Cesium | ||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Xenon | Baryum → | ||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||
Vzhled jednoduché látky | ||||||||||||||||||||||||||||
Vzorek cesia | ||||||||||||||||||||||||||||
Vlastnosti atomu | ||||||||||||||||||||||||||||
Jméno, symbol, číslo | cesium / cesium (Cs), 55 | |||||||||||||||||||||||||||
Skupina , období , blok |
1 (zastaralé 1), 5, p-prvek |
|||||||||||||||||||||||||||
atomová hmotnost ( molární hmotnost ) |
132.9054519(2) [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||||||||||||||||||||||||||
Elektronická konfigurace | [Xe] 6s 1 | |||||||||||||||||||||||||||
Poloměr atomu | 267 hodin | |||||||||||||||||||||||||||
Chemické vlastnosti | ||||||||||||||||||||||||||||
kovalentní poloměr | 235 hodin | |||||||||||||||||||||||||||
Poloměr iontů | (+1e) 167 hodin | |||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativita | 0,79 (Paulingova stupnice) | |||||||||||||||||||||||||||
Elektrodový potenciál | -2,923 | |||||||||||||||||||||||||||
Oxidační stavy | 0, +1 | |||||||||||||||||||||||||||
Ionizační energie (první elektron) |
375,5 (3,89) kJ / mol ( eV ) | |||||||||||||||||||||||||||
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky | ||||||||||||||||||||||||||||
Hustota (v n.a. ) | 1,873 g/cm³ | |||||||||||||||||||||||||||
Teplota tání | 28,44 °C [4] | |||||||||||||||||||||||||||
Teplota varu | 667,6 °C [2] ; 688 °C [3] ; 669,2 °C [4] | |||||||||||||||||||||||||||
Oud. teplo tání | 2,09 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||
Oud. výparné teplo | 68,3 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||
Molární tepelná kapacita | 32,21 [4] J/(K mol) | |||||||||||||||||||||||||||
Molární objem | 70,0 cm³ / mol | |||||||||||||||||||||||||||
Krystalová mřížka jednoduché látky | ||||||||||||||||||||||||||||
Příhradová konstrukce | Krychlové tělo uprostřed | |||||||||||||||||||||||||||
Parametry mřížky | 6,140 Å _ | |||||||||||||||||||||||||||
Debyeho teplota | 39,2 tisíc _ | |||||||||||||||||||||||||||
Další vlastnosti | ||||||||||||||||||||||||||||
Tepelná vodivost | (300 K) 35,9 W/(m K) | |||||||||||||||||||||||||||
Číslo CAS | 7440-46-2 | |||||||||||||||||||||||||||
Emisní spektrum | ||||||||||||||||||||||||||||
nejdéle žijící izotopy | ||||||||||||||||||||||||||||
|
55 | Cesium |
Čs132,9055 | |
[Xe]6s 1 |
Cesium ( chemická značka - Cs , z lat. Cesium ) je chemický prvek 1. skupiny (podle zastaralé klasifikace - hlavní podskupina první skupiny, IA), šesté periody periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 55.
Jednoduchá látka cesium je měkký, viskózní stříbrno-žlutý alkalický kov . Cesium získalo svůj název podle barvy dvou jasně modrých čar v emisním spektru (z latinského caesius - nebesky modrá).
Cesium bylo objeveno v roce 1860 německými vědci R. V. Bunsenem a G. R. Kirchhoffem ve vodách minerálního pramene Bad Dürkheim v Německu pomocí optické spektroskopie , čímž se stalo prvním prvkem objeveným pomocí spektrální analýzy . Cesium bylo poprvé izolováno v čisté formě v roce 1882 švédským chemikem K. Setterbergem při elektrolýze taveniny směsi kyanidu česného ( CsCN ) a barya .
Hlavním cesiovým minerálem je pollucit . Ve formě nečistot je cesium obsaženo v řadě hlinitokřemičitanů : lepidolit , flogopit , biotit , amazonit , petalit , beryl , zinnwaldit , leucit , karnallit . Nachází se také ve vzácném minerálu avogadrite . Pollucit a lepidolit se používají jako průmyslové suroviny .
Potvrzené světové zásoby cesia na začátku roku 2012 se odhadují na 70 000 tun [6] .
Kanada vede v těžbě cesiové rudy ( pollucit ) - na ložisku Tanko(jihovýchodní Manitoba , severozápadní břeh Bernick Lake ) obsahuje asi 70 % světových zásob cesia. Pollucit se těží také v Namibii a Zimbabwe . V Rusku jsou ložiska pollucitu na poloostrově Kola , ve východních Sajanech a Zabajkalsku . Ložiska pollucitu jsou také v Kazachstánu , Mongolsku a Itálii ( ostrov Elba ), ale mají malé zásoby a nemají velký ekonomický význam [6] .
Světová produkce obohacené cesiové rudy je asi 20 tun ročně. Světová produkce kovového (čistého) cesia je asi 9 tun ročně [6] .
Některé zdroje [7] tvrdí, že poptávka po cesia je více než 8,5krát vyšší než jeho produkce, že situace v metalurgii cesia je ještě alarmující než např. v metalurgii tantalu nebo rhenia a výrobci nemohou vyhovět stále rostoucí poptávka po kovovém cesiu.
Průměrný obsah cesia v zemské kůře je 3,7 g/t . Dochází k určitému zvýšení obsahu cesia z ultrabazických hornin ( 0,1 g/t ) na kyselé ( 5 g/t ). Většina jeho hmoty je v přírodě v difúzní formě a jen malá část je obsažena ve vlastních cesiových minerálech ( pollucit atd.). Neustále zvýšené množství cesia je pozorováno v morganitu (1-4 %), rhodicitu (asi 5 %), avogadritu a lepidolitu (0,85 %). Z hlediska krystalických vlastností je cesium nejblíže rubidiu, draslíku a thalia. Ve zvýšeném množství se cesium nachází v minerálech draslíku. Cesium, stejně jako rubidium, má tendenci se hromadit v pozdních fázích magmatických procesů a jeho koncentrace dosahují nejvyšších hodnot v pegmatitech. Průměrný obsah cesia v granitických pegmatitech je asi 0,01 % a v jednotlivých pegmatitových žilách obsahujících pollucit dosahuje dokonce 0,4 %, což je asi 40x více než v granitech. Nejvyšší koncentrace cesia jsou pozorovány ve vzácných kovech substituovaných mikroklinně-albitových pegmatitech se spodumenem. Při pneumatoliticko-hydrotermálním procesu je zvýšené množství cesia spojeno s masivy greisenizovaných alaskitů a granitů s křemenno-beryl-wolframitovými žilami, kde je přítomen především v muskovitech a živcích. V zóně hypergeneze (za povrchových podmínek) se cesium v malých množstvích hromadí v jílech, jílovitých horninách a půdách obsahujících jílové minerály, někdy v hydroxidech manganu. Maximální obsah cesia je pouze 15 g/t . Úloha jílových minerálů je redukována na sorpci, cesium je zapojeno v mezipaketovém prostoru jako absorbovaná báze. Aktivní migrace tohoto prvku ve vodách je velmi omezená. Hlavní množství cesia migruje „pasivně“, v jílových částicích říčních vod. V mořské vodě je koncentrace cesia cca. 0,5 ug/l [8] . Z vlastních cesiových minerálů jsou nejčastější pollucit (Cs, Na)[AlSi 2 O 6 ] n H 2 O (22–36 % Cs 2 O), beryl cesium ( pezzottait ) Be 2 CsAl 2 (Si 6 O 18 ) a avogadrit (KCs) BF4 . Poslední dva minerály obsahují až 7,5 % oxidu cesného. Dalšími cesiovými minerály jsou také známé galkhait (Cs,Tl)(Hg,Cu,Zn) 6 (As,Sb) 4 S 12 a margaritasit (Cs,K,H 3 8O2V2)2(UO2)O _ _
Známé izotopy cesia s hmotnostními čísly od 112 do 151 (počet protonů 55, neutronů od 57 do 96) a 22 jaderných izomerů . [9] Přírodní cesium je monoizotopický prvek skládající se z jediného stabilního izotopu 133 Cs .
Nejdéle žijící umělý radioaktivní nuklid cesia je 135 Cs s poločasem rozpadu T 1/2 asi 2,3 milionu let. Dalším relativně dlouhotrvajícím izotopem je 137 Cs ( T 1/2 = 30,17 let ).
Cesium-137 je jedním z viníků radioaktivní kontaminace biosféry , protože vzniká při jaderném štěpení v jaderných reaktorech a při testování jaderných zbraní . Cesium-137 podléhá beta rozpadu , dceřinému izotopu stabilního barya-137 .
Kompletní elektronová konfigurace atomu cesia je: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 1
Cesium je měkký kov, díky nízkému bodu tání ( T melt = 28,6 °C ) je při pokojové teplotě v polotekutém stavu. Tvrdost cesia na Mohsově stupnici je 0,2.
Cesiový kov je zlatobílá látka vzhledově podobná zlatu , ale světlejší barvy. Tavenina je pohyblivá kapalina, přičemž její barva se stává stříbřitější. Tekuté cesium dobře odráží světlo. Páry cesia jsou zbarveny do zelenomodré.
Cesium tvoří krystaly kubické soustavy (tělesně centrovaná mřížka), prostorová grupa Im 3 m , parametry buňky a = 0,6141 nm , Z = 2 . Při vysokém tlaku může přecházet do dalších polymorfních modifikací [10] . Cesium je paramagnet .
Cesium se rozpouští v kapalném čpavku (tmavě modré roztoky) a roztaveném CsOH.
Cesium tvoří nízkotavitelné slitiny s jinými alkalickými kovy. Jeho slitina s draslíkem a sodíkem má bod tání −78 °C.
Cesium je nejreaktivnější kov , s výjimkou radioaktivního francia , které se v přírodě prakticky nevyskytuje. Je to nejsilnější restaurátor. Na vzduchu cesium okamžitě oxiduje zapálením za vzniku superoxidu CsO 2 .
Při omezeném přístupu kyslíku nebo v chladu oxiduje na oxid Cs 2 O .
K interakci s vodou dochází výbuchem, produktem interakce je hydroxid česný a vodík H 2 .
Cesium reaguje s ledem (i při −120 °C), jednoduchými alkoholy , organohalogenidy, halogenidy těžkých kovů , kyselinami , suchým ledem (interakce probíhá silnou explozí). Reaguje s benzenem . Aktivita cesia je dána nejen vysokým záporným elektrochemickým potenciálem , ale také nízkým bodem tání a varu (rychle vzniká velmi velká kontaktní plocha, která zvyšuje množství současně reagující látky).
Mnohé soli tvořené dusičnany cesnými , chloridy , bromidy , fluoridy , jodidy , chromany , manganany , azidy , kyanidy , uhličitany atd. - jsou extrémně snadno rozpustné ve vodě a řadě organických rozpouštědel ; chloristany jsou nejméně rozpustné (což je důležité pro technologii získávání a čištění cesia). Navzdory skutečnosti, že cesium je velmi aktivní kov, na rozdíl od lithia za normálních podmínek nereaguje s dusíkem a na rozdíl od barya , vápníku , hořčíku a řady dalších kovů není schopno tvořit sloučeniny s dusíkem ani při silném zahřátí. .
Hydroxid česný je nejsilnější zásadou s nejvyšší elektrickou vodivostí ve vodném roztoku; takže např. při práci s ním je třeba počítat s tím, že koncentrovaný roztok CsOH ničí sklo i při běžné teplotě a tavenina ničí železo , kobalt , nikl , ale i platinu , korund a oxid zirkoničitý , ba i postupně ničí stříbro a zlato (v přítomnosti kyslíku velmi rychle). Jediným kovem stabilním v tavenině hydroxidu česného je rhodium a některé jeho slitiny.
Cesium je velmi aktivní a agresivní vůči obalovým materiálům a vyžaduje skladování např. v nádobách ze speciálního skla v atmosféře argonu nebo vodíku (cesium ničí běžné jakosti laboratorního skla).
Cesium je schopno přidat se k ethylenu za vzniku dicesioethylenu CsCH 2 CH 2 Cs.
V průmyslové výrobě se cesium ve formě sloučenin získává z minerálu pollucit. To se provádí otevřením chloridu nebo síranu. První zahrnuje úpravu původního minerálu zahřátou kyselinou chlorovodíkovou , přidání chloridu antimonitého SbCl 3 k vysrážení sloučeniny Cs 3 [Sb 2 Cl 9 ] a promytí horkou vodou nebo roztokem amoniaku za vzniku chloridu česného CsCl . Ve druhém případě se minerál zpracuje zahřátou kyselinou sírovou za vzniku kamence cesného CsAl(SO 4 ) 2 12H 2 O.
K získání cesia dostatečného stupně čistoty je nutná vícenásobná rektifikace ve vakuu, čištění od mechanických nečistot na cermetových filtrech, zahřívání getry k odstranění stop vodíku , dusíku , kyslíku a vícenásobná stupňovitá krystalizace .
Obtíže při získávání cesia určují neustálé hledání jeho nerostů: těžba tohoto kovu z rud je neúplná, materiál se během provozu rozptyluje a nenávratně ztrácí Průmysl potřebuje velmi čistý materiál (na úrovni 99,9–99,999 %), a to je jeden z nejobtížnějších úkolů.v metalurgii vzácných prvků .
V Rusku se zpracování a extrakce cesiových solí z pollucitu provádí v Novosibirsku v závodě ZAO Rare Metals Plant .
Existuje několik laboratorních metod pro získání cesia [11] . Lze jej získat:
Všechny metody jsou náročné na práci. Druhý způsob umožňuje získat vysoce čistý kov, je však výbušný a jeho realizace vyžaduje několik dní.
Cesium našlo uplatnění až na počátku 20. století, kdy byly objeveny jeho minerály a vyvinuta technologie jeho získávání v čisté formě. V současné době se cesium a jeho sloučeniny používají v elektronice , rádiu , elektrotechnice , rentgenovém inženýrství , chemickém průmyslu , optice, lékařství a jaderné energetice . V zásadě se používá stabilní přírodní cesium-133 a v omezené míře jeho radioaktivní izotop cesium-137, izolovaný ze sumy štěpných fragmentů uranu , plutonia , thoria v reaktorech jaderných elektráren .
Vzhledem k extrémně nízké pracovní funkci elektronu se cesium používá při výrobě vysoce citlivých a rychle reagujících fotovoltaických zařízení - fotočlánků , fotonásobičů . Ve fotovoltaických článcích se cesium obvykle používá jako slitiny s antimonem , vápníkem , bariem , hliníkem nebo stříbrem , které se zavádějí pro zvýšení účinnosti zařízení a také pro úsporu extrémně drahého cesia. Takové fotobuňky jsou schopné pracovat v širokém rozsahu vlnových délek: od daleké infračervené až po krátkovlnnou ultrafialovou oblast elektromagnetického záření , díky čemuž jsou cesiové fotočlánky účinnější než rubidiové .
Jodid česný ve formě monokrystalů (obvykle aktivovaných malou příměsí thalia ) je jedním z nejběžnějších scintilátorů - látek, které přeměňují energii ionizujícího záření na světlo. Je to dáno vysokou absorpční účinností gama záření díky velkému atomovému číslu obou hlavních složek jodidu česného a také vysokému světelnému výkonu tohoto scintilátoru. Detektory nabitých částic a na nich založené gama záření se používají v jaderné technice, geologii, medicíně a kosmickém výzkumu. Například bylo provedeno měření elementárního složení povrchu Marsu pomocí CsI(Tl) gama spektrometru instalovaného na kosmické orbitě Mars-5 . Nevýhodou tohoto scintilátoru je určitá hygroskopičnost, díky které může být dlouhodobě používán bez utěsněného pláště pouze v dostatečně suchém vzduchu. Jeho hygroskopicita je však řádově nižší než u jiného běžného scintilátoru, jodidu sodného .
Jodid a bromid česný se používají jako optické materiály ve speciální optice - infračervené přístroje, brýle a dalekohledy pro noční vidění, zaměřovače, detekce nepřátelského vybavení a živé síly (i z vesmíru).
V elektrotechnice se cesium používá při výrobě světelných trubic, a to ve formě sloučenin se zirkoniem nebo cínem (metazirkoničany cesné a ortostanany cesné). Spolu s jinými kovy se cesium používá k plnění plynových výbojkových halogenidových výbojek.
Cesium našlo široké uplatnění v průmyslové chemii jako katalyzátor (organická a anorganická syntéza). Katalytické aktivity cesia se využívá při výrobě čpavku, kyseliny sírové , butylalkoholu , při dehydrogenačních reakcích a při výrobě kyseliny mravenčí . Zvláště účinné je použití cesia jako promotoru při katalytické výrobě amoniaku, syntéze butadienu . V řadě katalyzátorů se osvědčilo použití cesia spolu s rubidiem (oba kovy navzájem výrazně zvyšují katalytickou aktivitu), zejména se používá katalyzátor ruthenium-cesium-uhlík. Cesium podporuje působení stříbrného katalyzátoru a zvyšuje jeho selektivitu při epoxidaci ethylenu .
Na bázi cesia byl vytvořen a je používán vysoce účinný pevný elektrolyt pro palivové články (včetně automobilů) a baterie extrémně vysoké energetické náročnosti, cesium-beta-alumina ( cesium aluminate ).
Gama záření cesium-137 se používá při detekci gama defektů , měřicích zařízeních a při sterilizaci potravinářských výrobků (konzervy, mrtvá těla ptáků a zvířat, maso), jakož i pro sterilizaci léků a léčiv, v radioterapii pro léčbu zhoubných nádorů. Cesium-137 se také používá při výrobě zdrojů radioizotopového proudu , kde se používá ve formě chloridu česného (hustota 3,9 g/cm³ , výdej energie asi 1,27 W/cm³ ). Cesium-137 se používá v limitních senzorech pro sypké látky v neprůhledných nádobách.
Na základě sloučenin cesia byly vytvořeny účinné léky pro léčbu peptických vředů, záškrtu, šoku a schizofrenie. Jeho soli, stejně jako přípravky lithia , jsou schopny vykazovat normothymický účinek [12] .
Významnou oblastí použití kovového cesia je nejnovější a rychle se rozvíjející práce a výroba pohonných jednotek. Cesiové plazma je nejdůležitější a nedílnou součástí generátorů MHD se zvýšenou účinností až 65–70 %.
Vzhledem k tomu, že cesium má vysokou tepelnou kapacitu, tepelnou vodivost a řadu vlastních slitin s velmi nízkým bodem tání (cesium 94,5% a sodík 5,5%) -30°C, používá se jako chladivo v jaderných reaktorech a vysokoteplotní turbínové elektrárny a slitina o složení sodík 12 %, draslík 47 %, cesium 41 % má mezi slitinami rekordně nízkou teplotu tání -78 °C.
Fluorid česný se používá pro piezoelektrickou keramiku , speciální skla. Chlorid cesný je elektrolyt v palivových článcích, tavidlo pro svařování molybdenu. Atomové přechody v páře cesia se používají jako frekvenční standard v atomových hodinách .
Chlorid rubidný a chlorid česný se podílejí na výměně plynů, aktivují činnost oxidačních enzymů, soli těchto prvků zvyšují odolnost organismu proti hypoxii [13] .
Cesium v živých organismech je stálým chemickým stopovým prvkem v organismu rostlin a živočichů. Mořské řasy například obsahují 0,01-0,1 μg cesia na 1 g sušiny, suchozemské rostliny - 0,05-0,2 μg / g . Zvířata přijímají cesium s vodou a potravou. V těle členovců asi 0,067-0,503 μg / g cesia, plazů - 0,04 μg / g , savců - 0,05 μg / g . Hlavním depotem cesia v těle savců jsou svaly, srdce a játra; v krvi - až 2,8 mcg / l . Cesium je relativně málo toxické; jeho biologická role v organismu rostlin a živočichů nebyla plně popsána.
Cesium-137 je radioaktivní izotop cesia, který vyzařuje beta záření a gama záření a je jednou z hlavních složek umělé radioaktivní kontaminace biosféry. Produkt štěpení uranu-235 , uranu-238 , plutonia-239 a dalších štěpných izotopů. Obsaženo v radioaktivním spadu, radioaktivním odpadu, výpustích z rostlin, které zpracovávají odpad z jaderných elektráren. Intenzivně sorbován půdou a spodními sedimenty; ve vodě je převážně ve formě iontů. Nachází se u rostlin, zvířat a lidí. Míra akumulace Cs-137 je nejvyšší u sladkovodních řas a arktických suchozemských rostlin, zejména lišejníků. U zvířat se Cs-137 hromadí hlavně ve svalech a játrech. Nejvyšší koeficient jeho akumulace byl zaznamenán u sobů a severoamerického vodního ptactva. Hromadí se v houbách, z nichž řada ( hřib , mechovky , svinushka , hořkosladká , polská houba ) jsou považovány za „akumulátory“ radiocesia [14] .
Slovníky a encyklopedie |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Řady elektrochemické aktivity kovů | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |
alkalických kovů | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
|
cesia | Sloučeniny|
---|---|
|