ЦЕ́ЗИЙ

ЦЕ́ЗИЙ (лат. Caesium), Cs, хи­мич. эле­мент I груп­пы ко­рот­кой фор­мы (1-й груп­пы длин­ной фор­мы) пе­рио­дич. сис­те­мы; ат. н. 55; ат. м. 132,9054519; от­но­сит­ся к ще­лоч­ным ме­тал­лам. В при­ро­де один ста­биль­ный изо­топ ¹³³Cs. Из ис­кус­ст­вен­но по­лу­чен­ных ра­дио­ак­тив­ных изо­то­пов с мас­со­вы­ми чис­ла­ми 112–151 наи­бо­лее ус­той­чив ¹³⁷Cs (T_1/2 33,2 го­да, β-рас­пад; один из осн. ком­по­нен­тов ра­дио­ак­тив­но­го за­гряз­не­ния био­сфе­ры).

Историческая справка

От­крыт в 1860 Р. Бун­зе­ном и Г. Р. Кирх­го­фом ме­то­дом спек­траль­но­го ана­ли­за; на­зван по цве­ту ха­рак­тер­ных ли­ний в спек­тре (от лат. caesius – не­бес­но-го­лу­бой). Ме­тал­лич. Ц. впер­вые по­лу­чен швед. хи­ми­ком К. Сет­тер­бер­гом в 1882 при элек­тро­ли­зе рас­плав­лен­ной сме­си CsCN и Ba.

Распространённость в природе

Со­дер­жа­ние Ц. в зем­ной ко­ре 3,7·10^–4% по мас­се, в мор­ской во­де 3,0·10^–8%. Из­вест­но 2 ми­не­ра­ла Ц. – пол­лу­цит (до 26–32% Cs₂O) и край­не ред­кий аво­гад­рит (K,Cs)[BF₄]. Ц. мо­жет изо­морф­но за­ме­щать K и Rb в по­ле­вых шпа­тах и слю­дах. При­месь Cs встре­ча­ет­ся в бе­рил­ле, кар­нал­ли­те, вул­ка­нич. стек­ле. В гео­хи­мич. от­но­ше­нии Cs бли­зок к Rb и K, от­час­ти к Ba.

Свойства

Кон­фи­гу­ра­ция внеш­ней элек­трон­ной обо­лоч­ки ато­ма Ц. 6s¹; в со­еди­не­ни­ях про­яв­ля­ет сте­пень окис­ле­ния +1; энер­гия ио­ни­за­ции Cs⁰→Cs⁺ 375,7 кДж/моль; срод­ст­во к элек­тро­ну 45,5 кДж/моль, элек­тро­от­ри­ца­тель­ность по По­лин­гу 0,79; атом­ный ра­ди­ус 265 пм, ион­ный ра­ди­ус 167 пм (ко­ор­ди­нац. чис­ло 6).

В сво­бод­ном со­стоя­нии Ц. – мяг­кий, лег­ко­плав­кий бле­стя­щий, зо­ло­ти­сто­го цве­та ме­талл (кри­стал­лич. ре­шёт­ка ку­би­че­ская объ­ём­но­цен­три­ро­ван­ная), при ком­нат­ной темп-ре име­ет поч­ти пас­то­об­раз­ную кон­си­стен­цию; t_пл 28,4 °C, t_кип 678 °C; плот­ность 1873 кг/м³ (твёр­дый, при 20 °C), 1843 кг/м³ (жид­кий, при t_пл). Ато­мы Ц. под воз­дей­ст­ви­ем све­та ис­пус­ка­ют элек­тро­ны (фо­то­эф­фект).

Ц. об­ла­да­ет вы­со­кой ре­ак­ци­он­ной спо­соб­но­стью. Стан­дарт­ный элек­трод­ный по­тен­ци­ал –2,923 В. На воз­ду­хе мгно­вен­но окис­ля­ет­ся с вос­пла­ме­не­ни­ем, об­ра­зуя пе­рок­сид Cs₂O₂ и над­пе­рок­сид CsO₂; при не­дос­тат­ке воз­ду­ха по­лу­ча­ет­ся ок­сид Cs₂O; из­вес­тен так­же озо­нид CsO₃. С во­дой, га­ло­ге­на­ми, CO₂, S, CCl₄ реа­ги­ру­ет со взры­вом, да­вая со­от­вет­ст­вен­но гид­ро­ксид CsOH, га­ло­ге­ни­ды, ок­си­ды, суль­фи­ды, CsCl. С во­до­ро­дом об­ра­зу­ет гид­рид при 200–350 °C и дав­ле­нии 5–10 МПа. Вы­ше 300 °C раз­ру­ша­ет стек­ло, кварц и др. ма­те­риа­лы, вы­зы­ва­ет кор­ро­зию ме­тал­лов. При на­гре­ва­нии реа­ги­ру­ет с фос­фо­ром (Cs₂P₅), крем­ни­ем (CsSi), уг­ле­ро­дом (C₈Cs и C₂₄Cs). При взаи­мо­дей­ст­вии со ще­лоч­ны­ми и щё­лоч­но­зе­мель­ны­ми ме­тал­ла­ми, а так­же с Hg, Au, Bi и Sb об­ра­зу­ют­ся спла­вы Ц.; с аце­ти­ле­ном – аце­ти­ле­нид Cs₂C₂. Боль­шин­ст­во про­стых со­лей Ц. хо­ро­шо рас­тво­ри­мы в во­де; ма­ло­рас­тво­ри­мы CsMnO₄, CsClO₄ и Cs₂Cr₂O₇. Ц. не при­над­ле­жит к чис­лу ком­плек­со­об­ра­зую­щих эле­мен­тов, но он вхо­дит в со­став мн. ком­плекс­ных со­еди­не­ний в ка­че­ст­ве ка­тио­на внеш­ней сфе­ры.

Получение

Про­из­во­дят не­по­сред­ст­вен­но из пол­лу­ци­та ме­то­дом ва­ку­ум­тер­мич. вос­ста­нов­ле­ния (Ca, Mg, Al и др. ме­тал­ла­ми). Со­еди­не­ния Ц. так­же по­лу­ча­ют пу­тём пе­ре­ра­бот­ки пол­лу­ци­та. Ру­ду, обо­га­щён­ную фло­та­ци­ей, руч­ной ру­до­раз­бор­кой и т. п., раз­ла­га­ют ки­сло­та­ми (H₂SO₄, HNO₃ и др.) или ок­сид­но-со­ле­вы­ми сме­ся­ми (напр., CaO и CaCl₂; спе­ка­ние). Из про­дук­тов раз­ло­же­ния пол­лу­ци­та Ц. оса­ж­да­ют в ви­де ма­ло­рас­тво­ри­мых со­еди­не­ний. За­тем осад­ки пе­ре­во­дят в рас­тво­ри­мые со­ли, по­сле че­го по­лу­ча­ют осо­бо чис­тые со­еди­не­ния (пу­тём кри­стал­ли­за­ции из рас­тво­ров при сорб­ции при­ме­сей на окис­лен­ных ак­тиви­ро­ван­ных уг­лях). Глу­бо­кую очи­ст­ку ме­тал­лич. Ц. ве­дут ме­то­дом рек­ти­фи­ка­ции. Объ­ём про­из-ва Ц. в ми­ре ок. 20 т/год.

Хра­нят Ц. в ам­пу­лах из стек­ла пи­рекс в ат­мо­сфе­ре ар­го­на или в сталь­ных гер­ме­тич­ных со­су­дах под сло­ем обез­во­жен­но­го ва­зе­ли­но­во­го или па­ра­фи­но­во­го мас­ла.

Применение

Ц. ис­поль­зу­ют для из­го­тов­ле­ния фо­то­ка­то­дов, элек­тро­ва­ку­ум­ных фо­то­эле­мен­тов, фо­то­элек­трон­ных ум­но­жи­те­лей и др. Изо­то­пы при­ме­ня­ют в кван­то­вых стан­дар­тах час­то­ты (¹³³Cs), в ра­дио­ло­гии (¹³⁷Cs). Ре­зо­нанс­ная час­то­та энер­ге­тич. пе­ре­хо­да ме­ж­ду по­ду­ров­ня­ми осн. со­стоя­ния ¹³³Cs по­ло­же­на в ос­но­ву совр. оп­ре­де­ле­ния се­кун­ды (см. Це­зие­вый эта­лон час­то­ты).