Тане в руках, але не сніг - загадка з розділу "хімія". Відгадка - цезій. Температура плавлення цього металу дорівнює 24,5 градусів за Цельсієм. Речовина, що буквально втікає крізь пальці, відкрита 1860-го року. Цезій став першим елементом, виявленим за допомогою спектрального аналізу.
Провели його Роберт Бунзен та Густав Кіргоф. Хіміки вивчали води мінеральних джерел у Дюркхеймі. Виявили магній, літій, кальцій, . Насамкінець помістили краплю води в спектроскоп і побачили дві лінії синього кольору – свідчення присутності невідомої речовини.
Спочатку виділили його хлороплатинат. Заради 50 г переробили 300 тонн мінеральної води. З назвою нового металу мудрувати не стали. З латинського «цезій» перекладається як «блакитний».
Хімічні та фізичні властивості цезію
У спектроскопі метал випромінює яскраво-синій. Насправді ж елемент схожий на , трохи світліший за нього. У рідкому стані жовтизна цезію йде, розплав стає сріблястим. Видобути сировину для дослідів непросто.
З металів елемент найрідкісніший і розсіяний у земній корі. У природі зустрічається лише один ізотоп – цезій 133. Він повністю стійкий, тобто не схильний до радіоактивного розпаду.
Радіоактивні ізотопи металу отримані штучно. 135-й цезій - довгожитель. Період його напіврозпаду наближається до 3000000 років. Цезій 137наполовину розпадається за 33,5 року. Ізотоп визнано одним із основних джерел забруднення біосфери.
До неї нуклід потрапляє зі скидів заводів, атомних станцій. Період напіврозпаду цезіюдозволяє йому проникати у води, ґрунт, рослини, накопичуватися в них. Особливо багато 137-го ізотопу в прісноводних водоростях та лишайниках.
Будучи найрідкіснішим із металів, цезій є ще й найактивнішим. Елемент лужної, розташований у головній підгрупі 1-ой групи періодичної системи, що зобов'язує речовина легко вступати у хімічні реакції. Їхній перебіг посилює присутність води. Так, на повітрі атом цезіювибухає через знаходження її пари в атмосфері.
Взаємодія з водою супроводжується вибухом, навіть якщо вона замерзла. Реакція з льодом можлива за -120 градусів Цельсія. Сухий лід – не виняток. Вибух неминучий при контакті цезію з кислотами, простими спиртами, галогенідами важких металів галогенами органічного типу.
Взаємодії легко запускаються з 2 причин. Перша – сильний негативний електрохімічний потенціал. Тобто атом заряджений негативно, прагне притягнути до себе інші частки.
Друга причина – площа поверхні цезію при реакціях коїться з іншими речовинами. Таючи в кімнатних умовах, елемент розтікається. Виходить, що для взаємодії відкрито більше атомів.
Активність елемента призвела до відсутності його чистої форми у природі. Трапляються лише сполуки, наприклад, . В тому числі: хлорид цезію, фторид, йодит, азит, ціаніт, бромід та карбонат цезію. Усі солі 55-го елемента легко розчиняються у воді.
Якщо ж робота ведеться з гідроксидом цезіюБоятися треба не його розчинення, а того, що він сам здатний зруйнувати, наприклад, скло. Його структура порушується реагентом вже за кімнатної температури. Варто підвищити градус, гідроксид не пощадить і кобальт, корунд, і залізо.
Реакції проходять особливо швидко у кисневому середовищі. Протистояти гідроксиду цезію здатний тільки. У взаємодію з 55-м елементом не вступає і азот. Азит цезію отримують лише непрямим шляхом.
Застосування цезію
Цезій, формулаякого забезпечує низьку роботу виходу електрона, придатний при виготовленні фотоелементів. У приладах на основі 55 речовини витрати на отримання струму мінімальні. Чутливість до випромінювання, навпаки, максимальна.
Щоб фотоелектричне обладнання не коштувало надто через рідкість цезію, його сплавляють з , , , . Як джерело струму цезій застосовується у паливних елементах. Твердий електроліт на основі 55-го металу – частина автомобілів та високоенергоємних акумуляторів.
Застосовують п'ятдесят п'ятий метал і в лічильниках заряджених частинок. Для них купують йодит цезію. Активований талієм, він реєструє майже будь-які випромінювання. Цезієві детектори набувають для атомних підприємств, геологічної розвідки, медичних клінік.
Користуються приладами та космічної галузі. Зокрема, Марс-5 вивчив елементарний склад поверхні червоної планети саме завдяки гамма-спектрометру на основі цезію.
Здатність вловлювати інфрачервоні промені – причина застосування в оптиці. До неї додають бромід цезіюі оксид цезію. Він є у біноклях та окулярах нічного бачення, збройових прицілах. Останні спрацьовують навіть із космосу.
137-й ізотоп елемента теж знайшов гідне застосування. Радіоактивний нуклід як забруднює атмосферу, а й стерилізує продукти, точніше, тару їм. Напіврозпад цезіюДовгий. Можна обробити мільйони консервів. Іноді, стерилізують і м'ясо – туші птахів та .
Обробляти 137 ізотопом можна і медичні інструменти, ліки. Нуклід потрібен і в лікуванні, якщо справа стосується пухлин. Метод називається радіотерапією. Препарати з цезієм дають і при шизофренії, дифтерії, виразкових захворюваннях, деяких видах шоку.
Металурги потребують чистого елементу. Його домішують до сплавів та . Добавка підвищує їхню жароміцність. У , наприклад, вона збільшується втричі при цезі всього в 0,3%.
Зростає міцність на розрив, стійкість до корозії. Щоправда, промисловці шукають альтернативу 55 елементу. Занадто він дефіцитний, не вигідний у ціні.
Видобуток цезію
Метал виділяють із півлуциту. Це водний алюмосилікат та цезію. Мінералів, що містять 55-й елемент одиниці. У півлуциті процент цезію робить видобуток економічно обґрунтованим. Чимало металу і в авардиті. Однак, цей камінь сам такий рідкісний, як і цезій.
Промисловці розкривають півлуцит хлоридами або сульфатами. Цезійз каменю виділяють, занурюючи їх у підігріту соляну кислоту. Туди ж засипають хлорид сурми. Утворюється осад.
Його промивають гарячою водою. Результат операцій - хлорид цезію. При роботі з сульфатом, поллуцит занурюють у сірчану кислоту. На виході утворюються алюмоцезієві галун.
У лабораторіях застосовують інші методи одержання 55-го елемента. Їх 3, всі трудомісткі. Можна нагріти дихромат та хромат цезію з цирконієм. Але для цього потрібен вакуум. Він потрібний і для розкладання азіду цезію. Без вакууму обходяться лише при нагріванні спеціально підготовленого кальцію та хлориду 55-го металу.
Ціна цезію
У Росії здобиччю та переробкою півлуциту займається Завод рідкісних металів у Новосибірську. Продукцію пропонує і Гірничо-збагачувальний комбінат Ловозерська. Останній пропонує цезій в ампулахпо 10 та 15 міліграмів.
Вони йдуть у пачках по 1000 штук. Мінімальна вартість - 6000 рублів. Сєвредмет теж торгує ампулами, але готовий здійснювати постачання менших обсягів — від 250 грамів.
Якщо чистота металу 99,9%, за один грам, як правило, просять у районі 15-20 доларів США. Йдеться про стійкий 133-й ізотоп 55-го елемента періодичної системи.
(Caesium; від лат. caesius - блакитний), Cs - хім. елемент І групи періодичної системи елементів; ат, н. 55, ат. м. 132,9054. Сріблясто-білий метал. У сполуках виявляє ступінь окислення +1 Природний Ц. складається зі стабільного ізотопу 133Cs. Отримано 22 радіоактивні ізотопи, з яких брало найбільше практичне застосування знаходити ізотоп 137Cs з періодом напіврозпаду 27 років. Цезій відкрили (1860) німецький хімік Р. В. Бунзен та німецький фізик Г. P. Кірхгоф щодо спектру солей лужних металів, отриманих з води Дюркгеймського мінерального джерела.
Металевий цезій вперше отримав (1882) К. Сеттерберг електролізом розплаву суміші ціанідів цезію та барію. Цезій відноситься до рідкісних елементів. Зміст його в земній корі 3,7 10-4% у природі через велику активність у вільному стані не зустрічається. Ц. виявлено у складі 78 мінералів; найбільша кількість його міститься в цезієвих мінералах: півлуциті (до 36% Cs20), гороб'євите та огодрити (до 7,5% Cs20). У невеликих кількостях (від 0,004 до 0,001% і менше) міститься у багатьох. гірських породах: базальтах, гранітах, діабазах, сієнітах, нефелінах, слюдах, польових шпатах, вапняках, глинистих сланцях та ін. Кристалічні грати Ц. об'ємноцентровані кубічні сперіодом а = 6,05 А (т-ра - 175 ° С).
Атомний радіус 2,65 А, іонний радіус Cs + дорівнює 165 А. Щільність 1,9039 (т-ра 0 ° С) і 1,880 г/см3 (т-ра 26,85 ° С); tпл 28,60 ° С; tкіп 685,85 ° С; пор. коеф. лінійного розширення (в інтервалі т-р 0-26 ° С) 9,7-10-5 град-1; коеф. теплопровідності (т-ра 28,5 ° С) 0,04 - 0,065 кал/см -сек-град; теплоємність ср 7,24 (т-ра 0 ° С) і 7,69 кал/г-атом град (т-ра 25 ° С); питомий електричний опір 18,30 (т-ра 0 ° С) і 21,25 мком см (т-ра 26,85 ° С). Металевий Ц. пар амагнітний. Цезій – м'який пластичний метал. Твердість за шкалою Моос 0,2; НВ – = 0,015; модуль норм-пружності 175 кгс/мм2; стисливість при кімнатній т-рі 7,0-Ю-5 кгс/см2. Металевий цезій відрізняється найвищою реакційною здатністю серед лужних елементів. На повітрі миттєво окислюється із запаленням, утворюючи перекис та надперекис.
З воднем при т-рі 200-350 ° З тиску 50-100 ат. утворює гідрид CsH - біла кристалічна речовина, що займається у вологому середовищі, в середовищі хлору та фтору. З киснем, в залежності від умов, дає: окис Cs2O - червоно-коричневі кристали, що розпливаються на повітрі; перекис Cs2O2 - гігроскопічні кристали жовтого кольору; надперекис CsO2 - жовті кристали, при температурі вище 180 ° С змінюють колір на помаранчевий дрібнокристалічний помаранчевий - червоний порошок; гідроокис CsOH -біла кристалічна речовина, що швидко розпливається на повітрі. Ц. безпосередньо з'єднується з галогенами (з запаленням), утворюючи галогеніди CsF, CsCl, СsВг у Csl - безбарвні кристали, добре розчинні у воді та багато інших. органічні розчинники.
У рідкому азоті при електричному розряді між електродами з цезієм отримують нітрид Cs3N - малостійкий гігроскопічний порошок сірувато-зеленого або синього кольору. Азид CsN3 – жовто-білі кристали. Відомі сполуки Ц. із сіркою, селеном та телуром - халькогеніди. З сірою цезій утворює сульфід Cs2S – розчинний у воді темно-червоний кристалічний порошок. Крім того, отримані ді-, три- та пентасульфіди. Ц. з селеном та телуром утворює кристалічні сполуки: білий порошок селеніду Cs2Se та світло-жовтий порошок телуриду Cs2Te, що розкладаються на повітрі. З кремнієм утворює силіцид CsSi - кристалічна речовина жовтого кольору, що займається на повітрі; при взаємодії з водою спалахує з вибухом. Відомі сполуки Ц. з фосфором -. При заміні водню в неорганічній к-ті на Ц. одержують відповідні солі: сульфат, нітрат, карбонат та ін.
З багатьма металами, включаючи лужні, Цезій утворює інтерметалічні сполуки, з яких найбільш важливі сполуки з вісмутом, сурмою, золотом і ртуттю. У реакціях з неорганічними сполуками цезій поводиться як сильний відновник. З двоокисом вуглецю і чотирихлористим вуглецем взаємодіє з вибухом. Металевий Ц отримують в основному, діючи на солі Ц., напр. на , магнієм або кальцієм при високих
т-рах у вакуумі. Для отримання Ц. застосовують також електрохімічний спосіб, по якому при електролізі, напр., CsCl на рідкому свинцевому катоді отримують свинцевоцезієвий сплав, з якого Ц. видаляють вакуумної дистиляцією. Невеликі кількості Ц. отримують відновленням його хромату (Cs2Cr04) порошкоподібним цирконієм при т-рі 650° або розкладанням CsN3 при т-рі 390- 395° С у вакуумі.
Області застосування Цезію
Його використовують у фотоелементах; у фотоелектронних помножувачах, призначених для сцинтиляційних лічильників, астронавігаційних приладів, спектроскопів, для детекторів випромінювання у лазерних системах; в електронно-оптичних перетворювачах, що використовуються у приладах нічного бачення; -передаючих електроннопроменевих трубках. Цезій застосовують як геттер для поглинання залишкових слідів повітря при виробництві вакуумних радіоламп. Він знаходить застосування в тиратронах розряду, що тліє, в атомних стандартах - найбільш точних еталонах проміжків часу. Похибка атомного годинника з цезієвим джерелом становить 1 сек за 4000 років. Пари цезій використовують у оптичних квантових генераторах - газових лазерах. Добавки Ц. до інертного газу в магнітогідродинамічних генераторах дозволяють іонізувати газ при температурах приблизно вдвічі менших, ніж без цих добавок. Ц. використовують у термоемісійних перетворювачах, призначених для безпосереднього перетворення тепла на електр. енергію; в іонних ракетних двигунах для космічних літальних апаратів Ц. знайшов застосування в новій галузі електроніки - плазмовій електроніці НВЧ, а також у цезієвих лампах, що перевершують за своєю інтенсивністю ін джерела світла.
Характеристика елемента
Відкриття цезію, як і рубідія, пов'язане із спектральним аналізом. У 1860 р. Р. Бунзен виявив дві яскраві блакитні лінії в спектрі, що не належать жодному відомому на той час елементу. Звідси походить і назва цезіус (caesius), що означає небесно-блакитний. Це останній елемент підгрупи лужних металів, який зустрічається у вимірних кількостях. Найбільший атомний радіус та найменші перші потенціали іонізації визначають характер та поведінку цього елемента. Він має яскраво виражену електропозитивність і яскраво виражені металеві якості. Прагнення віддати зовнішній 6s-електрон призводить до того, що всі реакції протікають виключно бурхливо. Невелика різниця в атомних енергіях 5d- і 6 s -орбіталей зумовлює легку збудливість атомів Електронна емісія у цезію спостерігається під впливом невидимих інфрачервоних променів (теплових). Зазначена особливість структури атома визначає хорошу електричну провідність струму. Все це робить цезій незамінним у електронних приладах. Останнім часом все більше уваги приділяється цезієвій плазмі як паливу майбутнього та у зв'язку з вирішенням проблеми термоядерного синтезу.
Властивості простої речовини та сполук
Цезій за звичайних кімнатних умов - напіврідкий метал (tпл = 28,5 ° С, t кип = 688 ° С). Його блискуча поверхня відливає блідо-золотистим кольором. Цезій – метал легкий з пл. 1,9 г/см³ наприклад, приблизно з тією ж атомною масою важить у 6 з лишком разів більше.
Причина того, що цезій набагато легше сусідів за періодичною системою - у великому розмірі атомів. Атомний н іонний радіуси металу дуже великі:Rат = 2,62 А, Rіон =1,б5 А. Цезій - надзвичайно хімічно активний. Він настільки жадібно реагує з киснем, що здатний очистити газову суміш від найменших слідів кисню навіть за умов глибокого вакууму. З водою реагує при заморожуванні до -116 ° С. Більшість реакцій з іншими речовинами відбувається з вибухами: з галогенами, сіркою, фосфором, графітом, кремнієм (в останніх трьох випадках потрібно невелике нагрівання). Складні також реагують із ним бурхливо: СО 2 , чотирихлористий кремнезем (при 300°С). В атмосфері водню утворюється гідрид СsН, що займається недостатньо осушеному повітрі. З усіх неорганічних та органічних кислот він витісняє , утворюючи солі.
Спокійніше протікають реакції цезію з азотом у полі тихого електричного заряду, і з вугіллям при нагріванні. З воднем реагує при 300-350 ° С або під тиском 5 -10⋅ 10 ⁶ Па. Тому його спокійно можна зберігати в посудині, заповненій воднем.
2Сs + 2SiO 2 = Сs 2 O 4 + 2Si
2Rb + 2SiO 2 = Rb 2 O 4 + 2Si
Зі сполук цезію найважливіші - зсріблом та сурмою. Кристали броміду та йодиду цезію прозорі для інфрачервоних променів, тому використовуються в оптиці та електротехніці.
Сульфат СsSO 4 - тугоплавке та термічно стійке з'єднання, яке починає помітно випаровуватися лише при температурі понад 1400°С. У той же час усіх солей цезію висока.
Отримання та використання цезію
Цезій, як і , самостійних мінералів не утворює і зазвичай супроводжує найпоширенішим елементам I групи. Цезій у природі зустрічається як домішки до мінералів Na і K . Найбільш багатий цезієм поллуцит CsNa ⋅ nH 2 O. Знаходиться в природі в дуже розпорошеному стані у формі сполук, що супроводжують інші руди. Наприклад, півлуцит разом з натрієм містить і цезій. Найважче при їх отриманні - збагачення та відділення фракцій з рубідієм і цезієм від калію, натрію, літію. Чисті (Rb та Cs) отримують з галогенів відновленням металевим кальцієм при 700-800°С. Отримують їх за обмінною реакцією розплавлених хлоридів з металевим кальцієм:
Характеристика цезію, його особливості будови та якості, властиві цьому елементу, обов'язково проходять у курсі хімії. Не лише школярі, а й студенти хімічних спеціальностей мають знати специфічні особливості цієї сполуки. Застосування цезію нині досить широке - але у специфічній сфері. Багато в чому це пов'язано з тим, що при кімнатній температурі елемент набуває рідкого стану, а в чистому вигляді практично не зустрічається. Нині лише п'ять металів мають аналогічні якості. Властивості цезію визначають інтерес до нього вчених та можливості щодо застосування сполуки.
Про що йде мова?
М'який метал цезій позначається у таблиці Менделєєва символами Cs. Його порядковий номер – 55. М'який метал має сріблястий, золотистий відтінок. Температура плавлення – 28 градусів за шкалою Цельсія.
Цезій являє собою лужний метал, чиї якості та особливості подібні до калію, рубідії. Будова цезію зумовлює підвищену реактивність. З водою метал може реагувати за температури за шкалою Цельсія 116 градусів нижче нуля. Хімічний елемент цезію має високу пірофорність. Видобувається він з півлуцита. Багато радіоактивні ізотопи цезію (включаючи активний застосування цезій 137, що знайшов собі), виробляються в ході переробки відходів, що виникають при функціонуванні ядерного реактора. Цезій 137 є результатом реакції розщеплення.
Історичні передумови
Заслуга відкриття електронної формули цезію належить хімікам з Німеччини, видатним умам у своїй області Кірхгоффу, Бунзену. Ця подія сталася далекого 1860 року. У той період почали активно змінювати тільки винайдену методику спектроскопії полум'ям, і в ході своїх експериментів німецькі вчені виявили раніше невідомий громадськості хімічний елемент - цезій. На той момент цезій був представлений як одержувач, що актуально для фотоелементів, електронних ламп.
Помітні зміни в історії визначення та виділення елемента відбулися 1967-го. З урахуванням зробленої Ейнштейном заяви про те, що швидкість світла можна вважати найбільш постійним фактором вимірювання, властивим нашому всесвіту, було вирішено виділити цезій 133. Це стало важливим моментом у розширенні спектра застосування хімічного елемента цезію - зокрема, на ньому виготовляють атомний годинник.
Цезій у дев'яності роки
Саме останньому десятилітті минулого століття хімічний елемент цезій почав використовуватися людством особливо активно. З'ясувалося, що він застосовується у роботах буріння рідин. Також вдалося знайти досить велику зону застосування у хімічних галузях. Виявилося, що цезію хлорид та інші його похідні можуть використовуватися при конструюванні складної електроніки.
Тоді ж, у дев'яності, особлива увага наукової спільноти була прикута до всього, що могло б стати новим словом в атомній, ядерній енергетиці. Саме тоді найретельніше вивчили радіоактивний цезій. Виявлено, що напіврозпад цього компонента потребує близько трьох десятиліть. В даний час радіоактивні ізотопи цезію знайшли широке застосування в гідрології. Без них не обходяться і медицина, промисловість. Найбільш широкого поширення набув радіоактивний ізотоп цезій 137. Цезію властивий низький рівень отруйних здібностей, у той же час радіоактивні похідні у великій концентрації можуть завдати шкоди природі та людині.
Фізичні параметри
Специфіка цезію (а також хлориду цезію та інших похідних цього металу) зумовлює можливості широкого застосування продукту. Серед інших елементів саме цезій має найменший показник твердості - всього 0,2 одиниці. Крім м'якості, металу властива податливість. У нормальному стані правильна електронна формула цезію дозволяє сформувати блідий за кольором матеріал, здатний змінювати фарбу на темнішу при найменшому контакті зі сполуками кисню.
Точка плавлення металу - всього лише 28 градусів за Цельсієм, а це означає, що з'єднання належить до п'яти металів, при кімнатній температурі або близької до такої, що знаходяться в рідкій фазі. Ще нижча точка плавлення, ніж у цезію, зареєстрована тільки в Меркурія. Точка кипіння цезію теж невелика – менше тільки у ртуті. Особливості електрохімічного потенціалу регламентують горіння металу - він створює фіолетові відтінки чи синій колір.
Поєднання та особливості
У цезію є здатність вступати в реакції з також елемент формує оксиди цезію. Крім того, спостерігаються реакції з ртутними сумішами, золотом. Особливості взаємодії з іншими сполуками, а також температурні режими, при яких можливі реакції, декларують можливі міжметалеві склади. Зокрема, цезій є вихідним компонентом формування фоточутливих сполук. Для цього проводять реакцію металу за участю торію, сурми, галію, індію.
Крім оксиду цезію, інтерес у хіміків викликають і результати взаємодії з низкою лужних елементів. У той же час слід враховувати, що метал не може реагувати з літієм. Для кожного зі сплавів цезію характерний свій відтінок. Деякі суміші - це чорно-фіолетові з'єднання, інші пофарбовані в золотий відтінок, а треті практично безбарвні, але з яскраво вираженим металевим блиском.
Хімічні особливості
Найбільш яскраво виражена особливість цезію – його пірофорність. Крім того, увагу вчених привертає електрохімічний потенціал металу. Цезій може спонтанно спалахнути прямо в повітрі. При взаємодії із водою відбувається вибух, навіть якщо умови реакції передбачали низькі температури. Помітно відрізняється у плані цезій від першої групи Менделєєвської хімічної таблиці. При взаємодії цезію та води у твердому вигляді також відбувається реакція.
Виявлено, що період напіврозпаду цезію триває близько трьох десятиліть. Матеріал визнали небезпечним через його особливості. Щоб працювати із цезієм, необхідно створити атмосферу інертного газу. У той же час вибух при контакті з водою при рівній кількості натрію та цезію у другому випадку буде відчутно слабшим. Хіміки пояснюють це такою особливістю: при контакті цезію з водою відбувається миттєва вибухова реакція, тобто не залишається досить тривалого проміжку часу для накопичення водню. Оптимальний метод зберігання цезію – закупорені ємності з боросилікатної сполуки.
Цезій: у складі сполук
Цезій у сполуках виступає як катіон. Є багато різноманітних аніонів, з якими можлива реакція формування сполуки. Більшість солей цезію немає кольору, якщо фарбування не обумовлено аніоном. Прості солі гігроскопічні, хоча меншою мірою, ніж в інших легких металів-лугів. Багато хто у воді розчиняється.
Мають відносно низький ступінь розчинності. Це знайшло досить широке застосування у промисловості. Наприклад, сульфат алюмінію-цезію активно використовується в рудноочисних установках через свою малу розчинність водою.
Цезій: унікальний та корисний
Візуально цей метал подібний до золота, але трохи світліше, ніж найпопулярніший шляхетний метал. Якщо взяти шматочок цезію в руку, він швидко розплавиться, а отримана субстанція буде рухомою, трохи змінить колір - ближче до срібла. У розплавленому стані цезій добре відбиває промені світла. З лужних металів цезій вважається найбільш важким, у той же час йому властива найнижча густина.
Історія відкриття цезію містить згадки про Дюрхгеймському джерелі. Саме звідси надіслали зразок води для лабораторного дослідження. У ході аналізу складових компонентів особлива увага приділялася вирішенню питання: який саме елемент забезпечує цілющі якості рідини? Німецький вчений Бунзен вирішив застосувати метод спектрального аналізу. Саме тоді з'явилися дві несподівані лінії блакитного відтінку, не властиві відомим на той час сполукам. Саме колір цих смуг і допоміг вченим вибрати ім'я для нового компонента – небесно-блакитний латиною звучить як «цезій».
Де ж мені тебе знайти?
Як було виявлено в ході тривалих випробувань, цезій – це розсіяний елемент, який у природних умовах трапляється вкрай рідко. Так, проводячи порівняльний аналіз вмісту в корі планети рубідії та цезію, вчені виявили, що другого менше в сотні разів. Приблизна оцінка концентрації дала показник 7*10(-4) %. Ніякий інший менш чутливий метод, ніж спектроскопія, не дозволив би виявити настільки рідкісне з'єднання. Це пояснює факт того, що раніше вчені навіть не підозрювали існування цезію.
В даний час вдалося з'ясувати, що частіше зустрічається цезій у породах, що видобуваються в горах. Його концентрація в цьому матеріалі не перевищує тисячних часток відсотка. Категорично малі кількості вдалося зафіксувати у водах морів. До десятих часток відсотка доходить рівень концентрації в літієвих, калієвих мінеральних сполуках. Найчастіше його вдається виявити у лепідоліті.
При порівнянні відмітних особливостей цезію та рубідії, а також інших елементів, що зустрічаються вкрай рідко, вдалося виявити, що цезію властиве формування унікальних мінералів, на що не здатні інші сполуки. Саме таким чином виходять півлуцит, родицит, огодріт.
Родицит, як з'ясували вчені, зустрічається виключно рідко. Аналогічним чином дуже складно знайти вагадрит. Полуцит дещо більш поширений, часом виявлялися невеликі поклади. Вони мають дуже низьку потужність, але містять цезій у кількості 20-35 відсотків від загальної маси. Найважливіші, з погляду громадськості, півлуцити виявили в американських надрах і території Росії. Також шведські розробки, казахстанські. Відомо, що півлуцит знайдено на південному заході Африканського континенту.
Робота продовжується
Не секрет, що відкриття елемента та отримання його в чистому вигляді – це два абсолютно різні завдання, хоч і пов'язані між собою. Коли зрозуміли, що цезій зустрічається дуже рідко, вчені почали розробляти методики синтезування металу в лабораторних умовах. Спочатку здавалося, що це зовсім непосильне завдання, якщо застосовувати доступні на той час засоби та техніку. Бунзен за довгі роки так і не вдалося виділити металевий цезій в чистому його вигляді. Лише через два десятиліття передові хіміки змогли нарешті вирішити це завдання.
Прорив стався 1882-го, коли Сеттерберг із Швеції провів електроліз суміші, що на чотири частини складається з ціанідів цезію, до яких була примішана одна частина барію. Останній компонент використовувався, щоб зробити температуру плавлення меншою. Ціаніди, як у цей момент вже знали вчені, були дуже небезпечними компонентами. У той же час за рахунок барію формувалося забруднення, що не дозволяло отримати більш-менш задовільній кількості цезію. Було ясно, що методика потребує суттєвих доробок. Хороша пропозиція у цій сфері була винесена на обговорення наукової спільноти Бекетова. Саме тоді увагу привернула гідроокис цезію. Якщо відновити це з'єднання, застосовуючи металевий магній, підвищуючи нагрівання і використовуючи водневий струм, можна досягти трохи кращого результату, ніж доведений шведським хіміком. Втім, реальні експерименти показали, що вихід удвічі менший, ніж теоретичний.
Що далі?
Цезій і надалі залишався у фокусі уваги міжнародної хімічної наукової спільноти. Зокрема, у своїх дослідженнях йому присвятив чимало зусиль та часу французький вчений Акспіль. У 1911 році він запропонував кардинально новий підхід до питання вилучення чистого цезію. Необхідно було проводити реакцію у вакуумі, як вихідний матеріал брався хлорид металу, а для його відновлення застосовувався металевий кальцій.
Така реакція, як показали експерименти, відбувається майже остаточно. Щоб досягти достатнього ефекту, необхідно використовувати спеціальний прилад. У лабораторіях зазвичай вдаються до тугоплавкого скла або використовують кварцові ємності. У приладу має бути відросток. Всередині підтримується тиск 0.001 мм рт. ст. Для успішної реакції необхідно забезпечити нагрів ємності до 675 градусів за шкалою Цельсія. При цьому виділяється цезій, який практично відразу випаровується. Пари переходять у призначений для цього відросток. А ось хлористий калій переважно осідає у реакторі. При заданих умовах леткість цієї солі настільки мала, що її можна взагалі не враховувати, оскільки для цієї сполуки характерна температура плавлення – 773 градуси (за тією самою шкалою Цельсія). Це означає, що осад може розплавитися, якщо ємність перегріти сто градусів щодо задуманого. Щоб досягти максимально ефективного результату, необхідно провести повторний процес дистиляції. Для цього виробляють вакуум. На виході буде ідеальний металевий цезій. В даний час описана методика застосовується найбільш широко і вважається оптимальною для одержання сполуки.
Активність та реакції
У ході численних досліджень вчені змогли визначити, що цезію властива дивовижна активність, яка в нормі не властива металам. При контакті з повітрям відбувається спалах, що призводить до виділення надпероксиду. Досягти окису можна, якщо обмежити доступ кисню до реагентів. Є можливість формування субоксидів.
Якщо цезій контактує з фосфором, сіркою, галогеном, це провокує реакцію, що супроводжується вибухом. Також вибух супроводжує реакцію з водою. Використовуючи кристалізатор, склянку можна зіткнутися з тим, що ємність буквально розлітається на шматочки. Також можлива реакція з льодом, якщо температура за шкалою Цельсія не нижче 116 градусів. Внаслідок такої реакції продукуються водень, гідроксид.
Гідроксид: особливості
У ході вивчення продуктів реакції, вироблених цезієм, хіміки виявили, що одержуваний гідроксид - це дуже сильна основа. Взаємодіючи з ним, необхідно пам'ятати, що при високій концентрації це з'єднання може зруйнувати скло навіть без додаткового нагріву. А ось при підвищенні температури гідроксид легко плавить нікель, залізо, кобальт. Аналогічним буде впливом геть корунд, платину. Якщо у реакції бере участь кисень, гідроксид цезію дуже швидко руйнує срібло, золото. Якщо обмежити надходження кисню, процес протікає відносно повільно, але все ж таки не зупиняється. Стійкістю до гідроксиду цезію мають родій і кілька сплавів цієї сполуки.
Застосовувати з розумом
Не лише цезій, а й відомі на основі цього металу сполуки використовуються в даний час дуже широко. Без них неможливо уявити конструювання радіотехніки, незамінні вони і в електроніці. Активно застосовується поєднання та варіації цезію в хімії, промисловості, офтальмологічній сфері, медичній. Не обійдено увагою цезій і в рамках розвитку технологій, що застосовуються в космосі, а також ядерної енергетики.
В даний час поширене використання цезію при конструюванні фотоелементів. Бромід, йодид цього металу необхідні створення систем інфрачервоного бачення. Отримані промисловим шляхом монокристали допускається використовувати як елементи детекторів, що дозволяють фіксувати іонізуюче випромінювання. Деякі сполуки на основі цезію активно використовуються як каталізатори у процесах промисловості. Це необхідно при створенні аміаку, формуванні та продукуванні бутадієну.
Радіація та цезій
Найбільшу увагу вчених привертає ізотоп цезій 137. Він належить до категорії бета-випромінювачів. В даний час цей елемент незамінний у процесі стерилізації продуктів харчування, лікарських сполук. До нього прийнято вдаватися під час терапії злоякісних новоутворень. Сучасні підходи дозволили застосовувати елемент під час гамма-дефектоскопії. На його основі конструюються датчики рівня та джерела струму. 137-й ізотоп у навколишнє середовище у дуже великій кількості потрапив після аварії на Чорнобильській атомній станції. Саме він – один із найголовніших чинників забруднення після цієї катастрофи.
Втім, 137-й – це не єдиний радіоактивний ізотоп цезію, який знайшов застосування у сучасній промисловості. Так, атомний годинник створюється на ізотопі цезію 133. В даний час - це найточніший прилад, що дозволяє контролювати хід часу. Одна секунда, як з'ясували в ході високоточних досліджень сучасні вчені, це 91 926 317 70 періодів випромінювання. Це дозволяє використовувати атом ізотопу цезію 133 як стандарт визначення частоти, часу.
ВИЗНАЧЕННЯ
Цезійрозташований у шостому періоді I групі головної (A) підгрупи Періодичної таблиці.
Відноситься до сімейства s-Елементів. Метал. Позначення - Cs. Порядковий номер – 55. Відносна атомна маса – 132,95 а.о.м.
Електронна будова атома цезію
Атом цезію складається з позитивно зарядженого ядра (+55), всередині якого є 55 протонів і 78 нейтронів, а навколо по шести орбітах рухаються 55 електронів.
Рис.1. Схематичне будова атома цезію.
Розподіл електронів по орбіталам виглядає так:
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 .
Зовнішній енергетичний рівень атома цезію містить один електрон, який є валентним. Порушеного стану немає. Енергетична діаграма основного стану набуває наступного вигляду:
Валентний електрон атома цезію можна охарактеризувати набором із чотирьох квантових чисел: n(головне квантове), l(орбітальне), m l(магнітне) та s(Спинове):
|
Підрівень |
||||
Приклади розв'язання задач
ПРИКЛАД 1
| Завдання | Тому елементу марганець відповідає скорочена електронна формула:
|
| Рішення | По черзі розшифровуватимемо скорочені електронні формули, щоб виявити ту, яка відповідає атому марганцю в основному стані. Порядковий номер цього елемента дорівнює 25. Запишемо електронну конфігурацію аргону: 18 Ar1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 . Тоді, повна іонна формула матиме вигляд: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2 . Загальна кількість електронів в електронній оболонці збігається з порядковим номером елемента Періодичної таблиці. Воно дорівнює 25. Такий порядковий номер має марганець. |
| Відповідь | Варіант 1 |
