ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Sc 55  Цезий

132,9054519(2)     1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 6s1

Цезий — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 55. Расположен в 1-й группе (по старой классификации — главной подгруппе первой группы), шестом периоде периодической системы.

Атом и молекула цезия. Формула цезия. Строение атома цезия

  • Изотопы и модификации цезия
  • Свойства цезия (таблица): температура, плотность, давление и пр.
  • Физические свойства цезия

Химические свойства цезия. Взаимодействие цезия. Химические реакции с цезием

Получение цезия

Применение цезия

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Атом и молекула цезия. Формула цезия. Строение атома цезия:

Цезий (лат. Caesium, от лат. caesius – «небесно-голубой») – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Sc и атомным номером 55. Расположен в 1-й группе (по старой классификации – главной подгруппе первой группы), шестом периоде периодической системы.

  1. Цезий – щелочной металл.
  2. Как простое вещество цезий при нормальных условиях представляет очень мягкий, вязкий металл серебристо-жёлтого цвета.
  3. Молекула цезия одноатомна.
  4. Химическая формула цезия Sc.

Электронная конфигурация атома цезия 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 6s1. Потенциал ионизации (первый электрон) атома цезия равен 375,7 кДж/моль (3,893905695(24) эВ).

Строение атома цезия. Атом цезия состоит из положительно заряженного ядра (+55), вокруг которого по шести оболочкам движутся 55 электронов. При этом 54 электрона находятся на внутреннем уровне, а 1 электрон – на внешнем. Поскольку цезий расположен в шестом периоде, оболочек всего шесть. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью.

Вторая и пятая – внутренние оболочки представлены s- и р-орбиталями. Третья и четвертая – внутренние оболочки представлены s-, р- и d-орбиталями. Шестая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внешнем энергетическом уровне атома цезия на 6s-орбитали находятся один неспаренный электрон. В свою очередь ядро атома цезия состоит из 55 протонов и 78 нейтронов.

Цезий относится к элементам s-семейства.

Радиус атома цезия (вычисленный) составляет 298 пм.

Атомная масса атома цезия составляет 132,9054519(2) а. е. м.

Цезий является наиболее химически активным металлом, за исключением радиоактивного франция, практически отсутствующего в природе.

Изотопы и модификации цезия:

Свойства цезия (таблица): температура, плотность, давление и пр.:

Подробные сведения на сайте ChemicalStudy.ru

100 Общие сведения
101 Название Цезий
102 Прежнее название
103 Латинское название Caesium
104 Английское название Caesium
105 Символ Cs
106 Атомный номер (номер в таблице) 55
107 Тип Металл
108 Группа Щелочной металл
109 Открыт Роберт Вильгельм Бунзен и Густав Роберт Кирхгоф, Германия, 1860 г.
110 Год открытия 1860 г.
111 Внешний вид и пр. Очень мягкий, вязкий серебристо-жёлтый металл
112 Происхождение Природный материал
113 Модификации
114 Аллотропные модификации
115 Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга
116 Конденсат Бозе-Эйнштейна 33Cs
117 Двумерные материалы
118 Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) 0 %
119 Содержание в земной коре (по массе) 0,00019 %
120 Содержание в морях и океанах (по массе) 5,0·10-8 %
121 Содержание во Вселенной и космосе (по массе) 8,0·10-8 %
122 Содержание в Солнце (по массе) 8,0·10-7 %
123 Содержание в метеоритах (по массе) 0,000014 %
124 Содержание в организме человека (по массе) 2,0·10-6 %
200 Свойства атома
201 Атомная масса (молярная масса) 132,9054519(2) а. е. м. (г/моль)
202 Электронная конфигурация 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 6s1
203 Электронная оболочка K2 L8 M18 N18 O8 P1 Q0 R0 ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения
204 Радиус атома (вычисленный) 298 пм
205 Эмпирический радиус атома 265 пм
206 Ковалентный радиус* 244 пм
207 Радиус иона (кристаллический) Cs+

  • 181 (6) пм,
  • 188 (8) пм,
  • 195 (10) пм,
  • 202 (12) пм
  • (в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле)
208 Радиус Ван-дер-Ваальса 343 пм
209 Электроны, Протоны, Нейтроны 55 электронов, 55 протонов, 78 нейтронов
210 Семейство (блок) элемент s-семейства
211 Период в периодической таблице 6
212 Группа в периодической таблице 1-ая группа (по старой классификации – главная подгруппа 1-ой группы)
213 Эмиссионный спектр излучения ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения
300 Химические свойства
301 Степени окисления -1, +1
302 Валентность I
303 Электроотрицательность 0,79 (шкала Полинга)
304 Энергия ионизации (первый электрон) 375,7 кДж/моль (3,893905695(24) эВ)
305 Электродный потенциал Cs+ + e– → Cs, Eo = -2,923 В
306 Энергия сродства атома к электрону 45,5 кДж/моль
400 Физические свойства
401 Плотность* 1,93 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело),

  1. 1,887 г/см3 (при температуре плавления 28,5°C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело),
  2. 1,843 г/см3 (при температуре плавления 28,5 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость),
  3. 1,78 г/см3 (при 127 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость),
  4. 1,552 г/см3 (при 527 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость)
402 Температура плавления 28,5 °C (301,7 K, 83,3 °F)
403 Температура кипения* 671 °C (944 K, 1240 °F)
404 Температура сублимации
405 Температура разложения
406 Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом
407 Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) 2,09 кДж/моль
408 Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* 63,9 кДж/моль
409 Удельная теплоемкость при постоянном давлении
410 Молярная теплоёмкость 32,21 Дж/(K·моль)
411 Молярный объём 70,0 см³/моль
412 Теплопроводность 35,9 Вт/(м·К) (при стандартных условиях),
35,9 Вт/(м·К) (при 300 K)
500 Кристаллическая решётка
511 Кристаллическая решётка #1
512 Структура решётки Кубическая гранецентрированная ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения
513 Параметры решётки 6,140 Å
514 Отношение c/a
515 Температура Дебая 39,2 K
516 Название пространственной группы симметрии Im_ 3m
517 Номер пространственной группы симметрии 229
900 Дополнительные сведения
901 Номер CAS 7440-46-2
  • Примечание:
  • 205* Эмпирический радиус цезия согласно [3]  составляет 267 пм.
  • 206* Ковалентный радиус цезия согласно [1] и [3] составляет 244±11 пм и 235 пм соответственно.
  • 401* Плотность цезия согласно [4] составляет 1,9039 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело) и 1,836 г/см3 (при температуре плавления 28,5 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость).
  • 402* Температура кипения цезия согласно [4] составляет 672 °C (945,15 K, 1241,6 °F).
  • 408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) цезия согласно [3] и [4] составляет 68,3 кДж/моль и 68,28 кДж/моль соответственно.

Физические свойства цезия:

Химические свойства цезия. Взаимодействие цезия. Химические реакции с цезием:

Получение цезия:

Применение цезия:

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Источники:

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Самый активный металл – это Цезий

ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Наиболее активными металлами являются элементы I и II групп, находящиеся с левой стороны периодической таблицы Менделеева. Металл считается активным, когда он сильно и быстро реагирует с другими элементами.Реакционная способность металла возрастает по мере того, как мы переходим от верхней к нижней части периодической таблицы.

Исключением является водород, который не считается металлом и размещен в верхнем левом углу периодической системы химических элементов Менделеева.

Самые активные металлы в мире

ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

  1. Активные металлы.
  2. Средней активности металлы.
  3. Малоактивные металлы.

Наиболее активные металлы на Земле — литий, цезий и франций.

Цезий — самым активный из нерадиоактивных элементов. Это редкий серебристо-желтый блестящий металл с атомным числом (число протонов в ядре) 55. Это очень мягкий элемент, который будет таять в ваших руках — если не взорвется раньше, так как он сильно реагирует на влагу.

ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияCaesium (Cs), номер – 55, атомная масса – 132,905

Существует также очень радиоактивный элемент, франций, который может быть более активным, чем цезий. Или не может, мы, вероятно, никогда этого не узнаем, потому что франций не только крайне радиоактивный, но и крайне редкий металл.

Последний из тройки наиболее активных металлов — литий — обладает интересным свойством. Он придает малиновый цвет языкам пламени.

Вот видео-демонстрация активности лития, натрия, калия, рубидия и цезия.

Читайте также:  Бенитоит: свойства, значение, кому подходит по знаку зодиака, как отличить и ухаживать за украшениями с камнем

Что такое цезий

Цезий относится к щелочным металлам. Они очень реакционноспособны, и не встречаются свободно в природе. Эти металлы также очень пластичные, они хорошие тепловые и электрические проводники.

Цезий был первым элементом, который можно было обнаружить со спектроскопом. В 1860 году его открыли немецкие химики Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф, когда анализировали спектр минеральной воды из Бад-Дюркхаймского источника.

Цезий встречается естественным образом в минералах поллуцита и лепидолита. Также он содержится во многих алюмосиликатах, таких как берилл, петалит и карналлит.

Самое богатое из известных месторождений цезия находится в Канаде, на берегу озера Берник-Лейк. Там сосредоточено около 70% всех земных запасов.

Любопытно, что это озеро является местом проведения ежегодного фестиваля цезия (24 февраля), когда в снегу сжигаются тонны этого вещества, и преобладает другое цезиевое безумие.

А еще цезий является побочным продуктом ядерного деления в реакторах.

Свойства цезия

ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияПусть цезий и не самый тяжелый металл в мире, зато он самый активный и обладает рядом уникальных свойств:

  • Он спонтанно горит на воздухе и моментально взрывается при контакте с водой или влагой в любой форме, даже со льдом до -116 С.
  • Он горит блестящим голубым пламенем. Непосвященным пламя кажется пурпурным, а не синим, однако после достаточной медитации, изучения трудов по химии и блаженных часов, проведенных в благоговении перед тем, как горит цезий, раскрывается истинная синяя природа его пламени
  • Название «цезий» происходит от двух ярко-синих линий в его эмиссионном спектре. В переводе с латинского «caesius» означает «небесно-синий».
  • Его гидроксид (жидкое расплавленное состояние) способен проесть плоть, стекло и многие другие вещества. Лишь металл родий и ряд его сплавов способны противостоять расплаву гидроксида цезия.
  • Иодид и бромид цезия используются в качестве центральных компонентов при производстве высокоточной оптики, в том числе прицелов, очков и биноклей ночного видения. Цезий также экспериментально использовался в ионных силовых установках для космических аппаратов, из-за его низкого потенциала ионизации.
  • Цезий используется при создании самых точных атомных часов. Даже лучшие наручные часы в мире могут отставать на несколько секунд или даже минуту. А вот атомные часы на основе цезия теряют всего одну секунду в пять миллиардов лет.
  • Природный цезий состоит из одного стабильного изотопа, Cs 133. Известно 30 других радиоактивных изотопов, заполняющих диапазон от Cs 114 до Cs 145. Цезий-137 (он же радиоцезий) является одним из наиболее биологически опасных компонентов радиоактивных отходов и ядерных осадков. Он накапливается в живых организмах и даже в грибах, а самое высокое его содержание обнаружено в у северных оленей и водоплавающих птиц в Северной Америке.

Люди и животные постоянно подвергаются воздействию минимального количеств цезия при еде, дыхании и питье. Хотя маловероятно, что мы будем болеть только из-за цезия, его длительное воздействие может привести к неблагоприятным последствиям для здоровья, включая тошноту, рвоту, кровотечение и повреждение клеток.

Цезий и лечение рака

ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Еще Парацельс утверждал, что все есть яд, и все есть лекарство. Дело лишь в дозировке. И когда речь заходит о цезии, то слова Парацельса абсолютно верны.

В настоящее время исследуется эффективность цезия для лечения нескольких форм рака, включая опухоли головного мозга. Цезий-131, радиоактивный изотоп цезия, вместе с другим радиоактивным изотопом (йодом-125) помещают в брахитерапевтическую капсулу («семя»).

По данным Американского общества брахитерапии, брахитерапевтическая капсула является радиоактивным «стручком», который помещается непосредственно в раковую ткань. Такие семена эффективны при нескольких формах рака, включая рак простаты, шейки матки и эндометрия.

В одном из исследований группе из 24 пациентов с опухолями головного мозга были  имплантированы в опухоль брахиотерапевтические семена с цезием-131. Были отмечены минимальные побочные эффекты, но в целом пациенты хорошо перенесли эту форму лечения.

Идея использования семян брахитерапии с цезием-131 в качестве лечения рака возникла еще в 1960-х годах и была описана в исследовании, опубликованном в журнале « Радиология». В исследовании, опубликованном в журнале Medical Physics, в 2009 году обсуждалось использование семян цезия-131 для лечения рака предстательной железы с положительными результатами.

Необходимо больше исследований, прежде чем лечение цезием прочно займет свое место в медицине. Однако пока что исследования доказывают, что использование цезия-131 для лечения раковых опухолей при помощи брахиотерапии является обнадеживающим.

Сравнение цезия и франция

ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияFrancium (Fr), номер – 87, атомная масса – 223

Как и цезий, франций (Fr) относится к щелочным металлам (только радиоактивным) и обладает крайне высокой химической активностью.

  • Плотность франция составляет 1,87 грамма на кубический сантиметр, что сопоставимо с плотностью цезия — 1,879 грамма на кубический сантиметр.
  • Цезий и франций — два из четырех металлов, которые становятся жидкими при комнатной температуре. Таким же свойством обладают ртуть и галлий.
  • Взаимодействие цезия с водой происходит весьма эффектно — со взрывом,  образованием гидроксида CsOH и водорода H2. Франций и вода тоже не особо «любят» друг друга, и при их взаимодействии образуется самая сильная щелочь — гидроксид франция.
  • Как и цезий, франций накапливается в живых организмах. Поэтому изотопы данного металла нашли свое применение в медицине, для диагностики рака и различных биологических исследований.
  • А вот по распространенности цезий далеко опережает франций. Ежегодно в мире добывается около 20 тонн обогащённой руды цезия. По данным PeriodicTable, цезий является 50-м наиболее распространенным элементом земной коры. Франция же во всей земной коре насчитывается около 340 грамм.

То есть по своим свойствам два самых активных металла на планете очень схожи.

Сравнения цезия и лития

ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияLithium (Li), номер – 3, атомная масса – 6,94

Литий входит в топ-3 самых активных металлов на планете. Это ключевой компонент в батареях, которые питают смартфоны, ноутбуки и электромобили. Более половины поставок лития в мире идет из «литиевого треугольника» — Боливии, Чили и Аргентины. Крупнейший источник по получению лития из соли — это чилийская пустыня Атакама.

  • Подобно цезию, литий относится к щелочным металлам. И, как и цезий, встречается в природе только в виде соединений. При этом следы лития находятся почти во всех изверженных породах и во многих минеральных источниках. Это был один из трех элементов, созданных Большим взрывом, наряду с водородом и гелием.
  • Лития и цезия в земной коре мало — 21 г / т и 3,7 г/т соответственно.
  • Если цезий воспламеняется на воздухе, взаимодействуя с кислородом, то литий даже может некоторое время храниться на открытом воздухе. Благодаря подобной «терпимости» литий является единственным представителем щелочных металлов, не требующим хранения в керосине. Он тоже может передать «пламенный привет» при взаимодействии с кислородом, но лишь при высокой температуре.
  • Литий -наименее плотный металл (0,533 г/см3). У цезия плотность намного больше — 1,879 грамма на кубический сантиметр. Легкость лития означает, что он может хранить энергию не добавляя тяжести различным устройствам.
  • А вот по низкоплавкости литий дает фору цезию. Его температура плавления составляет 180,5 градуса Цельсия. А цезий плавится уже при 28,4 градуса Цельсия.
  • Зато литий быстро закипает — при 134 градусах, а вот довести до кипения цезий непросто, необходима температура в 678 градусов.
  • И литий и цезий легко режутся обычным ножом.

Цезий. Свойства цезия. Применение цезия

Тает в руках, но не снег – загадка из раздела «химия». Отгадка – цезий. Температура плавления этого металла равна 24,5 градусам Цельсия. Вещество, буквально утекающее сквозь пальцы, открыто в 1860-ом году. Цезий стал первым элементом, обнаруженным с помощью спектрального анализа.

Провели его Роберт Бунзен и Густав Киргоф. Химики изучали воды минеральных источников в Дюркхейме. Обнаружили магний, литий, кальций, стронций. Напоследок, поместили каплю воды в спектроскоп и увидели две линии синего цвета – свидетельство присутствия неизвестного вещества.

Читайте также:  КОНЬЯЧНЫЕ БРИЛЛИАНТЫ: из грязи в князи

ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Для начала выделили его хлороплатинат. Ради 50 граммов переработали 300 тонн минеральной воды. С названием нового металла мудрить не стали. С латинского «цезий» переводится как «голубой».

Химические и физические свойства цезия

В спектроскопе металл лучится ярко-синий. В реальности же элемент схож с золотом, немного светлее его. В жидком состоянии желтизна цезия уходит, расплав становится серебристым. Добыть сырье для опытов непросто.

Из металлов элемент самый редкий и рассеянный в земной коре. В природе встречается лишь один изотоп – цезий 133. Он полностью устойчив, то есть не подвержен радиоактивному распаду.

Радиоактивные изотопы металла получены искусственно. 135-ый цезий – долгожитель. Период его полураспада приближается к 3 000 000 лет. Цезий 137 наполовину распадается за 33,5 года. Изотоп признан одним из основных источников загрязнения биосферы.

В нее нуклид попадает из сбросов заводов, атомных станций. Период полураспада цезия позволяет ему проникать в воды, почву, растения, накапливаться в них. Особенно много 137-го изотопа в пресноводных водорослях и лишайниках.

Будучи самым редким из металлов, цезий является еще и самым активным. Элемент щелочной, расположен в главной подгруппе 1-ой группы периодической системы, что уже обязывает вещество легко вступать в химические реакции. Их течение усиливает присутствие воды. Так, на воздухе атом цезия взрывается из-за нахождения ее паров в атмосфере.

Взаимодействие с водой сопровождается взрывом, даже если она замерзшая. Реакция со льдом возможна при -120-ти градусах Цельсия. Сухой лед – не исключение. Взрыв неизбежен и при контакте цезия с кислотами, простыми спиртами, галогенидами тяжелых металлов галогенами органического типа.

Взаимодействия легко запускаются по 2-м причинам. Первая – сильный отрицательный электрохимический потенциал. То есть, атом заряжен отрицательно, стремится притянуть к себе иные частицы.

Вторая причина – площадь поверхности цезия при реакциях с другими веществами. Тая в комнатных условиях, элемент растекается. Получается, что для взаимодействия открыто большее число атомов.

ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Активность элемента привела к отсутствии его чистой формы в природе. Встречаются лишь соединения, к примеру, соли. В их числе: хлорид цезия, фторид, йодит, азит, цианит, бромид и карбонат цезия.  Все соли 55-го элемента легко растворяются в воде.

Если же работа ведется с гидроксидом цезия, бояться нужно не его растворения, а того, что он сам способен разрушить, к примеру, стекло. Его структура нарушается реагентом уже при комнатной температуре. Стоит повысить градус, гидроксид не пощадит и кобальт, никель, корунд, платину и железо.

Реакции проходят особенно быстро в кислородной среде. Противостоять гидроксиду цезия способен только родий. Во взаимодействие с 55-ым элементом не вступает и азот. Азит цезия получают только косвенным путем.

Применение цезия

Цезий, формула которого обеспечивает низкую работу выхода электрона, пригождается при изготовлении фотоэлементов. В приборах на основе 55-го вещества затраты на получение тока минимальны. Чувствительность же к излучению, напротив, максимальна.

Чтобы фотоэлектрическое оборудование не стоило запредельно из-за редкости цезия, его сплавляют с серебром, сурьмой, кальцием, барием. Как источник тока цезий применяется в топливных элементах. Твердый электролит на основе 55-го металла – часть автомобилей и высокоэнергоемких аккумуляторов.

Применяют 55-ый металл и в счетчиках заряженных частиц. Для них закупают йодит цезия. Активированный таллием, он регистрирует почти любые излучения. Цезиевые детекторы приобретают для атомных предприятий, геологической разведки, медицинских клиник.

Пользуются приборами и космической отрасли. В частности, «Марс-5» изучил элементарный состав поверхности красной планеты именно благодаря гамма-спектрометру на основе цезия.

Способность улавливать инфракрасные лучи – причина для применения в оптике. В нее добавляют бромид цезия и оксид цезия. Он есть в биноклях и очках ночного видения, оружейных прицелах. Последние, срабатывают даже из космоса.

ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

137-ой изотоп элемента тоже нашел достойное применение. Радиоактивный нуклид не только загрязняет атмосферу, но и стерилизует продукты, точнее, тару для них. Полураспад цезия долог. Можно обработать миллионы консервов. Порой, стерилизуют и мясо – туши птиц и животных.

Обрабатывать 137-ым изотопом можно и медицинские инструменты, лекарства. Нуклид нужен и в самом лечении, если дело касается опухолей. Метод называется радиотерапией. Препараты с цезием дают и при шизофрении, дифтерии, язвенных заболеваниях, некоторых видах шока.

Металлурги нуждаются в чистом элементе. Его примешивают к сплавам алюминия и магния. Добавка повышает их жаропрочность. У магния, к примеру, она увеличивается втрое при лигатуре цезия всего в 0,3%.

Растет и прочность на разрыв, стойкость к коррозии. Правда, промышленники ищут альтернативу 55-му элементу. Слишком уж он дефицитен, не выгоден в цене.

Добыча цезия

Металл выделяют из поллуцита. Это водный алюмосиликат натрия и цезия. Минералов, содержащих 55-ый элемент единицы. В поллуците процентовка цезия делает добычу экономически обоснованной. Немало металла и в авогардите. Однако, этот камень сам столь же редок, как и цезий.

Промышленники вскрывают поллуцит хлоридами или сульфатами. Цезий из камня выделяют, погружая его в подогретую соляную кислоту. Туда же засыпают хлорид сурьмы. Образуется осадок.

Его промывают горячей водой. Итог операций – хлорид цезия. При работе с сульфатом, поллуцит погружают в серную кислоту. На выходе образуются алюмоцезиевые квасцы.

В лабораториях применяют другие методы получения 55-го элемента. Их 3, все трудоемки. Можно нагреть дихромат и хромат цезия с цирконием. Но, для этого требуется вакуум. Он нужен и для разложения азида цезия. Без вакуума обходятся лишь при нагреве специально подготовленного кальция и хлорида 55-го металла.

Цена цезия

В России добычей и переработкой поллуцита занимается Завод редких металлов в Новосибирске. Продукцию предлагает и Горно-обогатительный комбинат Ловозерска. Последний предлагает цезий в ампулах по 10 и 15 миллиграммов.

ЦЕЗИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Они идут в пачках по 1000 штук. Минимальная цена – 6000 рублей. Севредмет тоже торгует ампулами, но готов осуществлять поставки меньших объемов, — от 250-ти граммов.

Если чистота металла 99,9%, за один грамм, как правило, просят в районе 15-20-ти долларов США. Речь идет об устойчивом 133-ем изотопе 55-го элемента периодической системы Менделеева.

Металлургия цезия

     Содержание 
цезия в земной коре, примерно 7-10%. Цезий занимает 49-е место, содержание его в земной коре (по массе) больше, чем кадмия, мышьяка, ртути, сурьмы и 
ниобия. Поскольку и цезий в 
минералах (за исключением поллуцита) является компонентными примесями, то обнаружить их в руде можно только аналитическими методами.

     Цезий встречается в крайне рассеянном состоянии (порядка тысячных долей 
процента) во многих горных породах; ничтожные 
количества этого металла были обнаружены и в морской воде. В большей 
концентрации (до нескольких десятых 
процента) он содержится в некоторых 
калиевых и литиевых минералах, главным 
образом в лепидолите.

Но особенно существенно то, что, в отличие 
от рубидия и большинства других редких элементов, цезий образует собственные 
минералы — поллуцит, авогадрит и 
родицит.

Родицит крайне редок, притом некоторые авторы причисляют его 
к литиевым минералам, так как 
в его состав (R2O · 2Al2O3 · 3B2O3, где R2O — сумма окисей щелочных металлов) входит обычно больше лития, чем цезия.

Авогадрит (K, Cs) [BF4] тоже редок, да и поллуциты встречаются нечасто; их залежи маломощны, зато цезия они содержат не менее 20, а иногда и до 35%. Наибольшее практическое значение имеют поллуциты США (Южная Дакота и Мэн), Юго-Западной Африки, Швеции и Советского Союза (Казахстан и др.).

     Впервые поллуцит был найден в 1846 г., в миаролитовых пустотах среди гранитов на о. Эльба (Италия), а в 1891 г. он был найден в Геброне (США) в ассоциации с кварцем и цезий-содержащим бериллом.

     Поллуциты — это алюмосиликаты, сложные и 
весьма прочные соединения. Их состав определяют формулой (Cs, Na) [AlSi2O6] · nH2O, и хотя цезия в них много, извлечь его не так просто.

Чтобы «вскрыть» минерал и перевести в растворимую форму ценные компоненты, его обрабатывают при нагревании концентрированными минеральными кислотами — плавиковой или соляной и серной.

Затем освобождают раствор от всех тяжелых и легких металлов и, что особенно трудно, от постоянных спутников цезия — щелочных металлов: калия, натрия и рубидия.

Читайте также:  АНАТАЗ: свойства минерала, описание, месторождение, значение и сферы применения

     Важнейшие месторождения поллуцита найдены 
в Юго-Западной Африке, США, Швеции, Южной Родезии, Канаде, Китае. В виде побочного продукта при обогащении литиевых руд в Южной Родезии 
и Юго-Западной Африке ежегодно добывается около 100-150 т поллуцита. Мировые запасы этого минерала оцениваются в 300 тыс. т.

     Такой минерал как  Авогадрит-борофторид калия (К, Сs) [ВР4], в котором калий частично изоморфно замещен цезием. Авогадрит назван в честь итальянского физика Амедо Авогадро. Состав минерала непостоянен, содержание СзВР4 в нем достигает 20%. Авогадрит найден с сасолином Ве(ОН)3 и другими солями на Везувии.

     К минералам, в которых содержание рубидия и цезия достигает 
относительно высоких концентраций, относится также лепидолит, который 
служит литиевым сырьем. Рубидия в 
нем содержится от 3 до 4%, цезия до 0,5%.

Это самый богатый по содержанию рубидия минерал. Лепидолит встречается 
исключительно в пегматитах.

Важнейшие 
зарубежные месторождения лепидолита промышленного значения находятся 
в Юго-Западной Африке, Южной Родезии, США и Канаде.

     Основное 
значение для получения соединений цезия имеет в настоящее время 
поллуцит, однако цезий извлекают 
попутно из карналлита.

Карналлит — двойной хлорид калия и магния КС1-МgС12-6Н20 — является минеральным образованием и представляет собой типичный продукт последних стадий усыхания морских бассейнов.

Рубидий и цезий присутствуют в карналлите как изоморфные заменители калия в кристаллической решетке минерала. Среднее содержание рубидия, в карналлите составляет 0,015-0,04% в пересчете на хлориды, а цезия в десятки раз меньше, чем рубидия.

     Всемирно 
известны месторождения карналлита: Соликамское и Стасфуртское. Запасы карналлитов огромны.В таких же количествах, как в карналлитах, цезий и рубидий содержатся в 
кионите (КС1 Мб504-ЗН20), который также имеется в соляных месторождениях. Гигантские запасы карналлита являются перспективными источниками извлечения рубидия и цезия.

     Данные 
по мировому производству и потреблению 
цезия и его соединений не публикуются 
с конца 1980-х. Рынок цезия небольшой, и его ежегодное потребление 
оценивается всего лишь в несколько 
тысяч килограммов. В результате нет торговли и официальных рыночных цен.     
  

  1. Извлечение  и производство цезия:

     Получение цезия в виде металла связано 
с рядом особенностей, обусловленных 
прежде всего высокой химической активностью этого металла.

В 
частности, все металлургические процессы приходится осуществлять либо в вакууме, либо в среде аргона, так как 
присутствие в аппаратуре следов влаги, азота, кислорода и двуокиси углерода не только снижает выход 
металла и создает опасность 
самовозгорания, но и затрудняет получение 
продукта в чистом состоянии.

Высокая 
коррозионная активность расплавленных 
щелочных металлов огранивает выбор 
необходимых конструкционных материалов. Особенно сложной проблемой является разработка методов глубокой очистки 
металлического цезия.

     Восстановление 
цезия из его соединений, руд, минералов 
и концентратов может быть осуществлено с помощью любого из трех основных методов, применяемых в металлургии 
редких элементов: электрохимического, вакуум-термического восстановления и 
вакуум-термического разложения солей.

     Электрохимический метод в металлургии рубидия 
и цезия в настоящее время 
почти не используется ввиду высоких 
значений потенциалов разложения галогенидов, низкой температуры кипения металлов и их высокой растворимости в 
солевых расплавах, что естественно 
снижает выход металла и, следовательно, экономическую эффективность метода.

Тем не менее, электрохимический метод может оказаться весьма полезным для получения сплавов цезия с целым рядом металлов (Pb, Sn, Bi, In, Cd), применяемых в ваннах в виде жидкого катода. В частности, электролизом расплава CsCl с жидким свинцовым катодом при катодной плотности тока, равной 0,31 А/см2, был получен свинцово – цезиевый сплав.

     Было 
замечено, что выход по току зависит 
от температуры расплава, и в связи 
с этим выявлена целесообразность применения в качестве электролита иодида цезия 
как имеющего более низкую температуру 
плавления. Подобным же образом может 
быть получен, видимо, и свинцово-рубидиевый сплав.

     Из 
подобного рода сплавов цезий 
легко удалить дистилляцией в 
вакууме. Вакуум – термический метод 
является основным методом получения 
металлического цезия.

     Для восстановления цезия используются следующие реакции:

     Процесс получения цезия путем взаимодействия их фторидов с магнием и кальцием, а также хлоридов с кальцием является в силу больших отрицательных 
значений ΔGT наиболее термодинамически вероятным и поэтому может быть осуществлен при более низких температурах. Однако фториды из-за их высокой гигроскопичности применяются редко для вакуум-термического получения цезия.

     Из 
серии работ, связанных с упрощением и удешевлением технологического процесса извлечения цезия из природного сырья, заслуживает внимания прямой способ получения металлического цезия 
из поллуцита.

Первые наблюдения, проведенные 
в лабораторных условиях, показали, что металлический цезий с выходом около 85% может быть получен нагреванием в вакууме при 900˚С сухой смеси измельченного поллуцита и кальция c соотношением компонентов 1:3 по массе.

К подобным же результатам приводит и алюмотермическое восстановление, если к шихте добавлять окись кальция. Кроме кальция и алюминия в качестве восстановителя рекомендовались Fe, CaC2
и Na.

     При использовании в качестве восстановителя металлического натрия (инертная среда, температура 750 – 850 °С) был достигнут выход цезия 75 – 96%. Однако в этом случае конечный продукт сильно обогащается (до 10%) примесью натрия.

     Метод термического разложения солей в 
крайне ограниченных масштабах применяется 
только для получения небольших 
количеств особо чистого цезия, используемого для определения 
термодинамических и физических констант этих металлов.

     Лишь 
немногие соли цезия(гидриды, азиды, ферроцианиды) разлагаются при нагревании в 
вакууме с выделением металла. Лучшие результаты получаются при вакуум- термическом разложении азидов.

     Азиды цезия при нагревании до 390 – 395 °С в вакууме (меньше 0.1 мм.рт.ст.) подвергаются термической диссоциации:

     Разложение 
протекает крайне медленно (6 – 7 г. CsN3
диссоциируют в течение 3 – 6 суток). Нагревания азидов до более высоких температур избегают, так как при этом возрастает опасность взрыва реактора и увеличивается степень возгонки неразложившихся азидов. Выход цезия составляет соответственно 60 и 90%.

     Металлический цезий, полученный одним из указанных 
выше методов, содержит механические включения 
и целый ряд растворенных в 
металле примесей. Для очистки 
металлов разработано несколько 
способов: фильтровании, переплавка под 
слоем масла, нагревание с геттерам, зонная плавка, гидрирование и вакуумная 
дистилляция.

     От 
механических примесей жидкий цезий 
отделяют фильтрованием через перфорированную 
железную, титановую или молибденовую жесть. Для той же цели применяют 
переплавку металлов под слоем парафинового или вазелинового масла при температуре, несколько превышающей температуру плавления щелочного металла.

     Очистку жидких металлов геттерами применяют 
для удаления, прежде всего, кислорода 
и азота. В качестве геттеров могут 
быть использованы порошкообразные 
уран, цирконий и титан, практически 
не растворяющиеся в жидких щелочных металлах.

     Наибольшее 
практическое значение среди всех методов 
рафинирования щелочных металлов имеет 
вакуумная дистилляция. Для вакуумной 
дистилляции применяют различные 
типы установок.

          Очистка щелочных металлов путем 
их перегонки в вакууме сводистся 
к следующему. В бункер заливают 
петролейный эфир и загружают 
кусочки очищенного цезия с 
поверхности. Затем в бункере 
создают вакуум порядка 1*10-4
мм.рт.ст. После испарения петролейного эфира в бункер впускают аргон и поднимают температуру до 100 °С.

По окончании удаления окклюдированных газов металл в затворе расплавляют и необходимое количество металла выпускают в камеру испарения, при этом механические примеси (окислы и т.д.) остаются на фильтрующем дне бункера.

Для удаления из цезия примесей других щелочных металлов температуру в камере испарения поднимают до 350 – 400 °С при сохранении вакуума на уровне 0.01 – 0.03 мм. рт. ст. , при этом испаряющиеся примеси через конденсатор, нагреваемый до 100 °С, и затвор стекают в приемник.

После отгонки летучих металлов остаток чистого цезия сливают в нижний приемник, а камеру испарения заполняют новой порцией металла. Дистилляцию цезия до конца не доводят – около 10% остатка, обогащенного примесями, оставляют в камере испарения. 

     От 
примесей тяжелых и щелочноземельных металлов цезий можно очистить в аппарате, подобном описанному выше, при температуре в камере испарения около 550°С. Чистый металл в этом случае собирают в приемнике, а кубовый остаток, обогащенный примесями, сливают в приемник.

     Качество 
очищенного щелочного металла в 
значительной степени определяется материалом, из которого сконструирована 
вакуумная дистилляционная установка. Графит, кварц и стекло различных 
марок обладают малой устойчивостью 
в расплавах цезия при температуре 
выше 200°С.

     В качестве фильтра используется железная, титановая или молибденовая сетка 
с мелкими отверстиями или 
пористые металлокерамические фильтры.

     Хорошей устойчивостью против действия расплавленного цезия в интервале температур от 250 до 900 °С обладают чистое железо, титан, ниобий, тантал и молибден; до 800 °С достаточной устойчивостью обладают железо – хромистые (17% Cr) стали.

     Важной 
составляющей производства цезия является его извлечение из поллуцита. Обычно основное количество поллуцита отделяют от пегматитовой породы вручную.

Исходную руду измельчают до крупности не менее 0,15 мм, обрабатывают серной кислотой до рН = 1,4-2,7, затем добавляют соляную кислоту, небольшое количество сульфата алюминия и катионного реагента — аминоацетата коксового масла.

Флотацию проводят с тремя перечистками, при этом из руды, содержащей 8% Сs, получают концентрат, содержащий более 20% Сs. Извлечение цезия составляет 87%.

     Все способы разложения поллуцита можно 
объединить в три группы: кислотные, способы спекания и способы прямого 
получения цезия. Выбор способа 
определяется составом и качеством 
конечного продукта, а также экономическими соображениями.

     Кислотные способы. Для разложения поллуцита используются кислоты: соляная, плавиковая, серная и бромистоводородная.

Сущность солянокислого способа заключается в обработке поллуцита при нагревании соляной кислотой с последующим обезвоживанием для удаления Si02 и осаждения цезия в виде комплексной соли Сs3.

Очистка хлорида цезия через эту соль сразу позволяет получать препараты чистотой 99,9%.

     Разложение 
комплексной соли осуществляется следующими способами: 1) гидролизом при нагревании соли с избыточным количеством воды; 2) нейтрализацией раствором аммиака; 3) нагревом в вакууме.

     Реакция взаимодействия поллуцита с концентрированной 
соляной кислотой протекает при 
нагревании по реакции:

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector