1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Кто открыл цезий

Цезий

Цезий (лат. Caesium) — элемент главной подгруппы первой группы шестого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Химический символ — Cs. Атомный номер — 55.
Простое вещество цезий — мягкий щелочной металл серебристо-жёлтого цвета. Является самым сильным восстановителем. Температура плавления металла — 24,5ºC, то есть он буквально тает в руках.
Своё название металл получил за наличие двух ярких синих линий в эмиссионном спектре: от латинского caesius — небесно-голубой.
Цезий был открыт в 1860 году немецкими учёными Р. В. Бунзеном и Г. Р. Кирхгофом в водах Бад-Дюркхаймского минерального источника в Германии методом оптической спектроскопии. Металл стал первым химическим элементом, открытым с помощью спектрального анализа.
В чистом виде цезий впервые был выделен в 1882 году шведским химиком К. Сеттербергом при электролизе расплава смеси цианида цезия (CsCN) и бария.
В природе, благодаря своим свойствам, в чистом виде цезий встречаться не может. Основным цезиевым минералом является поллуцит. В виде примесей цезий входит в ряд алюмосиликатов: амазонит, берилл, биотит, карналлит, лейцит, лепидолит, петалит, флогопит, циннвальдит. Содержится в редком минерале авогадрите. Как промышленное сырье используют лепидолит и поллуцит.
Подтверждённые мировые запасы цезия на начало 2012 года оценивались в 70 000 тонн. Мировая добыча обогащённой руды цезия составляет около 20 тонн в год. Мировой объём производства металлического (чистого) цезия — около 9 тонн в год.
По добыче цезиевой руды (поллуцита) лидирует Канада. В месторождении Танко сосредоточено около 70% мировых запасов цезия. Поллуцит также добывается в Зимбабве и Намибии. В России месторождения поллуцита есть на Кольском полуострове, в Восточном Саяне и Забайкалье. Месторождения поллуцита есть также в Италии, Казахстане и Монголии, но ввиду малых запасов им не придается важное экономическое значение.

Использование цезия
Благодаря высокой чувствительности к излучению, цезий используют при изготовлении фотоэлементов. Обычно это сплавы с барием, кальцием, серебром или сурьмой. Как источник тока металл применяется в топливных элементах. Йодит цезия используют в счетчиках заряженных частиц. Активированный таллием, цезий регистрирует практически любые излучения. Цезиевые детекторы приобретают для атомных предприятий, геологической разведки, медицинских клиник.
Цезий необходим для ряда приборов космической отрасли. На способности улавливать инфракрасные лучи основано применение в оптике. Металл присутствует в биноклях и очках ночного видения, оружейных прицелах.
Металлурги добавляют цезий в сплавы алюминия и магния, тем самым повышая их жаропрочность.

Цезий

Ц е зий (лат. Caesium), Cs, химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 55, атомная масса 132, 9054; серебристо-белый металл, относится к щелочным металлам. В природе встречается в виде стабильного изотопа 133 Cs. Из искусственно полученных радиоактивных изотопов с массовыми числами от 123 до 142 наиболее устойчив 137 Cs с периодом полураспада T1/2 = 33 г.

Историческая справка. Цезий открыт в 1860 Р. В. Бунзеном и Г. Р. Кирхгофом в водах Дюркхеймского минерального источника (Германия) методом спектрального анализа. Назван цезием (от лат. caesius — небесно-голубой) по двум ярким линиям в синей части спектра. Металлический цезий впервые выделил шведский химик К. Сеттерберг в 1882 при электролизе расплавленной смеси CsCN и Ba.

Распространение в природе. Цезий — типичный редкий и рассеянный элемент (см. Рассеянные элементы, Редкие металлы). Среднее содержание цезия в земной коре (кларк) 3,7 × 10 -4 % по массе. В ультраосновных горных породах содержится 1 × 10 -5 % цезия, в основных — 1 × 10 -4 %. Цезий геохимически тесно связан с гранитной магмой, образуя концентрации в пегматитах вместе с Li, Be, Ta, Nb; в особенности в пегматитах, богатых Na (альбитом) и Li (лепидолитом). Известно 2 крайне редких минерала цезия — поллуцит и авогадрит (К, Cs) (BF)4; наибольшая концентрация цезия в поллуците (26—32% Cs2O). Большая часть атомов цезия изоморфно замещает К и Rb в полевых шпатах и слюдах. Примесь цезия встречается в берилле, карналлите, вулканическом стекле. Слабое обогащение цезием установлено в некоторых термальных водах. В целом цезий — слабый водный мигрант. Основное значение в истории цезия имеют процессы изоморфизма и сорбции крупных катионов цезия. В геохимическом отношении цезий близок к Rb и К, отчасти к Ba.

Читать еще:  Где отметить свадьбу

Физические и химические свойства. Цезий — очень мягкий металл; плотность 1,90 г/см 3 (20 °С); tпл 28,5 °С; tкип 686 °С. При обычной температуре кристаллизуется в кубической объёмноцентрированной решётке (а = 6,045 ). Атомный радиус 2,60 , ионный радиус Cs + 1,86 . Удельная теплоёмкость 0,218 кдж/(кг × К) [0,052 кал/(г × о С)]; удельная теплота плавления 15,742 кдж/кг (3,766 кал/г); удельная теплота испарения 610,28 кдж/кг (146,0 кал/г); температурный коэффициент линейного расширения (0—26 °С) 9,7 × 10 -5 ; коэффициент теплопроводности (28,5°С) 18,42 вт/(м × К) [0,44 кал/(см × сек × °С)]; удельное электросопротивление (20 °С) 0,2 мком × м; температурный коэффициент электросопротивления (0—30 °С) 0,005. Цезий диамагнитен, удельная магнитная восприимчивость (18 °С) — 0,1 × 10 -6 . Динамическая вязкость 0,6299 Мн × сек/м 2 (43,4°С), 0,4065 Мн × сек/м 2 (140,5 °С). Поверхностное натяжение (62 °С) 6,75 × 10 -2 н/м (67,5 дин/см); сжимаемость (20 °С) 7,05 Мн/м 2 (70,5 кгс/см 2 ). Энергия ионизации 3,893 эв; стандартный электродный потенциал — 2,923 в, работа выхода электронов 1,81 эв. Твёрдость по Бринеллю 0,15 Мн/м 2 (0,015 кгс/см 2 ). Конфигурация внешних электронов атома цезия 6s 1 ; в соединениях имеет степень окисления + 1.

Цезий обладает очень высокой реакционной способностью. На воздухе мгновенно воспламеняется с образованием пероксида Cs2O2 и надпероксида CsO2; при недостатке воздуха получается оксид Cs2O; известен также озонид CsO3. С водой, галогенами, углекислым газом, серой, четырёххлористым углеродом цезий реагирует со взрывом, давая соответственно гидроксид CsOH, галогениды, оксиды, сульфиды, CsCI. С водородом взаимодействует при 200—350 °С и давлении 5—10 Мн/м 2 (50—100 кгс/см 2 ), образуя гидрид. Выше 300 °С цезий разрушает стекло, кварц и др. материалы, а также вызывает коррозию металлов. Цезий при нагревании соединяется с фосфором (Cs2P5), кремнием (CsSi), графитом (C8Cs и C24Cs). При взаимодействии цезия со щелочными и щёлочноземельными металлами, а также с Hg, Au, Bi и Sb образуются сплавы; с ацетиленом — ацетиленид Cs2C2. Большинство простых солей цезия, особенно CsF, CsCI, Cs2CO3, Cs2SO4, CsH2PO4, хорошо растворимы в воде; малорастворимы CsMnO4, CsClO4 и Cs2Cr2O7. Цезий не принадлежит к числу комплексообразующих элементов, но он входит в состав многих комплексных соединений в качестве катиона внешней среды.

Получение. Цезий получают непосредственно из поллуцита методом вакуумтермического восстановления. В качестве восстановителей используют Ca, Mg, Al и др. металлы.

Различные соединения цезия также получают путём переработки поллуцита. Сначала руду обогащают (флотацией, ручной рудоразработкой и т.п.), а затем выделенный концентрат разлагают либо кислотами H2SO4, HNO3 и др.), либо спеканием с оксидно-солевыми смесями (например, CaO с CaCI2). Из продуктов разложения поллуцита цезий осаждают в виде CsAI (SO4)2 × 12H2O, Cs3[Sb2Cl9] и др. малорастворимых соединений. Далее осадки переводят в растворимые соли (сульфат, хлорид, иодид и др.). Завершающим этапом технологического цикла является получение особо чистых соединений цезия, для чего применяют методы кристаллизации из растворов Cs [l (l)2], Cs3[Bi2l9], Cs2(TeI6] и сорбцию примесей на окисленных активированных углях. Глубокую очистку металлического цезия производят методом ректификации. Перспективно получение цезия из отходов от переработки нефелина, некоторых слюд, а также подземных вод при добыче нефти; цезий извлекают экстракционными и сорбционными методами.

Читать еще:  Почему президент врет

Хранят цезий либо в ампулах из стекла «пирекс» в атмосфере аргона, либо в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного вазелинового или парафинового масла.

Применение. Цезий идёт для изготовления фотокатодов (сурьмяно-цезиевых, висмуто-цезиевых, кислородно-серебряно-цезиевых), Электровакуумных фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей, электронно-оптических преобразователей (см. Электронные приборы, Фотоэлектронная эмиссия). Перспективно применение «цезиевой плазмы» в ионных ракетных двигателях, цезия — в магнитогидродинамических генераторах и в термоэмиссионных преобразователях энергии. Изотопы цезия применяют: 133 Cs в квантовых стандартах частоты, 137 Cs в радиологии. Резонансная частота энергетического перехода между подуровнями основного состояния 133 Cs положена в основу современного определения секунды.

Цезий в организме. Цезий — постоянный химический микрокомпонент организма растений и животных. Морские водоросли содержат 0,01—0,1 мкг цезия в 1 г сухого вещества, наземные растения — 0,05—0,2. Животные получают цезий с водой и пищей. В организме членистоногих около 0,067—0,503 мкг/г цезия, пресмыкающихся — 0,04, млекопитающих — 0,05. Главное депо цезияй в организме млекопитающих — мышцы, сердце, печень; в крови — до 2,8 мкг/л. Цезий относительно малотоксичен; его биологическая роль в организме растений и животных окончательно не раскрыта.

Цезий-137 ( 137 Cs) — бета-гамма-излучающий радиоизотоп цезия; один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Содержится в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций. Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организме животных и человека. Коэффициент накопления 137 Cs наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных 137 Cs накапливается главным образом в мышцах и печени. Наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и северных американских водоплавающих птиц. В организме человека 137 Cs распределён относительно равномерно и не оказывает значительного вредного действия.

Лит.: Плющев В. Е., Степин Б. Д., Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия, М., 1970; их же, Аналитическая химия рубидия и цезия, М., 1975; Коган Б. И., Названова В. А., Солодов Н. А., Рубидий и цезий, М., 1971; Моисеев А. А., Рамзаев П. В., Цезий-137 в биосфере, М., 1975; Mattsson S., Radionuclides in lichen, reindeer and man, Lund, 1972.

История открытия

Открыт цезий сравнительно недавно, в 1860 г., в минеральных водах известных целебных источников Шварцвальда (Баден-Баден и др.). За короткий исторический срок прошел блистательный путь — от редкого, никому не ведомого химического элемента до стратегического металла. Принадлежит к семье редких щелочных легких металлов. Легко взаимодействует с другими элементами, образуя прочные связи. В настоящее время применяется одновременно в нескольких отраслях: в электронике и автоматике, в радиолокации и кино, в атомных реакторах и на космических кораблях.

Впервые он был обнаружен по двум ярким линиям в синей области спектра, и латинское слово «caesius», от которого произошло его название, означает небесно-голубой. Неоспоримо утверждение о том, что цезий практически последний в ряду щелочных металлов. Правда, еще Менделеев предусмотрительно оставил в своей таблице пустую клетку для «экацезия», который должен был следовать в I группе за цезием. И этот элемент (франций) в 1939 г. был открыт. Однако франций существует лишь в виде быстро распадающихся радиоактивных изотопов с периодами полураспада в несколько минут, секунд или даже тысячных долей секунды.

Читать еще:  Как настроить компьютер

Цезий был первым элементом, открытым с помощью спектрального анализа. Ранее соли цезия ошибочно считали солями калия. Ученые, однако, имели возможность познакомиться с этим элементом еще до того, как Бунзен и Кирхгоф создали новый исследовательский метод. Речь идет о пропаже, которая долгие годы не давала покоя химикам. Еще в 1846 году немецкий ученый К. Платтнер занялся исследованием полуцита-минерала, найденного на острове Эльба. Выполнить полный химический анализ минерала было делом не хитрым, но вот загвоздка: как ни складывал Платтнер полученные им результаты, сумма всех составляющих оказывалась равной 93%. Куда же могли подеваться остальные 7%? Почти два десятка лет никто не мог ответить на этот вопрос. И лишь в 1864 году итальянец Пизани представил неопровержимые доказательства того, что виновником «недовеса» был цезий, ошибочно принятый Платтнером за калий — эти элементы состоят в довольно близком химическом родстве, однако цезий в два с лишним раза тяжелее.

Металлический цезий впервые был получен Сеттербергом в 1882 г. электролизом расплавленного цианида цезия. Производство соединений цезия возникло в конце прошлого столетия, а производство металлов цезия было организовано в двадцатых годах прошлого столетия. Однако и в настоящее время их получают в ограниченном количестве.

Описание

Блестящая поверхность металлического цезия имеет бледно-золотистый цвет. Это — один из самых легкоплавких металлов: он плавится при 28,5 °C, кипит при 705 °C в обычных условиях и при 330 °C в вакууме. Легкоплавкость цезия сочетается с большой легкостью. Несмотря на довольно большую атомную массу (132,905) элемента, его плотность при 20 °C всего 1,87. Цезий во много раз легче своих соседей по менделеевской таблице. Лантан, например, имеющий почти такую же атомную массу, по плотности превосходит цезий в три с лишним раза. Цезий всего вдвое тяжелее натрия, а их атомные массы относятся, как 6:1. По-видимому, причина этого кроется в своеобразной электронной структуре атомов цезия. Каждый его атом содержит 55 протонов, 78 нейтронов и 55 электронов, но все эти многочисленные электроны расположены относительно рыхло — ионный радиус цезия очень велик — 1,65 ?*. Ионный радиус лантана, например, равен всего 1,22 ?, хотя в состав его атома входят 57 протонов, 82 нейтрона и 57 электронов. Атомный радиус цезия равен 2,62 ?.

Природный цезий состоит из стабильного нуклида 133 Cs. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 2,9*10 -27 м 2 .
Конфигурация внешней электронной оболочки атома 6s 1 , степень окисления +1; энергия ионизации при переходе Cs >Cs + >Cs 2+ соответствует 3,89397, 25,1 эВ; сродство к электрону 0,47 эВ; электроотрицательность по Полингу 0,7; работа
выхода электрона 1,81 эВ; металлический радиус 0,266 нм, ковалентный радиус 0.235 нм, ионный радиус Cs + 0,181 нм (координационное число 6), 0,188 нм (8), 0,192 нм (9), 0,195 нм (10), 0,202 нм (12).

Содержание цезия в земной коре 3,7·10 -4 % по массе. Минералы цезия — поллуцит (Сs, Nа) [АlSi2O6] ·Н2О (содержание Cs2О 29,8-36,7% по массе) и редкий авогадрит (К, Сs) [ВF4]. Цезий присутствует в виде примеси в богатых калием алюмосиликатах: лепидолите (0,1-0,5% СsО), флогопите (0,2-1,5%) и др., также в карналлите (0,0003-0,002% CsС1), трифилине, в термальных (до 5 мг/л Cs) и озерных (до 0,3 мг/л Cs) водах. Промышленный источники цезия — поллуцит и лепидолит.

Источники:

http://zen.yandex.ru/media/sitemetall/cezii-5a9fb7df9b403c79478e658d
http://www.xumuk.ru/bse/3093.html
http://studbooks.net/2280184/matematika_himiya_fizika/istoriya_otkrytiya

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector