Elementul chimic al cesiului: caracteristicile, formula, proprietățile

Caracteristicile cesiului, caracteristicile structurale și calitățile sale, inerente acestui element, trec în mod necesar în cursul chimiei. Nu numai elevi, dar și studenți ai specializărilor chimice ar trebui să cunoască particularitățile acestui compus. Utilizarea cesiului este în prezent destul de largă - dar într-o anumită zonă. În multe privințe, acest lucru se datorează faptului că, la temperatura camerei, elementul dobândește o stare lichidă, iar în formă pură practic nu apare. În prezent, doar cinci metale au calități similare. Proprietățile cesiului determină interesul oamenilor de știință și posibilitatea utilizării compusului.

Despre ce vorbim?

Metalul moale de cesiu este desemnat în tabelul periodic de simbolurile Cs. Numărul său de serie este 55. Metalul moale are o nuanță argintie, de aur. Punctul de topire este de 28 de grade Celsius.

Cesiul este un metal alcalin, ale cărui calități și caracteristici sunt similare cu potasiul, rubidiul. Structura cesiului cauzează reactivitate crescută. Cu apă, metalul poate reacționa la o temperatură la o scară Celsius de 116 grade sub zero. Elementul chimic al cesiului are o piroforitate ridicată. El este obținut din polulzit. Mulți izotopi radioactivi ai cesiului (inclusiv cesiul 137, care și-a găsit utilizarea activă) sunt produși în timpul procesării deșeurilor generate de funcționarea unui reactor nuclear. Cesiul 137 este rezultatul unei reacții de clivaj.

Istoric istoric

Meritul descoperirii formulei electronice de cesiu aparține chimistilor din Germania, minți remarcabile în domeniul lor Kirchhoff, Bunsen. Acest eveniment sa întâmplat în 1860 îndepărtat. La acea vreme, singura metodă de spectroscopie cu flacără inventată a fost schimbată în mod activ, iar experimentele germane au descoperit, în cursul experimentelor, un element chimic, cesiu, care până acum nu mai era cunoscut. În acel moment, cesiul a fost prezentat ca recipient, care este relevant pentru fotocelule, tuburi electronice.

Modificări notabile în istoria definirii și selecției elementului au avut loc în 1967. Având în vedere declarațiile făcute de Einstein că viteza luminii poate fi considerat ca fiind factorul cel mai constant în măsurarea inerentă în universul nostru, sa decis de cesiu 133. Acesta a fost un moment important în extinderea gamei de aplicare a cesiul element chimic - în special, se face ceasuri atomice.

Cesiu în anii nouăzeci

În ultimul deceniu al secolului trecut, elementul chimic al cesiului a început să fie folosit de omenire în special activ. Sa dovedit că este aplicabilă în activitatea de găurire a lichidelor. De asemenea, a fost posibil să se găsească o zonă destul de largă de aplicare în industria chimică. Sa dovedit că clorura de cesiu și alți derivați ai acestuia pot fi utilizați în construcția de componente electronice complexe.

În același timp, sa axat pe tot ceea ce în anii nouăzeci, o atenție deosebită a comunității științifice, care ar putea deveni un nou cuvânt în puterea nucleară, nucleară. Apoi a fost cel mai bine studiat cesiu radioactiv. Sa demonstrat că timpul de înjumătățire al acestei componente necesită aproximativ trei decenii. În prezent, izotopii radioactivi ai cesiului au găsit o largă aplicare în hidrologie. Fără ei, medicina și industria nu pot face fără. Cel mai utilizat izotop radioactiv cesiu 137. Ceziu este specific nivelului scăzut al abilităților otrăvitoare, în timp ce derivații radioactivi în concentrație mare pot fi dăunătoare pentru natură și om.

Parametrii fizici

Specificitatea cesiului (ca și clorul de cesiu și alți derivați ai acestui metal) cauzează oportunități de utilizare extinsă a produsului. Printre celelalte elemente, cesiul are cel mai mic indice de duritate - doar 0,2 unități pe scara Mohs. În plus față de moliciune, metalul este caracterizat de conformitate. În starea normală, formula electronică corectă de cesiu face posibilă formarea unui material care are o culoare palidă, capabil să schimbe vopseaua într-o cea mai închisă la cel mai mic contact cu compușii de oxigen.

Punctul de topire al metalului este de numai 28 de grade Celsius, ceea ce înseamnă că compusul aparține numărului de cinci metale, la temperatura camerei sau aproape de cel al fazei lichide. Un punct de topire chiar mai scăzut decât cesiul este înregistrat numai în mercur. Punctul de fierbere al cesiului este de asemenea scăzut - numai în mercur. Caracteristicile potențialului electrochimic reglează arderea metalelor - creează nuanțe violete sau albastru.

Combinație și caracteristici

Cesiul are capacitatea de a reacționa compuși alcalini, metale. De asemenea, elementul formează oxizi de cesiu. În plus, se observă reacții cu amestecuri de mercur și cu aur. Caracteristicile interacțiunii cu alți compuși, precum și regimurile de temperatură sub care reacțiile sunt posibile, declară compușii intermetalici posibili. În particular, cesiul este componenta de pornire pentru formarea compușilor fotosensibili. Pentru a face acest lucru, se efectuează o reacție metalică cu participarea toriu, antimoniu, galiu, indiu.

În plus față de oxidul de cesiu, interesul chimiștilor este cauzat de rezultatele interacțiunii cu un număr de elemente alcaline. În același timp, trebuie să ținem cont de faptul că metalul nu poate reacționa cu litiul. Fiecare dintre aliajele de cesiu are propriile nuanțe. Unele amestecuri sunt compuși negri-violeți, alții sunt vopsite în nuanță de aur, în timp ce altele sunt aproape incolore, dar cu un luciu metalic pronunțat.

Caracteristici chimice

Cea mai pronunțată caracteristică a cesiului este piroforicitatea sa. În plus, atenția oamenilor de știință este atrasă și de potențialul electrochimic al metalului. Cesiul poate aprinde spontan în aer. Atunci când interacționează cu apa, apare o explozie, chiar dacă condițiile de reacție presupun temperaturi scăzute. Cesiul din primul grup al tabelului chimic Mendeleyev diferă semnificativ în această privință. În interacțiunea dintre cesiu și apă în formă solidă, are loc și o reacție.

A fost dezvăluit acest lucru timp de înjumătățire cesiul durează aproximativ trei decenii. Materialul a fost găsit periculos din cauza caracteristicilor sale. Pentru a lucra cu cesiu, este necesar să se creeze o atmosferă de gaz inert. În același timp, explozia în contact cu apa cu o cantitate egală de sodiu și cesiu în cel de-al doilea caz va fi considerabil mai slabă. Chimistii explica acest lucru prin urmatoarea caracteristica: atunci cand cesiul este contactat cu apa, are loc o reactie exploziva instantanee, adica nu exista un decalaj suficient de lung pentru acumularea hidrogenului. Metoda optimă pentru depozitarea cesiului este recipientul înfundat dintr-un compus borosilicat.

Cesiu: în compoziția compușilor

Cesiul în compuși acționează ca un cation. Există mulți anioni diferiți cu care este posibilă o reacție de formare a compusului. Cele mai multe săruri de cesiu nu au culoare, cu excepția cazului în care colorarea se datorează anionului. Sărurile simple sunt higroscopice, deși într-o măsură mai mică decât alte alcide metalice ușoare. Mulți din apă sunt dizolvați.

Săruri duble au un grad relativ scăzut de solubilitate. Acest lucru a găsit o largă aplicare în industrie. De exemplu, sulfatul de aluminiu-cesiu este utilizat în mod activ în instalațiile de curățare a minereului, datorită solubilității scăzute în apă.

Cesiu: unic și util

Din punct de vedere vizual, acest metal este similar cu aurul, dar ușor mai ușor decât cel mai popular metal nobil. Dacă luați o bucată de cesiu în mână, se va topi rapid și substanța rezultată se va mișca, va schimba ușor culoarea - mai aproape de argint. În stare topită de cesiu, reflectă perfect razele de lumină. Din metalele alcaline, cesiul este considerat a fi cel mai greu, în același timp are cea mai mică densitate.

Istoria descoperirii cesiului conține referiri la sursa Durhheim. De aici a fost trimis un eșantion de apă pentru testele de laborator. În timpul analizei componentelor compozite, sa acordat o atenție deosebită soluționării problemei: care element oferă calitățile medicinale ale lichidului? Omul de știință german Bunsen a decis să aplice metoda de analiză spectrală. Apoi au existat două linii neașteptate de nuanță albastră, caracteristice conexiunilor cunoscute la vremea respectivă. Culoarea acestor trupe a ajutat oamenii de știință să aleagă un nume pentru noua componentă - cerul albastru în latină sună "cesiu".

Unde te pot găsi?

Așa cum sa arătat în timpul testelor lungi, cesiul este un element dispersat, care este extrem de rar în natură. Astfel, prin efectuarea unei analize comparative a conținutului în crusta plantei rubidium și cesiului, oamenii de știință au descoperit că al doilea mai puțin de o sută de ori. O estimare aproximativă a concentrației a determinat un indice de 7 * 10 (-4)%. Nici o altă metodă mai puțin sensibilă decât spectroscopia nu ne-ar fi permis să dezvăluim o astfel de legătură rară. Acest lucru explică faptul că oamenii de știință mai devreme nici nu bănuiau existența cesiului.

Acum a fost posibil să aflăm ce este mai frecvent în cesiu în rocile extrase în munți. Concentrația sa în acest material nu depășește o mie de procente. S-au înregistrat cantități categorice mici în apele mărilor. Până la zeci de procente din nivelul concentrației în litiu, compuși minerali de potasiu. Cel mai des poate fi identificat în lepidolit.

Oricum similar, dar complet diferit

Atunci când se compară caracteristicile distinctive ale cesiu și rubidiu, și alte elemente extrem de rar găsit în măsură să identifice acea caracteristică cesiu unică a formării de minerale care nu sunt capabile să alți compuși. Acesta este modul în care se obține polluciatul, rhodociul, avogadritul.

Roditsite, așa cum au descoperit oamenii de știință, este extrem de rar. În mod similar, este foarte dificil să găsiți avogadrit. Pollucite este ceva mai comun, în unele cazuri s-au găsit mici depozite. Acestea au o putere foarte mică, dar conțin cesiu în cantitate de 20-35 procente din masa totală. Cele mai importante, din punctul de vedere al publicului, s-au găsit poluluri în intestinul american și pe teritoriul Rusiei. De asemenea, există evoluții suedeze, Kazahstan. Se știe că pollucitele se găsesc în sud-vestul continentului african.

Lucrarea continuă

Nu este un secret faptul că deschiderea unui element și obținerea acestuia în forma sa pură sunt două sarcini complet diferite, deși legate unul de celălalt. Când a devenit clar că cesiul este foarte rar, oamenii de știință au început să dezvolte metode de sintetizare a metalelor în condiții de laborator. La început se părea că aceasta era o sarcină complet imposibilă dacă am fi folosit mijloacele și tehnicile disponibile în acele vremuri. Bunsen de mulți ani și nu a reușit să izoleze cesiul metalic în forma sa pură. Doar două decenii mai târziu, chimiștii avansați ar putea rezolva în cele din urmă această problemă.

Descoperirea a avut loc în 1882, când Sternberg din Suedia a efectuat electroliza amestecului, în patru părți constituind cianuri de cesiu, la care a fost amestecată o parte a bariului. Ultima componentă a fost utilizată pentru a face punctul de topire mai mic. Cianurile, așa cum știau deja oamenii de știință, erau componente foarte periculoase. În același timp, s-a format o contaminare în detrimentul bariului, ceea ce a făcut imposibilă obținerea unei cantități mai mult sau mai puțin satisfăcătoare de cesiu. Era clar că metodologia a necesitat îmbunătățiri semnificative. O propunere bună în acest domeniu a fost prezentată spre dezbatere de către comunitatea științifică Beketov. Atunci atenția a fost atrasă de hidroxidul de cesiu. Dacă restabilim acest compus folosind metalul de magneziu, creșterea căldurii și utilizarea curentului de hidrogen, putem obține un rezultat oarecum mai bun decât cel dovedit de chimistul suedez. Cu toate acestea, experimentele reale au arătat că randamentul este de jumătate cât a fost calculat în teorie.

Ce urmează?

Cesiul a continuat să fie centrul atenției comunității științifice chimice internaționale. În special, în studiile sale, a dedicat mult efort și timp cercetătorului francez Akspil. În 1911 el a propus o abordare radical nouă a problemei extragerii cesiului pur. A fost necesar să se efectueze reacția în vid, clorura de metal a fost luată ca materie primă și s-a utilizat calciu metalic pentru reducerea acesteia.

O astfel de reacție, așa cum se arată prin experimente, apare aproape până la sfârșit. Pentru a obține un efect suficient, este necesar să utilizați un dispozitiv special. În laboratoare se recurg, de obicei, la sticlă refractară sau se utilizează rezervoare cu cuarț. Dispozitivul trebuie să aibă o creștere. În interior, se menține o presiune de ordinul a 0,001 mm Hg. Art. Pentru o reacție de succes, este necesar să se asigure încălzirea recipientului la 675 grade Celsius. În același timp, cesiul este eliberat, care se evaporă aproape imediat. Perechile trec în procesul destinat acestui scop. Dar clorura de potasiu se reglează în principal direct în reactor. În condiții date, volatilitatea acestei sări este atât de mică încât poate fi ignorată cu totul, deoarece pentru acest compus temperatura caracteristică de topire este de 773 grade (conform aceleiași scări Celsius). Acest lucru înseamnă că sedimentul se poate topi dacă recipientul este supraîncălzit cu o sută de grade față de cel dorit. Pentru a obține cel mai eficient rezultat, este necesar să se efectueze un proces de distilare repetat. Pentru a face acest lucru, creați un vid. Rezultatul va fi un cesiu metalic ideal. În prezent, tehnica descrisă este utilizată cel mai larg și este considerată optimă pentru prepararea compusului.

Activitate și reacții

În cursul numeroaselor studii, oamenii de știință au reușit să determine că cesiul este caracterizat printr-o activitate surprinzătoare, care în mod normal nu este caracteristică metalelor. La contactul cu aerul, are loc aprinderea, ceea ce duce la eliberarea superoxidului. Obțineți oxid poate fi, dacă limitați accesul de oxigen la reactivi. Există posibilitatea formării de suboxizi.

Dacă cesiul este contactat cu fosfor, sulf, halogen, aceasta provoacă o reacție însoțită de o explozie. De asemenea, explozia însoțește reacția cu apă. Folosind un cristalizor, un pahar, vă puteți confrunta cu faptul că recipientul se dizolvă literalmente în bucăți. De asemenea, este posibil să reacționeze cu gheață dacă temperatura pe scara Celsius nu este mai mică de 116 de grade. Ca urmare a acestei reacții, se produce hidrogen, hidroxid.

Hidroxid: Caracteristici

În cursul studierii produselor de reacție produse de cesiu, chimiștii au descoperit că hidroxidul rezultat este o bază foarte puternică. Interacționând cu acesta, este necesar să rețineți că, la o concentrație ridicată, această conexiune poate distruge cu ușurință sticla chiar și fără încălzire suplimentară. Dar, cu creșterea temperaturii, hidroxidul se topește ușor cu nichel, fier, cobalt. Efectul asupra dioxidului de zirconiu, corundului și platinei va fi similar. Dacă oxigenul participă la reacție, hidroxidul de cesiu distruge extrem de rapid argintul, aurul. Dacă limităm fluxul de oxigen, procesul se desfășoară relativ încet, dar tot nu se oprește. Rezistența la hidroxid de cesiu este posedată de rodiu și de mai multe aliaje ale acestui compus.

Aplicați cu înțelepciune

Nu numai cesiul, ci și compușii cunoscuți pe baza acestui metal sunt utilizați în prezent foarte larg. Fără ei, este imposibil să ne imaginăm proiectarea radiotehnicii, ele sunt de neînlocuit în domeniul electronicii. Compusul și variațiile de cesiu sunt utilizate în mod activ în chimie, industrie, oftalmologie și medicină. Cesiul nu este, de asemenea, neglijat în cadrul dezvoltării tehnologiilor aplicabile în spațiu, precum și al energiei nucleare.

Acum este obișnuită utilizarea cesiului în proiectarea de fotocelule. Bromura, iodura din acest metal este necesară pentru crearea de sisteme de vizibilitate în infraroșu. Singurele cristale fabricate pot fi folosite ca elemente ale detectoarelor, care permit fixarea radiațiilor ionizante. Unii compuși pe bază de cesiu sunt utilizați în mod activ ca catalizatori în procesele industriale. Acest lucru este necesar atunci când se formează amoniac oxid de etilenă și producția de butadienă.

Radiații și cesiu

Cea mai mare atenție a oamenilor de știință este atrasă de izotopul cesiu 137. Acesta aparține categoriei de emițători beta. În prezent, acest element este indispensabil în procesul de sterilizare a produselor alimentare, a compușilor medicamentoși. Pentru aceasta se acceptă recurgerea la terapia neoplasmelor maligne. Abordările moderne au făcut posibilă utilizarea elementului în detectarea defectelor de raze gama. Pe această bază se construiesc senzori de nivel și surse curente. Cel de-al 137-lea izotop din mediu într-o cantitate foarte mare a scăzut după accidentul de la Cernobîl. Acesta este unul dintre cei mai importanți factori de poluare după această catastrofă.

Totuși, al 137-lea nu este singurul izotop radioactiv al cesiului, care a fost găsit în industria modernă. Astfel, ceasul atomic este creat pe izotopul de cesiu 133. În prezent, este cel mai precis instrument care permite controlul cursului timpului. O secundă, așa cum au descoperit cercetătorii în cursul cercetărilor de înaltă precizie, sunt perioadele de radiații 9192631770. Acest lucru face posibilă utilizarea atomului izotopului de cesiu 133 ca standard pentru determinarea frecvenței și a timpului.