Химически елемент на цезий: характеристики, формула, свойства

Характеристиките на цезий, неговите структурни особености и качества, присъщи на този елемент, задължително преминават в хода на химията. Не само учениците, но и студентите от химическите специалности трябва да познават специфичните особености на това съединение. Употребата на цезий в момента е доста широка - но в определена област. В много отношения това се дължи на факта, че при стайна температура елементът придобива течно състояние и практически не се среща в чиста форма. Понастоящем само пет метала имат сходни качества. Свойствата на цезий определят интереса на учените и възможността за използване на съединението.

За какво говорим?

Мекият метал на цезий се обозначава в периодичната таблица със символите Cs. Серийният му номер е 55. Мекият метал има сребрист, златист цвят. Точката на топене е 28 градуса по Целзий.

Цезийът е алкален метал, чиито качества и характеристики са подобни на калий, рубидий. Структурата на цезий води до повишена реактивност. С водата, металът може да реагира при температура по скалата на Целзий от 116 градуса под нулата. Химическият елемент на цезий има висока пирофоричност. Той се получава от polulzit. Много от радиоактивните изотопи на цезий (включително цезий 137, който намери активна употреба) се получават по време на обработката на отпадъците, генерирани от експлоатацията на ядрен реактор. Цезий 137 е резултат от реакцията на разцепване.

Исторически произход

Заслугата за откриването на електронната формула на цезий принадлежи на химици от Германия, изключителни умове в своята област Kirchhoff, Bunsen. Това събитие се случи в далечната 1860 година. По това време единственият просто измислен метод на пламъчната спектроскопия се променя активно, а в хода на експериментите си германски учени открили химичен елемент - цезий, който досега не бил известен на обществеността. По това време цезият е представен като реципиент, който е от значение за фотоклетките, електронните тръби.

Забележителни промени в историята на дефиницията и избора на елемента се случиха през 1967 г. Като се има предвид изявленията на Айнщайн, че скоростта на светлината може да се счита като най-постоянен фактор при измерването, присъщи на нашата вселена, беше решено да се цезий 133. Това е важен момент в разширяване на обхвата на приложение на елемент цезий химическата - по-специално, това се прави атомните часовници.

Цеций през 90-те години

През последното десетилетие на миналия век химичният елемент на цезий започва да се използва от човечеството особено активно. Оказа се, че тя е приложима в работата по сондиране на течности. Също така е възможно да се намери доста широко приложение в химическата промишленост. Оказа се, че цезиев хлорид и неговите други производни могат да се използват при изграждането на сложна електроника.

В същото време, през 90-те години, специалното внимание на научната общност бе приковано към всичко, което може да се превърне в нова дума в ядрената и ядрената енергия. Тогава беше най-старателно проучения радиоактивен цезий. Открито е, че полуживотът на този компонент изисква около три десетилетия. Понастоящем радиоактивните изотопи на цезий са намерили широко приложение в хидрологията. Без тях медицината и индустрията не могат да се справят. Най-широко използваният радиоактивен изозиев цезий 137. Цезийът се характеризира с ниско ниво на отравяне, докато радиоактивните производни в голяма концентрация могат да навредят на природата и човека.

Физически параметри

Специфичността на цезий (както и цезиев хлорид и други производни на този метал) създават възможности за широко използване на продукта. Сред другите елементи цезият има най-малкия индекс на твърдост - само 0,2 единици по скалата Mohs. В допълнение към мекотата, металът се характеризира с съответствие. В нормалното състояние правилната формула за електронен цезий дава възможност да се образува материал, който е бледо на цвят, който може да промени боята до по-тъмна при най-малък контакт с кислородни съединения.

Точката на топене на метала е само 28 градуса по Целзий, което означава, че съединението принадлежи към броя на петте метала, при стайна температура или близко до това на тези в течната фаза. Дори по-ниска точка на топене от цезий се регистрира само в живак. Точката на кипене на цезий също е ниска - само с живак. Характеристиките на електрохимичния потенциал регулират изгарянето на метала - създават виолетови нюанси или синьо.

Комбинация и характеристики

Цеций има способността да реагира алкални съединения, метали. Също така елементът образува цезиеви оксиди. Освен това се наблюдават реакции с живачни смеси и злато. Характеристиките на взаимодействие с други съединения, както и температурните режими, при които реакциите са възможни, обявяват възможни интерметални съединения. По-специално, цезият е изходният компонент за образуването на фоточувствителни съединения. За целта се извършва метална реакция с участието на торий, антимон, галий, индий.

В допълнение към цезиев оксид, интересът на химиците се дължи на резултатите от взаимодействието с редица алкални елементи. В същото време трябва да се има предвид, че металът не може да реагира с литий. Всяка от цезиевите сплави има своя собствена сянка. Някои смеси са черно-виолетови, други са боядисани в златен оттенък, докато други са почти безцветни, но с подчертан металически блясък.

Химически характеристики

Най-силната характеристика на цезий е неговата пирофоричност. Освен това вниманието на учените е привлечено и от електрохимичния потенциал на метала. Цеций може спонтанно да се запали във въздуха. Когато взаимодейства с вода, възниква експлозия, дори ако реакционните условия поемат ниски температури. Цезийът от първата група на химическата маса на Менделеев се различава значително в това отношение. При взаимодействието на цезий и вода в твърда форма протича и реакция.

Това беше разкрито полуживот цезият продължава около три десетилетия. Материалът е бил опасен поради характеристиките му. За да се работи с цезий, е необходимо да се създаде атмосфера на инертен газ. Същевременно експлозията в контакт с вода с равно количество натрий и цезий във втория случай ще бъде забележимо по-слаба. Химиците обясняват това със следната особеност: когато цезият е в контакт с вода, възниква моментна експлозивна реакция, т.е. няма достатъчно дълъг интервал от време за натрупването на водород. Оптималният метод за съхраняване на цезий е запушените контейнери от боросиликатно съединение.

Цезий: в състава на съединенията

Цезий в съединенията действа като катион. Има много различни аниони, с които е възможна реакция на образуване на съединение. Повечето от цезиевите соли нямат цвят, освен ако оцветяването не се дължи на аниона. Простите соли са хигроскопични, макар и в по-малка степен, отколкото другите леки метали-основи. Много от водата са разтворени.

Двойни соли имат относително ниска степен на разтворимост. Това е широко приложение в индустрията. Например, алуминиеви цезиев сулфат се използва активно в инсталациите за пречистване на руда поради ниската си разтворимост във вода.

Цеций: уникален и полезен

Визуално този метал е подобен на злато, но леко по-лек от най-популярния благороден метал. Ако вземете цезий в ръката си, то ще се разтопи бързо и полученото вещество ще се движи, ще промени леко цвета - по-близо до сребро. В стопеното състояние на цезий то отразява отлично лъчите на светлината. От алкалните метали се счита, че цезият е най-тежкият, като в същото време има най-ниска плътност.

Историята на откриването на цезий съдържа препратки към източника на Дюрхейм. Оттук беше изпратена проба вода за лабораторно изследване. По време на анализа на съставните компоненти, специално внимание беше обърнато на решаването на въпроса: кой елемент осигурява медицинските качества на течността? Германският учен Бънсен реши да приложи метода на спектралния анализ. Тогава имаше две неочаквани линии на синьо оттенък, които не бяха характерни за връзките, известни по онова време. Цветът на тези групи помогна на учените да изберат име за новия компонент - небесното синьо на латински звучи като "цезий".

Къде мога да ви намеря?

Както се разкрива по време на дълги тестове, цезият е разпръснат елемент, който е изключително рядък по своя характер. По този начин, чрез извършване на сравнителен анализ на съдържанието в кората на планетата рубидиум и цезий, учените установиха, че втората по-малко от сто пъти. Приблизителната оценка на концентрацията дава индекс от 7 * 10 (-4)%. Никой друг по-нечувствителен метод, отколкото спектроскопията, просто не би ни позволил да разкрием такава рядка връзка. Това обяснява факта, че по-ранните учени дори не подозират съществуването на цезий.

Сега беше възможно да се разбере какво е по-често срещано в цезий в скалите, извлечени в планините. Концентрацията му в този материал не надвишава хилядна от процента. Категорично малки количества бяха регистрирани във водите на моретата. До десети от процента от нивото на концентрация в литиеви, калиеви минерални съединения. Най-често той може да бъде идентифициран в лепидолита.

Подобна, но напълно различна

При сравняване на отличителните белези на цезий и рубидий, както и на други изключително редки елементи, беше възможно да се разкрие, че цезият се характеризира с образуването на уникални минерали, които други съединения не са способни. По този начин се получава полилуцитът, родоцитът, агогадритът.

Родиците, както учените са открили, са изключително редки. По същия начин е много трудно да се намери авогъдрит. Pollucite е малко по-често, в някои случаи са намерени малки находища. Те имат много ниска мощност, но съдържат цезий в размер на 20-35% от общата маса. Най-важното от гледна точка на обществеността е, че в американските черва и на територията на Русия са намерени поултуси. Също така има и шведско развитие, Казахстан. Известно е, че полилуцитът се намира в югозападната част на африканския континент.

Работата продължава

Не е тайна, че отварянето на елемент и получаването му в чиста форма са две напълно различни задачи, макар и свързани един с друг. Когато стана ясно, че цезият е много рядък, учените започнаха да разработват методи за синтез на метал в лабораторни условия. Отначало изглеждаше, че това е напълно невъзможна задача, ако използвахме средствата и техниките, налични по онова време. Bunsen в продължение на много години и не е могъл да изолира металния цезий в неговата чиста форма. Само две десетилетия по-късно усъвършенстваните химици най-накрая биха могли да решат този проблем.

Пробивът настъпва през 1882 г., когато Шведберг от Швеция провежда електролизата на сместа на четири части, състоящи се от цезиеви цианиди, към които е смесена една част от барий. Последният компонент се използва, за да се намали точката на топене. Цианидите, както вече знаеха учените, бяха много опасни компоненти. В същото време се образува замърсяване за сметка на барий, което прави невъзможно получаването на повече или по-малко задоволително количество цезий. Ясно е, че методологията изисква значителни подобрения. Добро предложение в тази област бе предложено за обсъждане от научната общност Бекетов. Тогава вниманието бе привлечено от цезиев хидроксид. Ако възстановим това съединение, използвайки магнезиев метал, повишавайки топлината и използвайки водороден ток, можем да постигнем малко по-добър резултат от този, доказан от шведския химик. Въпреки това, реалните експерименти показаха, че добивът е половината от изчисленото на теория.

Какво следва?

Цесий продължава да бъде в центъра на вниманието на международната химическа научна общност. По-специално, в своите изследвания той отделя много усилия и време на френския учен Akspil. През 1911 г. той предложи радикално нов подход към проблема с извличането на чист цезий. Необходимо е да се извърши реакцията във вакуум, се взема като метален хлорид изходен материал и се използва за нейното възстановяване калциев метал.

Такава реакция, както се вижда от експериментите, възниква почти до края. За да се постигне достатъчно ефект, е необходимо да се използва специално устройство. В лабораториите обикновено прибягват до огнеупорно стъкло или използват кварцови резервоари. Устройството трябва да има израстване. Вътре се поддържа налягане от порядъка на 0,001 mm Hg. Чл. За успешна реакция е необходимо да се осигури нагряване на контейнера до 675 градуса по Целзий. В същото време се освобождава цезий, който се изпарява почти веднага. Двойките преминават в процеса, предназначен за това. Но калиевият хлорид се установява главно директно в реактора. При дадените условия летливостта на тази сол е толкова малка, че тя може да бъде игнорирана изцяло, тъй като за това съединение характеристичната температура на топене е 773 градуса (според една и съща скала по Целзий). Това означава, че утайката може да се стопи, ако контейнерът е прегряван със стотина градуса спрямо желаното. За да се постигне най-ефективният резултат, е необходимо да се проведе повторен процес на дестилация. За да направите това, създайте вакуум. Продукцията ще бъде идеален метален цезий. Понастоящем описаната техника се използва най-широко и се счита за оптимална за получаването на съединението.

Дейност и реакции

В хода на многобройните изследвания учените са успели да определят, че цезият се характеризира с изненадваща активност, която обикновено не е характерна за металите. При контакт с въздуха възниква запалване, което води до отделяне на супероксид. Получаването на оксид може да бъде, ако ограничите достъпа на кислорода до реагентите. Възможно е да се образуват субоксиди.

Ако цезиев е в контакт с фосфор, сяра, халоген, тя предизвиква реакция се придружава от експлозия. Също така експлозията съпътства реакцията с вода. Използването на мухъл, стъклото може да се изправи пред факта, че капацитетът на буквално разбива на парчета. Също така е възможно да реагирате с лед, ако температурата в скалата на Целзий не е по-ниска от 116 градуса. В резултат на тази реакция се получава водород, хидроксид.

Хидроксид: Характеристики

По време на проучването на реакционните продукти, произведени от цезий, химиците установено, че получената хидроксид - е много силна основа. Взаимодействаме с него, трябва да се помни, че високата концентрация на това съединение може лесно да се унищожи стъклото дори и без допълнително отопление. Но с повишаване на температурата, хидроксид лесно се топи никел, желязо, кобалт. Ефектът върху циркониевия диоксид, корунд и платина ще бъде подобен. Ако кислород участва в реакцията, цезиев хидроксид изключително бързо унищожава сребро, злато. Ако ограничим потока на кислород, процесът продължава относително бавно, но все още не спира. Устойчивостта на цезиев хидроксид е притежание на родий и няколко сплави от това съединение.

Приложете мъдро

Не само цезий, но и известни на базата на този метал съединения в момента се използват много широко. Без тях е невъзможно да си представим дизайна на радиотехниката, те са незаменими в електрониката. Съединението и вариациите на цезий се използват активно в химията, промишлеността, офталмологията и медицината. Цезий също не се пренебрегва в рамките на разработването на технологии, приложими в космическото пространство, както и в ядрената енергетика.

Сега е общоприето да се използва цезий в дизайна на фотоклетките. Бромид, йодид от този метал е необходим за създаването на инфрачервени системи за виждане. Произведените единични кристали могат да се използват като елементи на детектори, които позволяват фиксиране на йонизиращото лъчение. Някои съединения на основата на цезий се използват активно като катализатори в процесите на промишлеността. Това е необходимо, когато се създава амоняк етилен оксид и производството на бутадиен.

Радиация и цезий

Най-голямо внимание на учените е привлечено от изотопа цезий 137. Принадлежи към категорията бета емитери. Понастоящем този елемент е незаменим в процеса на стерилизация на хранителни продукти, медицински съединения. За него е прието да се пристъпи към лечение на злокачествени новообразувания. Съвременните подходи дават възможност да се използва елементът в откриването на гама-лъчи. Въз основа на това се изграждат сензори за нивото и източници на ток. 137-ият изотоп в околната среда в много голяма степен падна след аварията в атомната електроцентрала в Чернобил. Той е този, който е един от най-важните фактори на замърсяването след тази катастрофа.

137-ата не е единственият радиоактивен изотоп на цезий, който е намерил приложение в съвременната индустрия. По този начин атомният часовник се създава върху цезиевия изотоп 133. Понастоящем той е най-точният инструмент, който позволява да се контролира ходът на времето. Една секунда, както учените са открили в хода на високо прецизни изследвания, са периодите на радиация от 9192631770. Това прави възможно използването на атома на цезиевия изотоп 133 като стандарт за определяне на честотата и времето.