Главная

Химические источники тока
Практическая химия
Справочные материалы
Журнальные заметки

Именные химические приборы

Химические элементы

Химический клипарт

Библиотека химии углеводов

Метеорология

Минералогия


Абиетиновая кислота
Амигдалин
Анабазин и Лупинин
Ангеликалактон
Арабиноза
Арахидоновая кислота

Арбутин
1,8-диокси-2-ацетилнафталин

Белки из гороха
Бетаин из патоки
Бетулин и Суберин
Бетулиновая кислота

Борнеол

Ванилин

Винная ксилота

Галактоза
Глициризиновая кислота
Глюкоза
Глютаминовая кислота
Госсипол

Дигитонин

Жирные кислоты

Казеин и Тирозин

Камфора из пинена

Каротин

Катехины

Ксилоза

Кофеин
Келлин
Кумарин

Лактоза
Лимонная кислота

Мальтоза
Манноза

Ментол

Мочевая кислота

Муравьиная и Уксусная кислоты
Никотин

Олиторизид
Пектин
Пинен

Рутин и Кверцетин
Сантонин
Склареол
Слизевая кислота
Соласодин
Сорбит
Сахароза
Танин

Теобромин
Тирозин
Триоксиглутаровая кислота

Усниновая кислота

Урсоловая кислота

Фруктоза и Инулин
Фурфурол

Хамазулен
Хинин
Хитин
Холевая кислота

Хлорогеновая кислота
Хлорофилл

Цистеин
Цитизин
Цитраль

Щавелевая кислота

Эргостерин
Эруковая и Брассидиновая кислоты



 

Главная

 



Атомный номер: 55

Символ: Cs

Относительная атомная масса:

132,90545

Распределение электронов:

5s1

Температура плавления: 28,5

Температура кипения: 678,4

Электроотрицательность по

Полингу / по Аллреду и Рохову:

0,79/0,86

Название: Цезий, Cesium

Латинское название: Caesium

 


 

 

 
 

Общие сведения и методы получения

Цезий (Cs) Д золотисто-желтый металл, наиболее тяжелый и наиболее электроположительный из всех щелочных металлов, не считая франция. Относится к группе редких элементов. Открыт в 1860 г. Р. Бунзеном и Г. Кирхгофером при изучении спектра осадка, оставшегося после упаривания минеральных вод Дюркгеймского источника. Были обнаружены спектральные линии, особенно яркие в синей области. По цвету этих линий (от латинского caesius Д голубой) элемент получил свое название. Содержание цезия в земной коре 3,7*10-4 %. Из-за большой химической активности в свободном виде в природе не встречается, присутствует в качестве незначительных примесей в горных породах. В сотых и тысячных долях процента цезий обнаружен в базальтах, гранитах, нефелинах, полевых шпатах, известняках, глинистых сланцах. Известны два минерала, в которых превалирует цезий. Это поллуцит и авогадрит. Первый имеет промышленное значение. В среднем в поллуците содержится от 29 до 37 % Cs2O; по своей природе этот минерал относится к алюмосиликату цезия. Авогадрит, получивший свое название по имени итальянского физика Авогадро Д очень редкий минерал. Представляет собой борофторид калия (К, Cs) [BF4], в котором калий частично изоморфно замещен цезием. Состав минерала непостоянен. Содержание CsBF4 в отдельных случаях может достигать 20 %, но обычно составляет 9Д10 %. Получение металлического цезия связано с рядом трудностей, обусловленных прежде всего высокой химической активностью элемента. Поэтому, в частности, металлургические процессы приходится проводить либо в вакууме, либо в среде аргона, так как из-за присутствия влаги или газообразных примесей (кислород, азот или диоксид углерода) снижается выход металла, создается опасность самовозгорания, а также ухудшается качество металла. Большие трудности возникают и при выборе коррозиониостойких материалов для аппаратурного оформления процесса получения чистого цезия. Применяют следующие методы производства цезия: электрохимический, вакуумтермическое восстановление, вакуумтермическое разложение солей.

 

Электрохимический метод в настоящее время используют мало из-за высоких значений потенциалов разложения галогенидов (потенциал разложения CsCl при 700 °С составляет 3,68 В). Кроме того, определенные ограничения в развитие этого метода вносит низкая температура кипения цезия и его высокая растворимость в солевом расплаве. Так, при 650 °С в расплаве CsCl растворяется до 7,2 % Cs. Это сильно снижает выход по току, а следовательно, способствует удорожанию всего процесса в целом. Основной метод получении металлического цезия Д вакуумтермическое восстановление. Следует отметить прямой способ получения цезия путем нагрева в вакууме при 900 °С смеси измельченного природного поллуцита с кальцием или алюминием при соотношении компонентов 1 : 3. При этом методе из сырья удается извлечь до 85 % Cs. Метод вакуумтермического разложения солей имеет ограниченное применение и его используют только для получения особо чистого металла в небольших количествах.

В нашей стране цезий производят трех марок А, Б, В:

Марка

Cs, %,

не менее

Na+K, %,

не более

Rb, %,

не более

Na+K+Rb, %,

не более

Fe, %,

не более

А

Б

В

99,99

99,9

99,0

 

 

0,08

 

 

0,9

0,009

0,08

 

0,00005

0,015

0,015

Цезий в ампулах производится согласно ТУ 48-05-26Д70 с массой :от 1 до 3*10-6 кг или от 3 до 200*10-8 кг, допустимое отклонение в массе металла не более ± 10 % от номинала.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 55, атомная масса 132,905 а. е. м., атомный объем 67,84*10-8 м3/моль. Атомный радиус (металлический) 0,274 нм, ионный радиус Cs+ 0,165 нм, ковалентный 0,235 нм. Цезий состоит целиком из стабильного изотопа l33Cs. Получено более 20 радиоактивных изотопов с массовыми числами от 123 до 144, из этих изотопов наиболее устойчив l35Cs, имеющий период полураспада 3,0*106 года. Цезий при комнатной температуре обладает о. ц. к. структурой с периодом а=0,6141 нм; энергия кристаллической решетки 79 мкДж/кмоль, Потенциалы ионизации атома цезия (эВ): 3,893; 25,1; 34,6. Электроотрицательность 0,7. Работа выхода электронов φ=1,81 эВ. Работа выхода электронов для различных граней монокристалла цезия: φ= 1,9 эВ для грани (100), φ=2,25 эВ для грани (110), φ=1,80 эВ для грани (111).

Плотность. Плотность цезия в зависимости от температуры:

Т, К

р, Мг/м3

Т, К

р, Мг/м3

Т, К

р, Мг/м3

Т, К

р, Мг/м3

4

2,13

500

1,723

850

1,523

1200

1,311

293

1,9039

550

1,694

900

1,495

1250

1,277

300

1,888

600

1,666

950

1,466

1300

1,243

301,55

1,887 (тв)

650

1,637

1000

1,438

1350

1,209

301,55

1,836 (ж)

700

1,609

1050

1,409

1400

1,174

350

1,809

750

1,580

1100

1,377

1450

1,138

400

1,780

800

1,552

1150

1,344

1500

1,102

450

1,752

 

 

 

 

 

 

При плавлении плотность цезия снижается на 2,6 %. Электрические и магнитные. Удельная электрическая проводимость цезия σ в зависимости от температуры:

Т, К 80 273 293
σ, МСм/м 21,8 5,52 4,81

Удельное электрическое сопротивление р цезия в зависимости от температуры:

Т, К

р, мкОм*м

Т, К

р, мкОм*м

Т, К

р, мкОм*м

80

0,046

400

476,6

700

838,7

273,15

0,1830

450

534,8

750

908,9

300

0,2125

500

592,6

800

984,6

301,66 (тв)

0,2142

550

650,9

850

1067

301,55 (ж)

0,3568

600

710,7

900

1056

350

0,4169

650

793,2

 

 

При плавлении электросопротивление цезия возрастает в 1,66 раза. Температурный коэффициент электрического сопротивления цезия в интервале температур 273Д291 К равен α =6,0*10-3 К-1. В термопаре цезийДплатина при температуре горячего спая 373,16 К развивается т.з.д.с. Е=1,5 мВ. Абсолютный коэффициент т. э. д. с. Е= +0,2 мкВ/К. Максимальное значение коэффициента вторичной электронной эмиссии цезия амакс равно 0,72 при ускоряющем напряжении первичных электронов 0,4 кэВ. Постоянная Холла цезия при 268 К равна R = -7,8*10-10 м3/Кл. Магнитная восприимчивость цезия Х равна +0,22*10-9 для твердого состояния и +0,2*10-9 для жидкого.

Тепловые и термодинамические. Температура плавления = 28,39°С, температура кипения 670°С, характеристическая температура 39,2 К, удельная теплота плавления 16,05 кДж/кг. Удельная теплота сублимации, отнесенная к 298 К, 589,2 кДж/кг. Удельная теплота испарения цезия при нормальном давлении 494 кДж/кг. При плавлении происходит увеличение объема на 12,71*10-8 м3/кг, или ΔV/V0 =  0,026.

Удельная теплоемкость цезия интервале 273 Д Т пл, Ср=236 Дж/(кг*К).

Зависимость теплопроводности % цезия от температуры:

Т, К λ, Вт/(м-К) Т, К λ, Вт/(м-К) Т, К λ, Вт/(м-К)
298 19,0 573 20,8 873 20,5
373 19,3 673 21,05 973 18,95
473 20,2 773 20,7    

   

Температурный коэффициент линейного расширения цезия при 273 К α=97*10-6 К-1.

Молярная энтропия цезия s° в зависимости от температуры:

Т, К 298 500 1000 1500 2000  2500
, Дж/(моль*К) 84,4 120,5 200,8 209,2 215,2 220,1

        

Приведенный термодинамический потенциал цезия Фт в зависимости от температуры:

Т, К 298 500 1000 1500 2000  2500
Фт, Дж/(моль*К) 84,4 90,8 108 140,4 158,4 170,3

 

Давление пара цезия р в зависимости от температуры:

Т, К 400 600 800 1000 1200 1400
р, Па 36,98*10-2 5,46*102 1,99*104 16,38*104 67,3*104 18,3*105

  

Давление пара цезия при температуре плавления 301,55  К равно 2,5*10-6 Па.

Поверхностное натяжение σ жидкого цезия при температуре плавления (301,55 К) равно 60,0 мН/м, а в зависимости от температуры изменяется следующим образом:

Т, К σ, мН/м Т, К σ, мН/м Т, К σ, мН/м
350 69,2 550 59,5 750 49,9
400 66,7 600 57,1 800 47,5
450 64,3 650 54,7 850 45,1
500 61,9 700 52,3 900 42,7

 

Поверхностная энергия кристаллического цезия для грани {110} V = 68 мДж/м2,

Динамическая вязкость η цезия, в зависимости от температуры:

Т, К

η, мПа*с

Т, К

η, мПа*с

Т, К

η, мПа*с

301,55

6,76

500

3,18

700

2,16

350

5,27

550

2,83

750

2,02

400

4,30

600

2,56

800

1,89

450

3,65

650

2,34

850.

1,78

Кинематическая вязкость v цезия в зависимости от температуры:

Т, К

v*108, м2/с

Т, К

v*108, м2/с

Т, К

v*108, м2/с

301,55

36,8

500

18,46

700

13,44

350

29,13

550

16,70

750

12,75

400

24,16

600

15,35

800

12,17

450

20,83

650

14,29

850

11,70

Оптические. Отражательная способность цезия (коэффициент отражения nD) в зависимости от длины волны λ:

λ, мкм

nD,  %

λ, мкм

nD,  %

λ, мкм

nD,  %

0,302

1,8

0,610

64,3

1,77

94,5

0,365

9,0

0,885

78,5

2,04

96,1

0,400

21,1

1,345

89,4

2,17

96,5

0,513

53,5

1,52

92,0

2,42

97',!

Показатель преломления n в зависимости от длины волны λ:

λ, мкм

n

λ, мкм,

n

λ, мкм

n

0,297

0,833

0,550

0,331

1,10

0,288

0,313

0,755

0,650

0,281

1,50

0,197

0,365

0,584

0,750

0,271

2,00

0,095

0,435

0,489

0,900

0,269

2,50

0,132

0,546

0,308

 

 

 

 

Показатель поглощения χ в зависимости от длины волны λ:

λ, мкм

  χ

λ, мкм

  χ

λ, мкм

χ

0,297

0,176

0,550

0,861

1,10

2,41

0,313

0,210

0,650

1,16

1,50

3,28

0,365

0,267

0,750

1,55

2,00

4,50

0,435

0,400

0,90

2,00

2,50

5,43

0,546

0,875

 

 

 

 

 

Механические свойства. Цезий обладает крайне низкими механическими характеристиками. Модуль нормальной упругости Е при комнатной температуре равен 1,7 ГПа.

Химические свойства. Нормальный электродный потенциал реакции CsДе = Сs+ фо= Д2,923 В. В соединениях проявляет степень окисления +1. Цезий Д один из наиболее электроположительных металлов. Химически очень активен, что обусловлено малым сродством к электрону, легкостью отдачи валентного электрона. В ряду напряжений цезий расположен далеко впереди водорода и вытесняет его из воды, образуя при этом сильное основание CsOH. Цезий самовоспламеняется на воздухе. При нагреве цезия в струе водорода образуется гидрид цезия CsH, имеющий кристаллическую решетку типа NaCl с периодом а=0,6376 нм, рентгеновская плотность 3,41 Мг/м3. Гидрид цезия Д солеобразующее соединение, содержащее анион Н-. Теплота образования CsH при 298 К =56,24 кДж/моль. Гидрид цезия Д чрезвычайно химически активное вещество, воспламеняется на воздухе, содержащем следы влаги, а также в среде хлора и фтора, при нагревании диссоциирует с образованием водорода и цезия. Давление паров диссоциации достигает атмосферного при 304 0С. При сгорании цезия в токе воздуха образуется соединение CsO2Д супероксид цезия. Теплота его образования =243,1 кДж/моль, кристаллическая решетка типа СаС2. Оксид цезия CsO получается при термическом распаде супероксида выше 400Д410 0С. CsO2 имеет кубическую кристаллическую решетку типа CaF2 с плотностью 4,15 Мг/м3. Гидроксид цезия CsOH можно получить при взаимодействии Cs2O с водородом при слабом нагреве. Соединение CsCl устойчиво, плавится без разложения при 645 °С. Кристаллическая решетка Д кубическая типа CsI с периодом а=0,411 нм. Соединения цезия с углеродом можно разделить на две группы: ацетилид цезия Cs2C2 Д продукт замещения атомов водорода цезием в ацетилене и соединение цезия, имеющее формулу CnCs. Нитрид цезия Cs3N представляет собой малоустойчивый, серовато-зеленый или синий порошок; очень гигроскопичен, воспламеняется на воздухе, при нагревании взрывается с выделением азота. Азид цезия CsN3 Д желтовато-белые и бесцветные кристаллы с температурой плавления в глубоком вакууме 326 0С (599 К). Нагрев CsN3 в глубоком вакууме выше температуры плавления Д до 387 0С Д приводит к его разложению на металл и азот. Сульфид цезия обычно представляет собой кристаллогидрат Cs2S*2О. Безводный моносульфид цезия Д темно-красный порошок с кристаллической решеткой типа CaF2. Моносилицид кремния CsSi Д компактная масса желтого цвета с плотностью при комнатной температуре 3,48 Мг/м3. CsSi самопроизвольно воспламеняется на воздухе, а при взаимодействии с водой взрывается. При взаимодействии с металлами, в том числе и щелочными, цезий образует сплавы и металлические соединения. С рубидием и калием цезий дает непрерывные твердые растворы, с натриемДэвтектические смеси, а при взаимодействии с литием наблюдается несмешиваемость в жидком и твердом состояниях. Известно соединение цезия с кадмием CsCd13, имеющее кубическую структуру и обладающее сверхпроводящими характеристиками, Соединения Cs3Bi н Сs3Sb характеризуются высокой фотоэлектрической, чувствительностью; на диаграммах состав Д свойство эти соединения имеют сингулярные точки. Известно соединение AuCs, характеризующееся полупроводниковыми свойствами. С остальными металлами, особенно тугоплавкими, цезий не взаимодействует ни в твердом, ни в жидком состоянии.

Области применения. Цезиевые фотоэлементы пригодны к эксплуатации в широком интервале спектра и отличаются большой чувствительностью. По сравнению с селеновыми они обладают рядом преимуществ и прежде всего отсутствием инерции. Цезиевые фотоэлементы и фотоумножители применяются в телевидении, радиолокации, звуковом кино, в приборах для автоматического контроля различных процессов, радиотехнике. Светочувствительность цезия предопределила еще одну область его применения Д в люминесцентных трубках и экранах различного типа и назначения. Ряд соединений цезия используется в инфракрасной спектроскопии, в оптических приспособлениях для приборов ночного видения и др. Цезий имеет исключительно важное значение для развития современной электроники, оптики, радиохимии и других областей техники. Общий расход этого металла, однако, невелик и измеряется обычно несколькими сотнями килограммов в год, так как расход цезия на изготовление одного фотоэлемента 0,1Д0,01 г.


 





 

Hosted by uCoz