Цезий

(лат. Caesium) Cs, химический элемент I группы периодической системы Менделеева. Атомный номер 55, атомная масса 132, 9054. Серебристо-белый металл, относится к щелочным металлам (См. Щелочные металлы). В природе встречается в виде стабильного изотопа 133Cs. Из искусственно полученных радиоактивных изотопов с массовыми числами (См. Массовое число) от 123 до 142 наиболее устойчив 137Cs с периодом полураспада T1/2 = 33 г. Историческая справка. Ц. Открыт в 1860 Р. В. Бунзеном и Г. Р. Кирхгофом в водах Дюркхеймского минерального источника (Германия) методом спектрального анализа. Назван Ц. (от лат. Caesius — небесно-голубой) по двум ярким линиям в синей части спектра. Металлический Ц. Впервые выделил шведский химик К. Сеттерберг в 1882 при электролизе расплавленной смеси CsCN и Ba.

Распространение в природе. Ц. — типичный редкий и рассеянный элемент (см. Рассеянные элементы, Редкие металлы). Среднее содержание Ц. В земной коре (кларк) 3,7․10-4% по массе. В ультраосновных горных породах содержится 1․10-5% Ц., в основных — 1․10-4%. Ц. 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 Ц. — Поллуцит и авогадрит (К, Cs) (BF)4. Наибольшая концентрация Ц. В поллуците (26—32% Cs2O). Большая часть атомов Ц. Изоморфно замещает К и Rb в полевых шпатах и слюдах. Примесь Ц. Встречается в Берилле, Карналлите, вулканическом стекле. Слабое обогащение Ц. Установлено в некоторых термальных водах.

В целом Ц. — слабый водный мигрант. Основное значение в истории Ц. Имеют процессы Изоморфизма и сорбции крупных катионов Ц. В геохимическом отношении Ц. Близок к Rb и К, отчасти к Ba. Физические и химические свойства. Ц. — очень мягкий металл. Плотность 1,90 г/см3 (20 °С). Tпл 28,5 °С. Tкип 686 °С. При обычной температуре кристаллизуется в кубической объёмноцентрированной решётке (а = 6,045 Å). Атомный радиус 2,60 Å, ионный радиус Cs+ 1,86 Å. Удельная теплоёмкость 0,218 кдж/(кг․К) [0,052 кал/(г․оС)]. 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. Ц. Диамагнитен, удельная магнитная восприимчивость (18 °С) — 0,1․10-6. Динамическая вязкость 0,6299 Мн․сек/м2 (43,4°С), 0,4065 Мн․сек/м2 (140,5 °С). Поверхностное натяжение (62 °С) 6,75․10-2 н/м (67,5 дин/см). Сжимаемость (20 °С) 7,05 Мн/м2 (70,5 кгс/см2). Энергия ионизации 3,893 эв. Стандартный электродный потенциал — 2,923 в, работа выхода электронов 1,81 эв. Твёрдость по Бринеллю 0,15 Мн/м2 (0,015 кгс/см2). Конфигурация внешних электронов атома Ц. 6s1. В соединениях имеет степень окисления + 1. Ц. 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 Ц. Реагирует со взрывом, давая соответственно гидроксид CsOH, галогениды, оксиды, сульфиды, CsCI. С водородом взаимодействует при 200—350 °С и давлении 5—10 Мн/м2 (50—100 кгс/см2), образуя гидрид. Выше 300 °С Ц. Разрушает стекло, кварц и др. Материалы, а также вызывает коррозию металлов. Ц. При нагревании соединяется с фосфором (Cs2P5), кремнием (CsSi), графитом (C8Cs и C24Cs). При взаимодействии Ц. Со щелочными и щёлочноземельными металлами, а также с Hg, Au, Bi и Sb образуются сплавы. С ацетиленом — ацетиленид Cs2C2. Большинство простых солей Ц., особенно CsF, CsCI, Cs2CO3, Cs2SO4, CsH2PO4, хорошо растворимы в воде.

Малорастворимы CsMnO4, CsClO4 и Cs2Cr2O7. Ц. Не принадлежит к числу комплексообразующих элементов, но он входит в состав многих комплексных соединений в качестве катиона внешней среды. Получение. Ц. Получают непосредственно из поллуцита методом вакуумтермического восстановления. В качестве восстановителей используют Ca, Mg, Al и др. Металлы. Различные соединения Ц. 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 Ц. 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 Ц., 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 Ц. Производят методом ректификации. Перспективно получение Ц. Из отходов от переработки Нефелина, некоторых слюд, а также подземных вод при добыче нефти. Ц. Извлекают экстракционными и сорбционными методами. Хранят Ц. Либо в ампулах из стекла «пирекс» в атмосфере аргона, либо в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного вазелинового или парафинового масла. Применение. Ц. 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, Ц. — в магнитогидродинамических генераторах (См. Магнитогидродинамический генератор) и в термоэмиссионных преобразователях энергии (См. Термоэмиссионный преобразователь энергии). Изотопы Ц. Применяют. 133Cs в квантовых стандартах частоты, 137Cs в радиологии. Резонансная частота энергетического перехода между подуровнями основного состояния 133Cs положена в основу современного определения секунды (См. Секунда). Б. Д. Стёпин. Цезий в организме. Ц. — постоянный химический микрокомпонент организма растений и животных. Морские водоросли содержат 0,01—0,1 мкг Ц. В 1 г сухого вещества, наземные растения — 0,05—0,2.

Животные получают Ц. С водой и пищей. В организме членистоногих около 0,067—0,503 мкг/г Ц., пресмыкающихся — 0,04, млекопитающих — 0,05. Главное депо Ц. В организме млекопитающих — мышцы, сердце, печень. В крови — до 2,8 мкг/л. Ц. Относительно малотоксичен. Его биологическая роль в организме растений и животных окончательно не раскрыта. Цезий-137 (137Cs) — бета-гамма-излучающий радиоизотоп Ц. Один из главных компонентов радиоактивного загрязнения (См. Радиоактивное загрязнение) 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 137Cs наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных 137Cs накапливается главным образом в мышцах и печени. Наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и северных американских водоплавающих птиц. В организме человека 137Cs распределён относительно равномерно и не оказывает значительного вредного действия. Г. Г. Поликарпов. 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.