånga infraröda strålar är anledningen till dess användning inom optik. De lägger till det cesiumbromid Och cesiumoxid. Det finns i kikare, mörkerseendeglasögon och vapensikte. De senare utlöses även från rymden.

Den 137:e isotopen av elementet fann också värdig användning. Den radioaktiva nukliden förorenar inte bara atmosfären, utan steriliserar också produkter, eller snarare behållare för dem. Halveringstid för cesium lång Miljontals konserver kan bearbetas. Ibland steriliseras också kött - fågelkadaver och...

Medicinska instrument och mediciner kan också bearbetas med den 137:e isotopen. Nukliden behövs även i själva behandlingen när det gäller tumörer. Metoden kallas strålbehandling. Preparat med cesium ges också för schizofreni, difteri, magsår och vissa typer av chock.

Metallurger behöver ett rent element. Det är blandat med legeringar och. Tillsatsen ökar deras värmebeständighet. I till exempel tredubblas den med cesium med endast 0,3 %.

Draghållfasthet och korrosionsbeständighet ökar också. Det är sant att industrimän letar efter ett alternativ till det 55:e elementet. Det är för knappt och inte konkurrenskraftigt i pris.

Cesiumbrytning

Metallen är isolerad från föroreningar. Det är ett vattenhaltigt aluminiumsilikat och cesium. Mineraler som innehåller det 55:e elementet i enheten. I pollucit gör andelen cesium brytning ekonomiskt genomförbar. Det finns också mycket metall i avogardit. Men denna sten i sig är lika sällsynt som cesium.

Industrimän öppnar pollucit med klorider eller sulfater. Cesium extraheras ur stenen genom att sänka den i uppvärmd saltsyra. Där hälls också antimonklorid. En fällning bildas.

Den tvättas med varmt vatten. Resultatet av operationerna är cesiumklorid. När man arbetar med sulfat nedsänks pollucit i svavelsyra. Utgången är cesiumalun.

Laboratorier använder andra metoder för att erhålla det 55:e elementet. Det finns 3 av dem, alla arbetsintensiva. Du kan värma cesiumdikromat och zirkoniumkromat. Men detta kräver ett vakuum. Det behövs också för nedbrytning av cesiumazid. Vakuum undviks endast genom att värma speciellt framställt kalcium och klorid av den 55:e metallen.

Cesium pris

I Ryssland är fabriken för sällsynta metaller i Novosibirsk engagerad i brytning och bearbetning av föroreningar. Lovozersk gruv- och bearbetningsanläggning erbjuder också produkter. Det senare erbjuder cesium i ampuller 10 och 15 milligram.

De kommer i förpackningar om 1000 stycken. Lägsta pris - 6000 rubel. Sevredmet säljer även ampuller, men är redo att leverera mindre volymer – från 250 gram.

Om metallens renhet är 99,9%, för ett gram, kräver de som regel cirka 15-20 US-dollar. Vi talar om den stabila 133:e isotopen av det 55:e elementet i det periodiska systemet.

(Caesium; från latin caesius - blå), Cs - kemisk. element i grupp I i ​​det periodiska systemet av element; vid, n. 55, kl. m. 132,9054. Silver-vit metall. I föreningar uppvisar det ett oxidationstillstånd på +1. Naturligt kol består av den stabila isotopen 133Cs. 22 radioaktiva isotoper har erhållits, varav den mest praktiska användningen är isotopen 137Cs med en halveringstid på 27 år. Cesium upptäcktes (1860) av den tyske kemisten R. W. Bunsen och den tyske fysikern G. P. Kirchhoff när de studerade spektrumet av alkalimetallsalter som erhölls från vattnet i Durkheims mineralkälla.

Cesiummetall erhölls först (1882) av K. Setterberg genom elektrolys av en smält blandning av cesium och bariumcyanider. Cesium är ett sällsynt grundämne. Dess innehåll i jordskorpan är 3,7 10-4% och finns inte i naturen i fritt tillstånd på grund av dess höga aktivitet. C. hittades i 78 mineral; den största mängden av det finns i cesiummineraler: pollucit (upp till 36 % Cs20), sparvvit och avogadrit (upp till 7,5 % Cs20). Innehåller i små mängder (från 0,004 till 0,001 % eller mindre). bergarter: basalter, graniter, diabaser, syeniter, nefeliner, glimmer, fältspat, kalksten, skiffer, etc. De huvudsakliga källorna till C. är pollucit, karnalit, saltlake från saltsjöar, saltlake och marin lera. Kristallgitter C. kroppscentrerad kubik med period a = 6,05 A (temperatur - 175 ° C).

Atomradien 2,65 A, jonradien för Cs+ är 165 A. Densitet 1,9039 (temperatur 0°C) och 1,880 g/cm3 (temperatur 26,85°C); smältpunkt 28,60°C; kokpunkt 685,85°C; ons koefficient linjär expansion (i temperaturområdet 0-26°C) 9,7-10-5 grader-1; koefficient värmeledningsförmåga (temperatur 28,5°C) 0,04 - 0,065 cal/cm -sec-°; värmekapacitet i genomsnitt 7,24 (temperatur 0°C) och 7,69 cal/g-atom grader (temperatur 25°C); specifik elektrisk resistans är 18,30 (temperatur 0° C) och 21,25 μΩ cm (temperatur 26,85° C). Metallisk ånga är amagnetisk. Cesium är en mjuk, seg metall. Hårdhet på Mohs-skalan 0,2; HB = 0,015; normal elasticitetsmodul 175 kgf/mm2; kompressibilitet vid rumstemperatur 7,0-10-5 kgf/cm2. Cesiummetall har den högsta reaktiviteten bland de alkaliska elementen. I luften oxiderar den omedelbart med inflammation och bildar peroxid och superoxid.

Med väte vid en temperatur av 200-350 ° C och ett tryck på 50-100 vid. bildar hydriden CsH - ett vitt kristallint ämne som antänds i en fuktig miljö, i en miljö av klor och fluor. Med syre, beroende på förhållandena, ger det: Cs2O-oxid - rödbruna kristaller, sprider sig i luft; Cs2O2-peroxid - hygroskopiska gula kristaller; CsO2-superoxid - gula kristaller, vid temperaturer över 180 ° C ändrar de färg till orange; ozonid CsO3 - fint kristallint apelsin - rött pulver; CsOH-hydroxid är ett vitt kristallint ämne som snabbt löser sig i luft. C. kombineras direkt med halogener (med antändning), bildar halogenider CsF, CsCl, CsBr i Csl - färglösa kristaller, mycket lösliga i vatten och många andra. organiska lösningsmedel.

I flytande kväve, under en elektrisk urladdning mellan elektroderna, erhålls cesiumnitrid från cesium - ett hygroskopiskt, instabilt pulver av en grågrön eller blå färg. Azid CsN3 - gul-vita kristaller. Det finns kända föreningar av kalcium med svavel, selen och tellur - kalkogenider. Med svavel bildar cesium sulfid Cs2S, ett mörkrött kristallint pulver som är lösligt i vatten. Dessutom har di-, tri- och pentasulfider erhållits. C. med selen och tellur bildar kristallina föreningar: vitt pulver av Cs2Se-selenid och ljusgult pulver av Cs2Te-tellurid, som sönderfaller i luft. Med kisel bildar det silicid CsSi, ett gult kristallint ämne som antänds i luft; när det interagerar med vatten antänds det explosivt. Det finns kända föreningar av C. med fosfor - . När man ersätter väte i ett oorganiskt ämne med kol, erhålls motsvarande salter: sulfat, nitrat, karbonat etc.

Med många metaller, inklusive alkalimetaller, bildar Cesium även intermetalliska föreningar, varav de viktigaste är föreningar med vismut, antimon, guld och kvicksilver. I reaktioner med oorganiska föreningar uppträder cesium som ett starkt reduktionsmedel. Reagerar explosivt med koldioxid och koltetraklorid. Metallisk zink erhålls huvudsakligen genom att reagera med exempelvis zinksalter. på, magnesium eller kalcium vid hög

t-rah i ett vakuum. För att erhålla kol används också en elektrokemisk metod, där man vid elektrolys till exempel CsCl på en flytande blykatod erhåller en bly-cesiumlegering, från vilken färgen avlägsnas genom vakuumdestillation. Små mängder zirkonium erhålls genom att reducera dess kromat (Cs2Cr04) med pulveriserat zirkonium vid en temperatur av 650°C eller genom att sönderdela CsN3 vid en temperatur av 390-395°C i vakuum.

Tillämpningar av cesium

Det används i fotoceller; i fotomultiplikatorer avsedda för scintillationsräknare, himmelska navigeringsinstrument, spektroskop, för strålningsdetektorer i lasersystem; i elektrooptiska omvandlare som används i mörkerseendeapparater; vid sändning av katodstrålerör. Cesium används som en getter för att absorbera rester av luft vid tillverkning av vakuumradiorör. Den finner tillämpning i glödurladdningstyratroner och i atomstandarder - de mest exakta standarderna för tidsintervall. Felet för en atomklocka med en cesiumkälla är 1 sekund på 4000 år. Cesiumånga används i optiska kvantgeneratorer - gaslasrar. Tillsatser av kol till en inert gas i magnetohydrodynamiska generatorer gör det möjligt att jonisera gasen vid temperaturer som är ungefär två gånger lägre än utan dessa tillsatser. C. används i termionomvandlare utformade för att direkt omvandla värme till elektricitet. energi; i jonraketmotorer för rymdfarkoster. Cesium har funnit tillämpning i en ny gren av elektronik - mikrovågsplasmaelektronik, såväl som i cesiumlampor, som är överlägsna i intensitet jämfört med andra ljuskällor.

Elementets egenskaper

Upptäckten av cesium, liksom rubidium, är förknippad med spektralanalys. År 1860 upptäckte R. Bunsen två klarblå linjer i spektrumet som inte tillhörde något grundämne känt på den tiden. Det är härifrån namnet "caesius" kommer, vilket betyder himmelsblå. Det är det sista elementet i alkalimetallundergruppen som fortfarande förekommer i mätbara mängder. Den största atomradien och de minsta första joniseringspotentialerna bestämmer karaktären och beteendet hos detta element. Den har uttalad elektropositivitet och uttalade metalliska egenskaper. Önskan att donera den yttre 6s-elektronen leder till att alla dess reaktioner fortskrider extremt våldsamt. Liten skillnad i atomär 5 energierd- och 6 s -orbitaler orsakar lätt excitabilitet av atomer. Elektronemission från cesium observeras under påverkan av osynliga infraröda strålar (värme). Denna egenskap hos atomstrukturen bestämmer god elektrisk ledningsförmåga hos ström. Allt detta gör cesium oumbärligt i elektroniska enheter. På senare tid har mer och mer uppmärksamhet ägnats åt cesiumplasma som framtidens bränsle och i samband med att lösa problemet med termonukleär fusion.

Egenskaper hos enkel materia och föreningar

Cesium under normala rumsförhållanden är en halvflytande metall (t pl = 28,5°C, t koka = 688°C). Dess blanka yta har en blek gyllene färg. Cesium är en lättmetall med kvm. 1,9 g/cm³ t.ex. med ungefär samma atommassa väger mer än 6 gånger mer.

Anledningen till att cesium är många gånger lättare än sina grannar i det periodiska systemet är den stora storleken på dess atomer. Metallens atom- och jonradier är mycket stora:R vid = 2,62 A, R och han =1,6 A. Cesium är ovanligt kemiskt aktivt. Den reagerar så girigt med syre att den kan rena gasblandningen från minsta spår av syre även under djupa vakuumförhållanden. Den reagerar med vatten när den är fryst till -116° C. De flesta reaktioner med andra ämnen sker med explosioner: med halogener, svavel, fosfor, grafit, kisel (i de tre sista fallen krävs lätt uppvärmning). Svåra människor reagerar också våldsamt med det: CO 2 tetraklorid, kiseldioxid (vid 300°C). I en väteatmosfär bildas CsH-hydrid som antänds i otillräckligt torr luft. Det tränger undan alla oorganiska och organiska syror och bildar salter.

Reaktionerna av cesium med kväve fortskrider lugnare inom området för en tyst elektrisk laddning och med kol vid upphettning. Reagerar med väte vid 300-350°C eller under ett tryck på 5 -10⋅ 10 ⁶ Pa. Därför kan det förvaras säkert i ett kärl fyllt med väte.

2Сs + 2SiO2 = Сs2O4 + 2Si

2Rb + 2Si02 = Rb2O4 + 2Si

Av cesiumföreningarna är de viktigaste c silver och antimon. Cesiumbromid och jodidkristaller är transparenta för infraröda strålar, därför används de inom optik och elektroteknik.

Sulfat CSSO 4 - en eldfast och termiskt stabil förening som börjar avdunsta märkbart först vid temperaturer över 1400°C. Samtidigt är alla cesiumsalter höga.

Produktion och användning av cesium

Cesium, som , bildar inte oberoende mineraler och följer vanligtvis de vanligare elementen i grupp I. Cesium förekommer i naturen som en förorening i mineralerna Na och K. Pollucite CsNa ⋅ nH 2 är rikast på cesium O. Det finns i naturen i ett mycket dispergerat tillstånd i form av föreningar som åtföljer andra malmer. Till exempel innehåller pollucit cesium tillsammans med natrium. Den mest arbetsintensiva delen av deras produktion är anrikning och separation av fraktioner med rubidium och cesium från kalium, natrium och litium. Ren (Rb och Cs) erhålls från halogener genom reduktion med kalciummetall vid 700-800°C. De erhålls genom utbytesreaktion av smälta klorider med kalciummetall:

Egenskaperna hos cesium, dess strukturella egenskaper och egenskaper som är karakteristiska för detta element måste behandlas i en kemikurs. Inte bara skolbarn, utan också studenter av kemiska specialiteter bör känna till de specifika egenskaperna hos denna förening. Användningen av cesium är för närvarande ganska utbredd – men inom ett specifikt område. Detta beror till stor del på det faktum att elementet vid rumstemperatur får ett flytande tillstånd och praktiskt taget aldrig hittas i sin rena form. För närvarande har endast fem metaller liknande egenskaper. Egenskaperna hos cesium avgör forskarnas intresse för det och möjligheterna att använda föreningen.

Vad handlar det om?

Den mjuka metallen cesium betecknas i det periodiska systemet med symbolen Cs. Dess serienummer är 55. Den mjuka metallen har en silverfärgad, gyllene nyans. Smältpunkt - 28 grader Celsius.

Cesium är en alkalimetall vars egenskaper och egenskaper liknar kalium och rubidium. Strukturen av cesium orsakar ökad reaktivitet. Metallen kan reagera med vatten vid en temperatur på Celsiusskalan på 116 minusgrader. Det kemiska elementet cesium har hög pyroforicitet. Det bryts från föroreningar. Många radioaktiva isotoper av cesium (inklusive det allmänt använda cesium 137) produceras vid bearbetning av avfall som genereras under driften av en kärnreaktor. Cesium 137 är resultatet av en fissionsreaktion.

Historisk bakgrund

Äran för upptäckten av den elektroniska formeln för cesium tillhör kemister från Tyskland, framstående hjärnor inom sitt område, Kirchhoff och Bunsen. Denna händelse inträffade redan 1860. Under den perioden började de aktivt ändra den nyligen uppfunna flamspektroskopitekniken, och under sina experiment upptäckte tyska forskare ett kemiskt element som tidigare var okänt för allmänheten - cesium. I det ögonblicket presenterades cesium som en mottagare, vilket är relevant för fotoceller och elektronrör.

Märkbara förändringar i historien om definitionen och isoleringen av elementet inträffade 1967. Med hänsyn till Einsteins uttalande att ljusets hastighet kan betraktas som den mest konstanta mätfaktorn som är inneboende i vårt universum, beslutades det att isolera cesium 133. Detta blev en viktig punkt för att utöka användningsområdet för det kemiska grundämnet cesium – i synnerhet , den används för att göra atomur.

Cesium på nittiotalet

Det var under det sista decenniet av förra seklet som det kemiska grundämnet cesium började användas särskilt aktivt av mänskligheten. Det visade sig att den är användbar i borrvätskor. Det var också möjligt att hitta ett ganska brett användningsområde inom den kemiska industrin. Det visade sig att cesiumklorid och dess andra derivat kan användas i konstruktionen av komplex elektronik.

Sedan, på nittiotalet, fokuserade forskarsamhällets särskild uppmärksamhet på allt som kunde bli ett nytt ord inom atom- och kärnenergi. Det var då som radioaktivt cesium studerades mest ingående. Det avslöjades att halveringstiden för denna komponent kräver cirka tre decennier. För närvarande används radioaktiva isotoper av cesium i stor utsträckning inom hydrologi. Medicin och industri kan inte klara sig utan dem. Den mest använda radioaktiva isotopen är cesium 137. Cesium har en låg halt av giftiga egenskaper samtidigt som radioaktiva derivat i höga koncentrationer kan skada naturen och människan.

Fysiska parametrar

Specificiteten hos cesium (liksom cesiumklorid och andra derivat av denna metall) gör det möjligt att använda produkten i stor utsträckning. Bland andra grundämnen har cesium det lägsta hårdhetsindexet - endast 0,2 enheter. Förutom mjukhet kännetecknas metallen av böjlighet. I sitt normala tillstånd tillåter den korrekta elektroniska formeln av cesium bildandet av ett blekfärgat material som kan ändra färg till en mörkare vid minsta kontakt med syreföreningar.

Metallens smältpunkt är endast 28 grader Celsius, vilket betyder att föreningen är en av de fem metaller som är i flytande fas vid eller nära rumstemperatur. En ännu lägre smältpunkt än den för cesium har registrerats endast för kvicksilver. Kokpunkten för cesium är också låg - bara kvicksilver har en lägre kokpunkt. Egenskaperna hos den elektrokemiska potentialen reglerar förbränningen av metallen - det skapar violetta nyanser eller en blå färg.

Kompatibilitet och funktioner

Cesium har förmågan att reagera med grundämnet och grundämnet bildar även cesiumoxider. Dessutom observeras reaktioner med kvicksilverblandningar och guld. Egenskaper för interaktion med andra föreningar, såväl som temperaturförhållanden vid vilka reaktioner är möjliga, indikerar möjliga intermetalliska kompositioner. I synnerhet är cesium startkomponenten för bildandet av ljuskänsliga föreningar. För att göra detta utförs en metallreaktion med deltagande av torium, antimon, gallium och indium.

Förutom cesiumoxid är kemister också intresserade av resultaten av interaktion med ett antal alkaliska element. Samtidigt måste man ta hänsyn till att metallen inte kan reagera med litium. Var och en av cesiumlegeringarna har sin egen nyans. Vissa blandningar är svartvioletta föreningar, andra har en gyllene nyans och andra är nästan färglösa men har en distinkt metallisk lyster.

Kemiska egenskaper

Den mest uttalade egenskapen hos cesium är dess pyroforicitet. Dessutom lockar metallens elektrokemiska potential också forskarnas uppmärksamhet. Cesium kan självantända i luften. Vid interaktion med vatten uppstår en explosion även om reaktionsförhållandena antog låga temperaturer. Cesium skiljer sig märkbart i detta avseende från den första gruppen i det periodiska kemiska systemet. När cesium interagerar med vatten i fast form sker också en reaktion.

Det avslöjades att halveringstiden för cesium varar cirka tre decennier. Materialet ansågs farligt på grund av dess egenskaper. För att arbeta med cesium är det nödvändigt att skapa en inert gasatmosfär. Samtidigt kommer en explosion vid kontakt med vatten med lika mängder natrium och cesium i det andra fallet att bli märkbart svagare. Kemister förklarar detta med följande särdrag: när cesium kommer i kontakt med vatten uppstår en omedelbar explosiv reaktion, det vill säga det finns inte en tillräckligt lång tidsperiod kvar för ackumulering av väte. Den optimala metoden för att lagra cesium är i förseglade behållare gjorda av borosilikatföreningar.

Cesium: i föreningar

Cesium fungerar som en katjon i föreningar. Det finns många olika anjoner med vilka reaktionen för att bilda en förening är möjlig. De flesta cesiumsalter är färglösa om inte färgningen beror på en anjon. Enkla salter är hygroskopiska, men i mindre utsträckning än andra lätta alkalimetaller. Många löser sig i vatten.

De har en relativt låg grad av löslighet. Detta har fått ganska bred tillämpning inom industrin. Till exempel används aluminium-cesiumsulfat aktivt i malmreningsanläggningar på grund av dess låga löslighet i vatten.

Cesium: unikt och användbart

Visuellt liknar denna metall guld, men är något lättare än den mest populära ädelmetallen. Om du tar en bit cesium i handen kommer den snabbt att smälta, och det resulterande ämnet kommer att vara mobilt och ändra lite färg - närmare silver. I smält tillstånd reflekterar cesium perfekt ljusstrålar. Av alkalimetallerna anses cesium vara den tyngsta, men har samtidigt den lägsta densiteten.

Historien om upptäckten av cesium innehåller referenser till Durchheim-källan. Det var härifrån som ett vattenprov skickades för laboratorietestning. Under analysen av de ingående komponenterna ägnades särskild uppmärksamhet åt att lösa frågan: vilket element ger vätskans helande egenskaper? Den tyske forskaren Bunsen bestämde sig för att använda metoden för spektralanalys. Det var då som två oväntade blå linjer dök upp, inte typiska för föreningar som var kända vid den tiden. Det var färgen på dessa ränder som hjälpte forskarna att välja ett namn för den nya komponenten - himmelsblått på latin låter som "cesium".

Var kan jag hitta dig?

Som avslöjades under långtidstester är cesium ett spårämne som är extremt sällsynt under naturliga förhållanden. Genom att genomföra en jämförande analys av innehållet av rubidium och cesium i planetens skorpa upptäckte forskare att det senare är hundratals gånger mindre. En ungefärlig uppskattning av koncentrationen gav en indikator på 7*10(-4)%. Ingen annan mindre känslig metod än spektroskopi kunde helt enkelt upptäcka en så sällsynt förening. Detta förklarar det faktum att tidigare forskare inte ens misstänkte förekomsten av cesium.

Det har nu visat sig att cesium är vanligare i bergarter som utvinns från berg. Dess koncentration i detta material överstiger inte tusendelar av en procent. Kategoriskt små mängder registrerades i havsvatten. Koncentrationsnivån i litium- och kaliummineralföreningar når tiondels procent. Oftast kan det påvisas i lepidolit.

När man jämförde de utmärkande egenskaperna hos cesium och rubidium, såväl som andra grundämnen som är extremt sällsynta, var det möjligt att avslöja att cesium kännetecknas av bildandet av unika mineraler, som andra föreningar inte är kapabla till. Detta är hur pollucit, rodicite och avogadrit erhålls.

Rodicit, som forskare har funnit, är extremt sällsynt. Likaså är avogadrit mycket svårt att hitta. Pollucite är något vanligare, med små avlagringar som finns i ett antal fall. De har mycket låg effekt, men innehåller cesium i en mängd av 20-35 procent av den totala massan. De viktigaste ur allmänhetens synvinkel upptäcktes föroreningar i den amerikanska undergrunden och i Ryssland. Det finns även svensk och kazakisk utveckling. Det är känt att pollucit hittades i sydvästra delen av den afrikanska kontinenten.

Arbetet fortsätter

Det är ingen hemlighet att upptäcka ett element och få det i dess rena form är två helt olika uppgifter, även om de är sammanlänkade. När det stod klart att cesium var mycket sällsynt började forskare utveckla tekniker för att syntetisera metallen i laboratoriet. Först verkade det som att detta var en helt omöjlig uppgift om vi använde de medel och den teknik som fanns på den tiden. Under årens lopp kunde Bunsen inte isolera cesiummetall i sin rena form. Det var bara två decennier senare som avancerade kemister äntligen kunde lösa detta problem.

Genombrottet inträffade 1882, då Setterberg från Sverige elektrolyserade en blandning bestående av fyra delar cesiumcyanid, till vilken en del barium blandades. Den senare komponenten användes för att göra smältpunkten lägre. Cyanid, som forskarna redan visste vid denna tidpunkt, var en mycket farlig komponent. Samtidigt bildades föroreningar på grund av barium, vilket inte gjorde det möjligt att få en mer eller mindre tillfredsställande mängd cesium. Det var tydligt att tekniken krävde betydande förbättringar. Ett bra förslag på detta område lades fram för diskussion till vetenskapssamfundet av Beketov. Det var då som cesiumhydroxid väckte uppmärksamhet. Om denna förening återställs genom att använda metalliskt magnesium, öka värmen och använda en väteström kan ett något bättre resultat uppnås än det som bevisats av den svenska kemisten. Men verkliga experiment har visat att utbytet är hälften av det som beräknats i teorin.

Vad kommer härnäst?

Cesium fortsatte att vara i fokus för det internationella kemiska vetenskapssamfundet. I synnerhet ägnade den franske vetenskapsmannen Axpil mycket ansträngning och tid åt honom i sin forskning. 1911 föreslog han ett radikalt nytt synsätt på frågan om utvinning av rent cesium. Det var nödvändigt att utföra reaktionen i vakuum, metallklorid togs som utgångsmaterial och kalciummetall användes för att återställa den.

En sådan reaktion, som experiment har visat, inträffar nästan till slut. För att uppnå en tillräcklig effekt måste du använda en speciell enhet. I laboratorier tillgriper de vanligtvis eldfast glas eller använder kvartsbehållare. Enheten måste ha en förlängning. Trycket inuti hålls vid cirka 0,001 mmHg. Konst. För en framgångsrik reaktion är det nödvändigt att se till att behållaren värms till 675 grader Celsius. Detta frigör cesium, som avdunstar nästan omedelbart. Paren går in i den process som är avsedd för detta ändamål. Men kaliumklorid sedimenterar huvudsakligen direkt i reaktorn. Under givna förhållanden är flyktigheten för detta salt så låg att den kan ignoreras helt, eftersom denna förening har en karakteristisk smältpunkt på 773 grader (på samma Celsius-skala). Det gör att sedimentet kan smälta om behållaren överhettas med hundra grader i förhållande till vad som var tänkt. För att uppnå de mest effektiva resultaten är det nödvändigt att upprepa destillationsprocessen. För att göra detta, skapa ett vakuum. Utgången kommer att vara idealisk cesiummetall. För närvarande används den beskrivna metoden mest och anses vara optimal för att erhålla föreningen.

Aktivitet och reaktioner

Under loppet av många studier kunde forskare fastställa att cesium har en fantastisk aktivitet som normalt inte är karakteristisk för metaller. Vid kontakt med luft uppstår förbränning, vilket leder till frisättning av superoxid. Oxid kan uppnås genom att begränsa åtkomsten av syre till reagenserna. Det finns en möjlighet för bildning av suboxider.

Om cesium kommer i kontakt med fosfor, svavel eller halogen framkallar detta en explosiv reaktion. Explosionen åtföljs också av en reaktion med vatten. Med hjälp av en kristalliserare eller ett glas kan du stöta på att behållaren bokstavligen faller i bitar. En reaktion med is är också möjlig om temperaturen på Celsiusskalan inte är lägre än 116 grader. Som ett resultat av denna reaktion bildas väte och hydroxid.

Hydroxid: funktioner

När de studerade reaktionsprodukterna som produceras av cesium upptäckte kemister att den resulterande hydroxiden är en mycket stark bas. När du interagerar med det måste du komma ihåg att vid höga koncentrationer kan denna förening lätt förstöra glas även utan ytterligare uppvärmning. Men när temperaturen stiger smälter hydroxiden lätt nickel, järn och kobolt. Effekten på korund och platina kommer att vara liknande. Om syre deltar i reaktionen förstör cesiumhydroxid extremt snabbt silver och guld. Om man begränsar tillförseln av syre går processen relativt långsamt, men stannar ändå inte. Rodium och flera legeringar av denna förening är resistenta mot cesiumhydroxid.

Använd klokt

Inte bara cesium, utan även kända föreningar baserade på denna metall används för närvarande mycket brett. Utan dem är det omöjligt att föreställa sig designen av radioteknik, de är också oumbärliga inom elektronik. Cesiumföreningar och varianter används aktivt inom kemi, industri, oftalmologi och medicin. Cesium har inte ignorerats i utvecklingen av teknologier som är tillämpliga i rymden, såväl som kärnenergi.

Det är numera vanligt att använda cesium vid konstruktion av solceller. Bromid och jodid av denna metall är nödvändiga för att skapa infraröda synsystem. Industriellt framställda enkristaller kan användas som detektorelement som möjliggör registrering av joniserande strålning. Vissa cesiumbaserade föreningar används aktivt som katalysatorer i industriella processer. Detta är nödvändigt när man skapar ammoniak, bildar och producerar butadien.

Strålning och cesium

Isotopen cesium 137 väcker forskarnas största uppmärksamhet och tillhör kategorin beta-strålare. För närvarande är detta element oumbärligt i processen för sterilisering av livsmedel och medicinska föreningar. Det är vanligt att tillgripa det vid behandling av maligna neoplasmer. Moderna metoder har gjort det möjligt att använda elementet vid upptäckt av gammafel. Nivåsensorer och även strömkällor är utformade utifrån dess bas. Den 137:e isotopen släpptes ut i miljön i mycket stora mängder efter olyckan vid kärnkraftverket i Tjernobyl. Det är detta som är en av de viktigaste föroreningsfaktorerna efter denna katastrof.

Emellertid är 137 inte den enda radioaktiva isotopen av cesium som har funnit tillämpning i modern industri. Således skapas atomklockor med hjälp av isotopen cesium 133. För närvarande är detta den mest exakta enheten som låter dig kontrollera tidens gång. En sekund, som moderna vetenskapsmän har upptäckt genom högprecisionsforskning, är 9192631770 perioder av strålning. Detta gör att atomen i cesium 133-isotopen kan användas som en standard för att bestämma frekvens och tid.

DEFINITION

Cesium belägen i den sjätte perioden i grupp I i ​​huvudundergruppen (A) i det periodiska systemet.

Tillhör familjen s-element. Metall. Beteckning - Cs. Serienummer - 55. Relativ atommassa - 132,95 amu.

Elektronisk struktur av cesiumatomen

En cesiumatom består av en positivt laddad kärna (+55), inuti vilken det finns 55 protoner och 78 neutroner, och 55 elektroner rör sig i sex banor.

Figur 1. Schematisk struktur av cesiumatomen.

Fördelningen av elektroner mellan orbitaler är som följer:

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

1s 2 2s 2 2sid 6 3s 2 3sid 6 3d 10 4s 2 4sid 6 4d 10 5s 2 5sid 6 6s 1 .

Cesiumatomens yttre energinivå innehåller 1 elektron, vilket är en valenselektron. Det finns inget upphetsat tillstånd. Energidiagrammet för grundtillståndet har följande form:

Valenselektronen för en cesiumatom kan karakteriseras av en uppsättning av fyra kvanttal: n(huvudkvantum), l(orbital), m l(magnetisk) och s(snurra):

Undernivå

Exempel på problemlösning

EXEMPEL 1

Träning	Atomen av grundämnet mangan motsvarar den förkortade elektroniska formeln: [18Ar]3 d 5 4s 2 ; [18 Ar, 3 d 10 ]4s 2 4sid 5 ; [10 Ne]3 s 2 3sid 5 ; [ 36 kr]4 d 5 5s 2 ;
Lösning	Vi turas om att dechiffrera de förkortade elektroniska formlerna för att upptäcka den som motsvarar manganatomen i grundtillståndet. Serienumret för detta element är 25. Låt oss skriva ner den elektroniska konfigurationen av argon: 18 Ar1 s 2 2s 2 2sid 6 3s 2 3sid 6 . Sedan kommer den kompletta jonformeln att se ut så här: 1s 2 2s 2 2sid 6 3s 2 3sid 6 3d 5 4s 2 . Det totala antalet elektroner i elektronskalet sammanfaller med grundämnets atomnummer i det periodiska systemet. Det är lika med 25. Mangan har detta serienummer.
Svar	Alternativ 1