Это вещество – одно из редких на планете. Потребности превышают предложение в разы. Цезий востребован наукой, атомщиками, промышленниками, врачами.
Что представляет собой
Цезий – химический элемент, в таблице Д.Менделеева занимает ячейку №55.
Это весьма мягкое (0,2 по Моосу), вязкое вещество цвета бледного золота. Относится к металлам щелочной группы.
Цезий – самый мягкий элемент периодической таблицы, но самый тяжелый из устойчивых щелочных металлов.
Структура кристаллической решетки металла – куб.
Полное международное обозначение – Cesium, краткое и формула – Cs.
История открытия
Вещество обнаружили немецкие ученые Вильгельм Бунзен и Роберт Кирхгоф, испробовав оптико-спектроскопический метод.
К 1860 году это было новейшее средство исследования:
- Исходником стала местная минеральная вода.
- Спектральный анализ выявил две линии цвета летнего неба. Таких раньше не видели.
- Новичок получил соответствующее название: на латыни термин caesius означает «небесный голубой».
Цезий – первый в истории химический элемент, открытый методом спектрального анализа.
Через 22 года удалось получить чистый металл. Это заслуга шведского химика Карла Сеттерберга. Он экспериментировал с цианистым цезий-бариевым расплавом.
Нахождение в природе
Типичные для цезия формы нахождения в природе – рассеянность в толще других пород либо в составе минералов. Промышленный интерес представляют минералы поллуцит и лепидолит.
Природный элемент по составу – это единственный стабильный изотоп цезий-133. При работе реакторов атомных станций формируется изотоп цезий-137. В отличие от природного аналога, это сильный и суперопасный загрязнитель окружающей среды.
Это редкий элемент: подтвержденные глобальные резервы цезия – всего 70 тысяч тонн.
Физико-химические характеристики
Металл наделен неординарными физическими и химическими свойствами.
Это самое активное из известных веществ:
- Взаимодействует со всеми веществами, включая лед.
- На холоде чистый цезий окисляется.
- Это легкоплавкий металл: плавится при +29°C, летом может растекаться даже при комнатной температуре.
- Сплавы со щелочными металлами плавятся при отрицательных температурах (например, с калием и натрием – при минус 78°С).
- Произвольно загорается на воздухе, взрывается в воде, льду при температуре выше минус 115°C.
- Требует специальных условий хранения: обычное стекло контакта с металлом не выдерживает.
Данные характеристики позволяют отличить цезий от других металлов.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | цезий / caesium (Cs), 55 |
| Атомная масса (молярная масса) |
132,9054519(2) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Xe] 6s1 |
| Радиус атома | 267 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 235 пм |
| Радиус иона | (+1e) 167 пм |
| Электроотрицательность | 0,79 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | -2,923 |
| Степени окисления | 0; +1 |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
375,5 (3,89) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 1,873 г/см³ |
| Температура плавления | 28,7 °C; 28,5 °C; 28,44 °C |
| Температура кипения | 667,6 °C; 688 °C; 669,2 °C |
| Уд. теплота плавления | 2,09 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 68,3 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 32,21 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 70,0 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированная |
| Параметры решётки | 6,140 Å |
| Температура Дебая | 39,2 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 35,9 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-46-2 |
Цезий сопоставим с францием. Но франций еще неустойчивее, поэтому пока существует умозрительно.
Месторождения
Крупных месторождений руды единицы:
- 70% разведанных запасов сырья приходится на Канаду. Она же – поставщик металла на глобальный рынок номер один.
- Запасами располагают Италия, Намибия, Зимбабве, Монголия, Казахстан.
- У России источники сырья – Кольский полуостров, Забайкалье, Восточные Саяны.
Цезий редок, годовая глобальная добыча обогащенной руды измеряется 20-22 тоннами, металла – 9 тонн. Потребность – вчетверо больше.
Литр морской воды содержит 0,000005 г цезия. Тонна земной коры – 3,7 г, самые «богатые» минералы – до 15 г.
Химическая активность вещества усложняет добычу.
Технология получения
Металлический цезий получают лабораторно и промышленными методами:
- Промышленное производство основано на извлечении соединений цезия из поллуцита. Минерал обрабатывается теплой соляной кислотой, осаждается, промывается горячей водой либо аммиачным составом.
- Способ получения особо чистого металла многоступенчат. Предусмотрена прогонка через специальные фильтры для отделения механических примесей, нагреванием устраняются остатки газов. Первый и заключительный этапы – ректификация в вакууме и кристаллизация (по несколько раз).
Получение металла чистоты выше 99% (четыре либо пять девяток) – одна из технологически сложнейших проблем металлургии металлов редкого сегмента.
Где используется
Химические особенности ограничивают применение цезия. При использовании он рассеивается, что исключает повторные циклы. Несмотря на эти недостатки, материал идет нарасхват.
Достоинствами металла обусловлена его востребованность ядерной энергетикой, радиоэлектроникой, электро- и рентгенотехникой, химпромом, медициной.
Цезий как металл либо его соединения содержит разная продукция:
- Фотоэлементы.
- Детекторы ионизированных частиц.
- Энергоемкие аккумуляторы.
- Катализаторы в органическом и неорганическом синтезе (часто – в сплаве с рубидием).
- Оптика специального назначения – оптические прицелы, аппаратура для обнаружения объектов с земной орбиты, очки, другие гаджеты ночного видения.
- Медицинские препараты для лечения нервных патологий (шизофрения, депрессия, шок), язвы ЖКТ, дифтерии. Радиотерапию задействуют при онкологии.
Цезием-137 стерилизуют продукты питания (консервы, мясо), медицинский инструментарий, аптечный ассортимент.
Спектрометром на основе цезия исследовалась структура поверхности Марса.
«Сердце» атомных часов – атом цезия-9193. Эта частота – «цезиевый стандарт» – эталон времени для определения секунды в Сети, инфраструктуре сотовой связи, GPS.
Цены
В России продают металл и соединения. Цена цезия чистоты 99,9% – 4,3-4,5 тыс. руб. за грамм.
Значение для человека
Микродозы цезия обнаружены в большинстве организмов. В химических соединениях токсичность металла минимальна.
Жизненные процессы
Солями металла лечат гипотонию. Их свойство стабилизировать давление и работу сосудов открыл светило мировой науки русский врач Сергей Боткин в 1888 году.
Значение цезия как биологического компонента еще выясняется:
- Вероятно, он поддерживает гомеостаз организма.
- Оптимизирует процесс кроветворения, повышает уровень гемоглобина.
Установлено, что вещество:
- Помогает укреплять иммунитет.
- Восстанавливает тонус ЦНС.
- Задействован в газовом обмене, повышая сопротивляемость организма кислородному голоданию.
- Повышает уровень адреналина.
Суточная потребность человека в цезии не определена.
Попавшее в организм вещество всасывается кровью, усваивается ЖКТ. Выводится естественным путем.
4/5 цезия аккумулируется мышцами, остальное делят скелет, сердце, печень, кровь.
Питание
Цезием насыщенны пресноводная растительность, полярная флора и фауна (лишайники, оленина, мясо гагар, других птиц).
Среди продуктов питания это листья салата, грибы (маслята, опята, моховики).
Симптомы дефицита
О нехватке вещества у детей сигнализирует плохой аппетит, задержка физического и умственного развития.
Предупреждение
Угрозу представляет цезий-137, продукт ядерного синтеза. Даже микродозы вызывают лучевую болезнь.
Как примесь металл присутствует в морганите, амазоните, пеццоттаите (цезиевом берилле), лепидолите, других самоцветах. Это нужно учитывать собирателям минералогических коллекций. То есть хранить экспонаты в соответствующих условиях.
Загрузка...
