Цезій - хімічний елемент I групи періодичної системи, атомний номер 55, атомна маса 132,9054; відноситься до лужних металів.
1860 р ., В мінеральних водах відомих цілющих джерел Шварцвальда (Баден-Баден та ін.) За короткий історичний термін пройшов блискучий шлях - від рідкісного, нікому не відомого хімічного елемента до стратегічного металу. Належить до родини рідкісних лужних легких металів. Легко взаємодіє з іншими елементами, утворюючи міцні зв'язки. В даний час застосовується одночасно в кількох галузях: в електроніці та автоматики, у радіолокації і кіно, в атомних реакторах і на космічних кораблях.
Вперше він був виявлений за двом яскравим лініях у синій області спектру, і латинське слово «caesius», від якого відбулася його назва, означає небесно-блакитний. Незаперечно твердження про те, що цезій практично останній ряду лужних металів. Правда, ще Менделєєв завбачливо залишив у своїй таблиці порожню клітку для «екацезія», який повинен був слідувати в I групі за цезієм. І цей елемент (францій) у 1939 р . був відкритий. Однак францій існує лише у вигляді швидко розпадаються радіоактивних ізотопів з періодами напіврозпаду в кілька хвилин, секунд або навіть тисячних часток секунди.
Цезій був першим елементом, відкритим за допомогою спектрального аналізу. Раніше солі цезію помилково вважали солями калію. Вчені, однак, мали можливість познайомитися з цим елементом ще до того, як Бунзен і Кірхгоф створили новий дослідницький метод. Мова йде про зникнення, яка довгі роки не давала спокою хімікам. Ще в 1846 році німецький вчений К. Платтнер зайнявся дослідженням полуціта-мінералу, знайденого на острові Ельба. Виконати повний хімічний аналіз мінералу було справою не хитрим, але от заковика: як не складав Платтнер отримані ним результати, сума всіх складових виявлялася рівною 93%. Куди ж могли подітися інші 7%? Майже два десятки років ніхто не міг відповісти на це питання. І лише в 1864 році італієць Пізані представив незаперечні докази того, що винуватцем «недоважування» був цезій, помилково прийнятий Платтнером за калій - ці елементи складаються в досить близькій хімічному спорідненість, проте цезій у два з гаком рази важче.
Металевий цезій вперше був отриманий Сеттербергом в 1882 р. електролізом розплавленого ціаніду цезію. Виробництво сполук цезію виникло в кінці минулого століття, а виробництво металів цезію було організовано в двадцятих роках минулого століття. Однак і в даний час їх отримують в обмеженій кількості.
Природний цезій складається із стабільного нукліда 133 Cs. Поперечний перетин захоплення теплових нейтронів 2,9 * 10 27 м 2.
Конфігурація зовнішньої електронної оболонки атома 6s 1, ступінь окислення +1; енергія іонізації при переході Cs → Cs + → Cs 2 + відповідає 3,89397, 25,1 еВ; спорідненість до електрона 0,47 еВ; електронегативність за Полінгом 0,7; робота
виходу електрона 1,81 еВ; металевий радіус 0,266 нм, ковалентний радіус 0.235 нм, іонний радіус Cs + 0,181 нм (координаційне число 6), 0,188 нм (8), 0,192 нм (9), 0,195 нм (10), 0,202 нм ( 12).
Вміст цезію в земній корі 3,7 · 10 -4% за масою. Мінерали цезію - поллуціт (Сs, Nа) [АlSi 2 O 6] · Н 2 О (вміст Cs 2 Про 29,8-36,7% за масою) і рідкісний Авогадро (К, Сs) [ВF 4]. Цезій присутня у вигляді домішки у багатих калієм алюмосилікатах: Лепідоліт (0,1-0,5% СsО), флогопіт (0,2-1,5%) та ін, також у карналіт (0,0003-0,002% CsС1) , тріфіліне, в термальних (до 5 мг / л Cs) і озерних (до 0,3 мг / л Cs) водах. Промисловий джерела цезію - поллуціт і лепідоліт.
На повітрі цезій миттєво окислюється із запалюванням і утворенням перекису і надперекісі. З водою цезій і рубідій бурхливо реагують з утворенням гідроксидів і виділенням водню. Ця реакція протікає навіть при температурі -100 ° С.
Цезій розчиняється в рідкому аміаку, зі спиртом утворюють алкоголяти, здатні приєднати одну молекулу спирту. Через високу реакційної здатності цезій зберігають у герметичних сталевих посудинах під шаром парафіну.
Цезій, як натрій і калій, володіє єдиним 5-електроном понад конфігурації інертних газів. Структура електронних оболонок цезію визначає багато його фізико-хімічні властивості. Конфігурація електронних оболонок наступна: кь - [Кг] криптон. 5s і Сз - [Хе] ксенон 6s. Внаслідок невеликої різниці в енергіях атомних орбіт - 5d і 6s для цезію атоми їх легко збуджуються. З цієї причини метали володіють низькими значеннями іонізаційних потенціалів, хорошою електропровідністю і явищем фотоефекту. Здатність світлових променів заряджати тіла позитивним електрикою або віднімати від них негативний заряд була названа фотоефектом (від грецького слова «Фотос» - світло і латинського - «ефект» - дія). Світлові промені «вибивають» з цезію електрони, які утворюють електричний струм. У цезію дуже легко «вибити» електрон, так як на зовнішньому електронному шарі він один. Чим далі від ядра атома вилучений електрон, тим легше його відірвати. Так, у цезію шість електронних шарів, а в натрію тільки три, між ядром і зовнішнім електроном у цезію 54 електрона, а в натрію тільки 10. Отже, цезій найлегше віддає свій електрон, тому що він володіє найбільшим атомним радіусом і найменшим іонізаційним потенціалом. Цезій зустрічається в природі тільки у вигляді стабільного ізотопу 135 Сз
Саме чудове властивість цезію - його виключно висока активність. За чутливості до світла він перевершує всі інші метали. Цезієвий катод випускає потік електронів навіть під дією інфрачервоних променів з довжиною хвилі 0,80 мкм. Крім того, максимальна електронна емісія, що перевершує нормальний фотоелектричний ефект у сотні разів, настає у цезію при висвітленні зеленим світлом, тоді як у інших світлочутливих металів цей максимум проявляється лише при дії фіолетових або ультрафіолетових променів.
Довгий час вчені сподівалися знайти радіоактивні ізотопи цезію в природі, оскільки вони є у рубідію і калію. Але в природному цезіі не вдалося виявити будь-яких інших ізотопів, крім цілком стабільного 133 Cs. Правда, штучним шляхом отримано 22 радіоактивних ізотопу цезію з атомними масами від 123 до 144. У більшості випадків вони недовговічні: періоди напіврозпаду вимірюються секундами і хвилинами, рідше - декількома годинами або днями. Однак три з них розпадаються не настільки швидко - це 134 Cs, 137 Cs і 135 Cs, що живуть 2,07; 26,6 і 3.10 6 років. Всі три ізотопи утворюються в атомних реакторах при розпаді урану, торію і плутонію; їх видалення з реакторів досить важко.
Хімічна активність цезію надзвичайна. Він дуже швидко реагує з киснем і не тільки моментально запалюється на повітрі, але здатний поглинати найменші сліди кисню в умовах глибокого вакууму. Воду він бурхливо розкладає вже при звичайній температурі, при цьому виділяється багато тепла, і витісняється з води водень тут же запалюється. Цезій взаємодіє навіть з льодом при -116 ° C. Його зберігання вимагає великої обережності.
Цезій взаємодіє і з вуглецем. Тільки найдосконаліша модифікація вуглецю - алмаз - в змозі протистояти його «натиску». Рідкий розплавлений цезій і його пари розпушують сажу, деревне вугілля і навіть графіт, проникаючи між атомами вуглецю і утворюючи своєрідні, досить міцні з'єднання золотисто-жовтого кольору, які в межі, мабуть, відповідають складу C 8 Cs 5. Вони спалахують на повітрі, витісняють водень із води, а при нагріванні розкладаються і віддають весь поглинений цезій.
Навіть при звичайній температурі реакції цезію з фтором, хлором і іншими галогенами супроводжуються запаленням, а з сіркою і фосфором - вибухом. При нагріванні цезій з'єднується з воднем, азотом і іншими елементами, а при 300 ° C руйнує скло і фарфор. Гідриди дейтериду цезію легко спалахують на повітрі, а також в атмосфері фтору і хлору. Нестійкі, а іноді пожежонебезпечні й вибухові з'єднання цезію з азотом, бором, кремнієм та германієм, а також з окисом вуглецю. Галоїдні з'єднання цезію та цезієвий солі більшості кислот, навпаки, дуже міцні і стійкі. Активність вихідного цезію проявляється в них хіба тільки в хорошій розчинності переважної більшості солей. Крім того, вони легко перетворюються в більш складні комплексні сполуки.
Всі лужні метали сильно змінюються під дією високого тиску. Але саме цезій реагує на нього найбільш своєрідно і різко. При тиску в 100 тис. атм. його обсяг зменшується майже втричі - сильніше, ніж у інших лужних металів. Крім того, саме в умовах високого тиску були виявлені дві нові модифікації елементарного цезію. Електричний опір всіх лужних металів із зростанням тиску збільшується; у цезію це властивість виражено особливо сильно.
Сплави й интерметаллические з'єднання цезію завжди порівняно легкоплавкі.
У цезію є ще одна вельми важлива властивість, тісно пов'язане з його електронною структурою. Справа в тому, що він втрачає свій єдиний валентний електрон легше, ніж будь-який інший метал; для цього необхідна дуже незначна енергія - всього 3,89 еВ. Тому отримання плазми з цезію вимагає набагато менших енергетичних витрат, ніж при використанні будь-якого іншого хімічного елемента.
Ядро атома цезію та його валентний електрон володіють власними магнітними моментами. Ці моменти можуть бути орієнтовані подвійно - паралельно або антипараллельно. Різниця між енергіями обох станів постійна, і, природно, перехід з одного стану в інший супроводжується коливаннями зі строго постійними характеристиками (довжина хвилі 3,26 см). Використовуючи цю властивість, вчені створили цезієвий «атомний годинник» - чи не найточніший в світі.
Всі численні сполуки цезію можна підрозділити на дві групи: прості та комплексні.
Прості з'єднання.
Оксид цезію Сs 2 О, кристали, що розпливаються на повітрі; у вакуумі (10 -3 Па) переганяється при 350-450 ° С, при 500 ° С розкладається: 2Cs 2 0 → Сs 2 0 2 + 2Cs; енергійно реагує з водою, даючи CsОН, з вологим СО 2, при 150-200 ° С - з Н 2, Р 2, С1 2, а також з розплавленою сіркою; розкладається на світлі; отримують повільним окислюванням Cs киснем (2 / 3 стехіометричного кількості), залишок Cs відганяють у вакуумі при 180-200 ° С. При окисленні Cs киснем отримують також його пероксид і надперокід.
Таблиця 2
Пероксид Сs 2 0 2 - гігроскопічні кристали, вище 650 ° С розкладається з виділенням атомарного кисню і активно окисляє Ni, Аg, Рt, Аu; тиск дисоціації 2261 Па (1103 ° С); розчиняється у крижаній воді без розкладання, при температурі вище 25 ° С перебігає реакція з утворенням гідроксидів:
2Ме 2 0 2 + 2Н 2 0 = MеОН + О 2,
а в кислоті відбувається виділення перекису водню:
Ме 2 0 2 + Н 2 S0 4 = Ме 2 S0 4 + Н 2 0 2.
Гідриди цезію (СsН) - тверді кристалічні речовини, мають кубічну гранецентрированную грати типу хлориду натрію, СsН 3,4 г / см 3. Вони відносяться до солеобразние сполукам, в яких аніон Н ~ за фізичними властивостями близький до іонів галогенида.
Гідриди спалахують на повітрі, що містить сліди вологи, самовоспламеняются в атмосфері хлору і фгора; бурхливо реагують з водою, виділяючи водень:
СsН + Н 2 0 = СsОН + Н 2
Гідриди виходять шляхом гідрування чистих металів воднем.
Цезій дуже енергійно сполучається з киснем. Всі з'єднання цезію, що містять кисень, активно взаємодіють з вологою і двоокисом вуглецю повітря.
З сполук цезію з більш високим вмістом кисню відомі чотири типи: перекису (Ме 2 0. 2), триокису [Ме ± (0 2) 3], надперекісі (Ме0 2) і озоніди (Ме0 3).
Окиси цезію являють собою прозорі голки, що розпливаються на повітрі. Під дією світла окису розкладаються, даючи метал. У вакуумі окис цезію переганяється при температурі (350-450 ° С), а вже при 500 ° С утворюється 0> 2 0 2, яка повністю сублімує. Окиси цезію бурхливо реагують з розплавленою сіркою по реакції:
4Ме 2 0 + 7S = Мe 2 S0 4 + 6Mе.
Безводні гідроокису цезію є кристалічні, дуже гігроскопічні речовини, що переходять внаслідок взаємодії з Н 2 0 і СО у карбонати. Відомо п'ять кристалогідратів гидроокисей: Меон-Н 2 0; Меон-2Н а О; МeOН-ДТ, 0; МeOН-4Н 2 0 і ЗМеОН-Н 2 0. Відзначається, що кристалізаційна вода залишається в зразках при температурах, значно перевищують їх температури плавлення.
Розчинність гідроксидів зменшується з підвищенням температури і становить при 15 ° С 79,41% (за масою) CsОН. Гідроокису добре розчиняються в етанолі, рідкому аміаку і етиловому спирті. На повітрі вони розпливаються і поступово переходять у карбонати, а при 400 - 500 ° С утворюють перекису. Історія відкриття
Відкрито цезій порівняно недавно, вВперше він був виявлений за двом яскравим лініях у синій області спектру, і латинське слово «caesius», від якого відбулася його назва, означає небесно-блакитний. Незаперечно твердження про те, що цезій практично останній ряду лужних металів. Правда, ще Менделєєв завбачливо залишив у своїй таблиці порожню клітку для «екацезія», який повинен був слідувати в I групі за цезієм. І цей елемент (францій) у
Цезій був першим елементом, відкритим за допомогою спектрального аналізу. Раніше солі цезію помилково вважали солями калію. Вчені, однак, мали можливість познайомитися з цим елементом ще до того, як Бунзен і Кірхгоф створили новий дослідницький метод. Мова йде про зникнення, яка довгі роки не давала спокою хімікам. Ще в 1846 році німецький вчений К. Платтнер зайнявся дослідженням полуціта-мінералу, знайденого на острові Ельба. Виконати повний хімічний аналіз мінералу було справою не хитрим, але от заковика: як не складав Платтнер отримані ним результати, сума всіх складових виявлялася рівною 93%. Куди ж могли подітися інші 7%? Майже два десятки років ніхто не міг відповісти на це питання. І лише в 1864 році італієць Пізані представив незаперечні докази того, що винуватцем «недоважування» був цезій, помилково прийнятий Платтнером за калій - ці елементи складаються в досить близькій хімічному спорідненість, проте цезій у два з гаком рази важче.
Металевий цезій вперше був отриманий Сеттербергом в 1882 р. електролізом розплавленого ціаніду цезію. Виробництво сполук цезію виникло в кінці минулого століття, а виробництво металів цезію було організовано в двадцятих роках минулого століття. Однак і в даний час їх отримують в обмеженій кількості.
Опис
Блискуча поверхня металевого цезію має блідо-золотистий колір. Це - один з найбільш легкоплавких металів: він плавиться при 28,5 ° C, кипить при 705 ° C у звичайних умовах і при 330 ° C у вакуумі. Легкоплавкость цезію поєднується з великою легкістю. Незважаючи на досить велику атомну масу (132,905) елемента, його щільність при 20 ° C всього 1,87. Цезій у багато разів легше своїх сусідів по менделєєвської таблиці. Лантан, наприклад, має майже таку ж атомну масу, по щільності перевершує цезій в три з гаком рази. Цезій всього вдвічі важче натрію, а їх атомні маси відносяться, як 6:1. Мабуть, причина цього криється у своєрідній електронну структуру атомів цезію. Кожен його атом містить 55 протонів, 78 нейтронів і 55 електронів, але всі ці численні електрони розташовані щодо пухко - іонний радіус цезію дуже великий - 1,65 Ǻ *. Іонний радіус лантану, наприклад, дорівнює всього 1,22 Ǻ, хоча до складу його атома входять 57 протонів, 82 нейтрона і 57 електронів. Атомний радіус цезію дорівнює 2,62 Ǻ.Природний цезій складається із стабільного нукліда 133 Cs. Поперечний перетин захоплення теплових нейтронів 2,9 * 10 27 м 2.
Конфігурація зовнішньої електронної оболонки атома 6s 1, ступінь окислення +1; енергія іонізації при переході Cs → Cs + → Cs 2 + відповідає 3,89397, 25,1 еВ; спорідненість до електрона 0,47 еВ; електронегативність за Полінгом 0,7; робота
виходу електрона 1,81 еВ; металевий радіус 0,266 нм, ковалентний радіус 0.235 нм, іонний радіус Cs + 0,181 нм (координаційне число 6), 0,188 нм (8), 0,192 нм (9), 0,195 нм (10), 0,202 нм ( 12).
Вміст цезію в земній корі 3,7 · 10 -4% за масою. Мінерали цезію - поллуціт (Сs, Nа) [АlSi 2 O 6] · Н 2 О (вміст Cs 2 Про 29,8-36,7% за масою) і рідкісний Авогадро (К, Сs) [ВF 4]. Цезій присутня у вигляді домішки у багатих калієм алюмосилікатах: Лепідоліт (0,1-0,5% СsО), флогопіт (0,2-1,5%) та ін, також у карналіт (0,0003-0,002% CsС1) , тріфіліне, в термальних (до 5 мг / л Cs) і озерних (до 0,3 мг / л Cs) водах. Промисловий джерела цезію - поллуціт і лепідоліт.
Властивості цезію
Цезій - м'який метал, який при кімнатній температурі знаходиться в напіврідкому стані. Пари пофарбовані в зеленувато-синій колір. Кристалізується в кубічній об'емноцентрірованной гратах: а = 0,6141 нм, z = 2, просторів, група IтЗт \ т. пл. 28,44 ° С, точка кипіння 669,2 ° С; щільність 1,904 р. / см 3 (20 ° С); С 0 р 32,21 Дж / (моль · К); Н 0 пл 2,096 кДж / моль, Δ М 0 ісп 65,62 кДж / моль, ΔН 0 возг 76,54 кДж / моль (298,15 К); S 0298 85,23 Дж / (моль · К); рівняння температурної залежності тиску пари: lg p ( мм рт. ст.) = -4122 / T + 5,228 - 1,514 lg T + 3977Т (100-301,59 К), lg p (мм. рт. cт.) = -3822 / Т + 4,940 - 0,746 lg T (301 ,59-897 К); теплопровідність, Вт / (м · К): 19,0 (298 К), 19,3 (373 К), 20,2 (473 К); ρ, мкОм · м: 0,1830 (273,15 К), 0,2142 (301,59 К, твердий), 0,3568 (301,59 К, рідина), температурний коефіцієнт ρ 6,0-10 -3 К -1 (273-291 К) ; парамагнетик, питома магнітна сприйнятливість +0,22 · 10 -9 (293 К); η, мПа · с: 6,76 (301,59 К), 5,27 (350 К), 3,18 (500 К) ; γ 60,6 мН / м (301,59 К); температурний коефіцієнт лінійного розширення 97.10 -6 К -1 (273 К); твердість за Моосом 0,2; модуль пружності 1,7 ГПа (293 К); коефіцієнт. стисливості 71.10 -11 Па -1 (323 К).На повітрі цезій миттєво окислюється із запалюванням і утворенням перекису і надперекісі. З водою цезій і рубідій бурхливо реагують з утворенням гідроксидів і виділенням водню. Ця реакція протікає навіть при температурі -100 ° С.
Цезій розчиняється в рідкому аміаку, зі спиртом утворюють алкоголяти, здатні приєднати одну молекулу спирту. Через високу реакційної здатності цезій зберігають у герметичних сталевих посудинах під шаром парафіну.
Цезій, як натрій і калій, володіє єдиним 5-електроном понад конфігурації інертних газів. Структура електронних оболонок цезію визначає багато його фізико-хімічні властивості. Конфігурація електронних оболонок наступна: кь - [Кг] криптон. 5s і Сз - [Хе] ксенон 6s. Внаслідок невеликої різниці в енергіях атомних орбіт - 5d і 6s для цезію атоми їх легко збуджуються. З цієї причини метали володіють низькими значеннями іонізаційних потенціалів, хорошою електропровідністю і явищем фотоефекту. Здатність світлових променів заряджати тіла позитивним електрикою або віднімати від них негативний заряд була названа фотоефектом (від грецького слова «Фотос» - світло і латинського - «ефект» - дія). Світлові промені «вибивають» з цезію електрони, які утворюють електричний струм. У цезію дуже легко «вибити» електрон, так як на зовнішньому електронному шарі він один. Чим далі від ядра атома вилучений електрон, тим легше його відірвати. Так, у цезію шість електронних шарів, а в натрію тільки три, між ядром і зовнішнім електроном у цезію 54 електрона, а в натрію тільки 10. Отже, цезій найлегше віддає свій електрон, тому що він володіє найбільшим атомним радіусом і найменшим іонізаційним потенціалом. Цезій зустрічається в природі тільки у вигляді стабільного ізотопу 135 Сз
Саме чудове властивість цезію - його виключно висока активність. За чутливості до світла він перевершує всі інші метали. Цезієвий катод випускає потік електронів навіть під дією інфрачервоних променів з довжиною хвилі 0,80 мкм. Крім того, максимальна електронна емісія, що перевершує нормальний фотоелектричний ефект у сотні разів, настає у цезію при висвітленні зеленим світлом, тоді як у інших світлочутливих металів цей максимум проявляється лише при дії фіолетових або ультрафіолетових променів.
Довгий час вчені сподівалися знайти радіоактивні ізотопи цезію в природі, оскільки вони є у рубідію і калію. Але в природному цезіі не вдалося виявити будь-яких інших ізотопів, крім цілком стабільного 133 Cs. Правда, штучним шляхом отримано 22 радіоактивних ізотопу цезію з атомними масами від 123 до 144. У більшості випадків вони недовговічні: періоди напіврозпаду вимірюються секундами і хвилинами, рідше - декількома годинами або днями. Однак три з них розпадаються не настільки швидко - це 134 Cs, 137 Cs і 135 Cs, що живуть 2,07; 26,6 і 3.10 6 років. Всі три ізотопи утворюються в атомних реакторах при розпаді урану, торію і плутонію; їх видалення з реакторів досить важко.
Хімічна активність цезію надзвичайна. Він дуже швидко реагує з киснем і не тільки моментально запалюється на повітрі, але здатний поглинати найменші сліди кисню в умовах глибокого вакууму. Воду він бурхливо розкладає вже при звичайній температурі, при цьому виділяється багато тепла, і витісняється з води водень тут же запалюється. Цезій взаємодіє навіть з льодом при -116 ° C. Його зберігання вимагає великої обережності.
Цезій взаємодіє і з вуглецем. Тільки найдосконаліша модифікація вуглецю - алмаз - в змозі протистояти його «натиску». Рідкий розплавлений цезій і його пари розпушують сажу, деревне вугілля і навіть графіт, проникаючи між атомами вуглецю і утворюючи своєрідні, досить міцні з'єднання золотисто-жовтого кольору, які в межі, мабуть, відповідають складу C 8 Cs 5. Вони спалахують на повітрі, витісняють водень із води, а при нагріванні розкладаються і віддають весь поглинений цезій.
Навіть при звичайній температурі реакції цезію з фтором, хлором і іншими галогенами супроводжуються запаленням, а з сіркою і фосфором - вибухом. При нагріванні цезій з'єднується з воднем, азотом і іншими елементами, а при 300 ° C руйнує скло і фарфор. Гідриди дейтериду цезію легко спалахують на повітрі, а також в атмосфері фтору і хлору. Нестійкі, а іноді пожежонебезпечні й вибухові з'єднання цезію з азотом, бором, кремнієм та германієм, а також з окисом вуглецю. Галоїдні з'єднання цезію та цезієвий солі більшості кислот, навпаки, дуже міцні і стійкі. Активність вихідного цезію проявляється в них хіба тільки в хорошій розчинності переважної більшості солей. Крім того, вони легко перетворюються в більш складні комплексні сполуки.
Всі лужні метали сильно змінюються під дією високого тиску. Але саме цезій реагує на нього найбільш своєрідно і різко. При тиску в 100 тис. атм. його обсяг зменшується майже втричі - сильніше, ніж у інших лужних металів. Крім того, саме в умовах високого тиску були виявлені дві нові модифікації елементарного цезію. Електричний опір всіх лужних металів із зростанням тиску збільшується; у цезію це властивість виражено особливо сильно.
Сплави й интерметаллические з'єднання цезію завжди порівняно легкоплавкі.
У цезію є ще одна вельми важлива властивість, тісно пов'язане з його електронною структурою. Справа в тому, що він втрачає свій єдиний валентний електрон легше, ніж будь-який інший метал; для цього необхідна дуже незначна енергія - всього 3,89 еВ. Тому отримання плазми з цезію вимагає набагато менших енергетичних витрат, ніж при використанні будь-якого іншого хімічного елемента.
Ядро атома цезію та його валентний електрон володіють власними магнітними моментами. Ці моменти можуть бути орієнтовані подвійно - паралельно або антипараллельно. Різниця між енергіями обох станів постійна, і, природно, перехід з одного стану в інший супроводжується коливаннями зі строго постійними характеристиками (довжина хвилі 3,26 см). Використовуючи цю властивість, вчені створили цезієвий «атомний годинник» - чи не найточніший в світі.
Властивості та способи отримання сполук цезію
Цезій хімічно дуже активний, стандартний електродний потенціал складає 2,923 В. на повітрі миттєво окислюється із запалюванням, утворюючи надпероксід Сs0 2 з домішкою пероксиду Сs 2 0 2. При обмеженому доступі O 2 Окислюється до оксиду цезію Cs 2 0; Сs0 2 переходить в озоніди Cs0 3 в струмі озонованого O 2 при 40 ° С. З водою цезій реагує з вибухом з утворенням гідроксиду CsОН і виділенням Н 2. Взаємодіє з сухим Н 2 при 200-350 ° С під тиском 5-10 МПа або в присутності каталізатора з утворенням гідриду СsН.Всі численні сполуки цезію можна підрозділити на дві групи: прості та комплексні.
Прості з'єднання.
Оксид цезію Сs 2 О, кристали, що розпливаються на повітрі; у вакуумі (10 -3 Па) переганяється при 350-450 ° С, при 500 ° С розкладається: 2Cs 2 0 → Сs 2 0 2 + 2Cs; енергійно реагує з водою, даючи CsОН, з вологим СО 2, при 150-200 ° С - з Н 2, Р 2, С1 2, а також з розплавленою сіркою; розкладається на світлі; отримують повільним окислюванням Cs киснем (2 / 3 стехіометричного кількості), залишок Cs відганяють у вакуумі при 180-200 ° С. При окисленні Cs киснем отримують також його пероксид і надперокід.
Таблиця 2
| Властивості оксиду, пероксиду і надпероксід | ||||
| Показник | Cs 2 O | Cs 2 O 2 | CsO 2 | |
| Колір | Коричнево-червоний | Блідо-жовтий | Золотисто-коричневий | |
| Сингонія | Гексагональна | Ромбічна | Тетрагональна | Кубічна |
| Параметри кристалической решітки, нм: | ||||
| α | 0,674 | 0,4322 | 0,4477 | 0,662 |
| b | - | 0,7517 | - | - |
| з | 1,882 | 0,6340 | 0,7350 | - |
| Просторова група | R3m | / Mmm | 14/mmm | Fm3m |
| Температура плавлення, ˚ С | 595 ˚ | 594 ˚ | 130 ˚ | 450 ˚ |
| Щільність, г / см 3 | 4,36 | 4,47 (15 ˚ С) | 3,76 (19 ˚ С) | - |
| З ˚ р, Дж / (моль · К) | 76,0 ˚ | 95,0 ˚ | 79,1 ˚ | - |
| ΔН ˚ обр, кДж / моль | -346,4 ˚ | -440 ˚ | -286 ˚ | - |
| ΔН ˚ пл, кДж / моль | 20 ˚ | 22 ˚ | - | 18 ˚ |
| S ˚ 298, Дж / (моль · К) | 146,9 ˚ | 180 ˚ | 142 ˚ | - |
2Ме 2 0 2 + 2Н 2 0 = MеОН + О 2,
а в кислоті відбувається виділення перекису водню:
Ме 2 0 2 + Н 2 S0 4 = Ме 2 S0 4 + Н 2 0 2.
Гідриди цезію (СsН) - тверді кристалічні речовини, мають кубічну гранецентрированную грати типу хлориду натрію, СsН 3,4 г / см 3. Вони відносяться до солеобразние сполукам, в яких аніон Н ~ за фізичними властивостями близький до іонів галогенида.
Гідриди спалахують на повітрі, що містить сліди вологи, самовоспламеняются в атмосфері хлору і фгора; бурхливо реагують з водою, виділяючи водень:
СsН + Н 2 0 = СsОН + Н 2
Гідриди виходять шляхом гідрування чистих металів воднем.
Цезій дуже енергійно сполучається з киснем. Всі з'єднання цезію, що містять кисень, активно взаємодіють з вологою і двоокисом вуглецю повітря.
З сполук цезію з більш високим вмістом кисню відомі чотири типи: перекису (Ме 2 0. 2), триокису [Ме ± (0 2) 3], надперекісі (Ме0 2) і озоніди (Ме0 3).
Окиси цезію являють собою прозорі голки, що розпливаються на повітрі. Під дією світла окису розкладаються, даючи метал. У вакуумі окис цезію переганяється при температурі (350-450 ° С), а вже при 500 ° С утворюється 0> 2 0 2, яка повністю сублімує. Окиси цезію бурхливо реагують з розплавленою сіркою по реакції:
4Ме 2 0 + 7S = Мe 2 S0 4 + 6Mе.
Безводні гідроокису цезію є кристалічні, дуже гігроскопічні речовини, що переходять внаслідок взаємодії з Н 2 0 і СО у карбонати. Відомо п'ять кристалогідратів гидроокисей: Меон-Н 2 0; Меон-2Н а О; МeOН-ДТ, 0; МeOН-4Н 2 0 і ЗМеОН-Н 2 0. Відзначається, що кристалізаційна вода залишається в зразках при температурах, значно перевищують їх температури плавлення.
Розплавлені гідроокису дуже агресивні: вони взаємодіють із залізом, кобальтом, нікелем, платиною, руйнують вироби з корунду і двоокису цирконію, розчиняють срібло і золото.
Цезій горить в атмосфері галогенів, даючи галогеніди цезію. Галогеніди цезію СsХ, де X = F, С1, Вr, I, - безбарвні кристали. Плавляться без розкладання, вище температури плавлення летучі, тиск пари підвищується, а термічна стійкість знижується при переході від СsF до CsI; CsВr і CsI в парах частково розкладаються з виділенням відповідно Вг 2 і I 2. СSI легко окислюється при звичайній температурі, на світлі його водні розчини жовтіють внаслідок виділення I 2. Розчинність галогенідів цезію у воді (г у
Галогеніди цезію добре розчиняються у метанолі, етанолі, мурашиної кислоти, гідразину, погано - в ацетоні, ефірах, піридині, ацетонітрилі, нітробензолі.
Таблиця 3. Розчинність у галогеноводородних кислотах НХ:
| Речовина | Концетрація в розчині HX і CsX,% за масою (25 ˚ С) | ||||
| HBr | 5,0 | 10,0 | 15,0 | 20,0 | 25,0 |
| CsBr | 49,0 | 40,6 | 33,3 | 27,9 | 23,4 |
| HCl | 4,2 | 11,0 | 15,4 | 20,2 | 22,4 |
| CsCl | 57,9 | 49,1 | 45,5 | 43,1 | 42,4 |
Безводний CsF гігроскопічний, його водні розчини мають лужну середу: 2CsР + Н 2 0 SHAPE \ * MERGEFORMAT
Галогеніди цезію утворюють з відповідними КХ і RbХ тверді растввори, з NаХ - евтектичні суміші, з LiХ - аддукти, наприклад LiCl · 2CsС1. Комплекси CsХ з галогенідами багатьох елементів, наприклад Cs 3 [Sb 2 С1 9], використовують для виділення і визначення цезію.
Отримують CsХ нейтралізацією Сs 2 С0 3 відповідної кислотою НХ або взаємодією СsSО 4 із Вах 2 в розчині. CsВr і CsI отримують у гарячому розчині по реакції:
6СsОН + зх 2 → 5CsХ + СsХ0 3 + ДТ 2 0
Далі в розчин додають активоване вугілля, упарюють досуха і прожарюють при 300-450 ° С. СsВг і СSI можна отримати з Сs 2 СО 3 або СsНС0 3 в присутності відновників:
2Сs 2 С0 3 + 2Х 2 + N 2 H 4 → 4СsХ + N 2 + 2Н 2 0 + 2С0 2
Галогеніди CsВr і Cs1 мають оптичну прозорістю в інтервалі довжин хвиль від 500 до 6 • 10 4 нм, їх використовують для виготовлення призм в ІЧ спектроскопії; пари CsВг - робоче тіло в плазмових НВЧ установках; монокристали Cs1, активовані Т1, використовують в сцинтиляційних лічильниках. СsХ - компоненти люмінофорів для флуоресціюючих екранів. СsF застосовують при отриманні п'єзоелектричної. кераміки, як компонент спеціальних стекол і евтектичних, композицій для акумуляторів тепла, CsС1 - електроліт в паливних елементах, флюс при зварюванні Мо.
Таблиця 4
| Властивості галогенідів цезію | ||||||||||
| Показник | CsF | CsHF 2 | CsCl | CsBr | Csl | |||||
| Сингонія | Кубічна | Тетрагоніческая | Кубічна | Кубічна | Кубічна | Кубічна | Кубічна | Кубічна | Кубічна | Кубічна |
| Параметр кристалической решітки a, нм | 0,601 | 0,614 6 | 0,412 | - | 0,411 | 0,694 | 0,429 | 0,723 | 0,457 | 0,766 |
| Число формульних одиниць в комірці | 4 | - | 1 | - | 1 | 4 | 1 | 4 | 1 | 4 |
| Просторова група | Fm3m | 14/mcm | Pm3m | - | Pm3m | Fm3m | Pm3m | Fm3m | Pm3m | Fm3m |
| Температура плавлення, ˚ С | 703 ˚ | 58 ˚ | 177 ˚ | 180 ˚ | 470 ˚ | 646 ˚ | - | 637 ˚ | - | 632 ˚ |
| Температура кипіння, ˚ С | 1253 ˚ | - | - | - | - | 1295 ˚ | - | 1297 ˚ | - | 1280 ˚ |
| Щільність (25 ˚ С), г / см 3 | 3,59 | 3,68 | 3,81 | - | 3,983 | - | 4,43 | 4,509 | - | |
| З ˚ р, Дж / (моль · К) | 51,09 | 87,34 | - | - | 52,47 | - | 52,93 | - | 52,47 | - |
| ΔН ˚ обр, кДж / моль | -557,1 ˚ | -973,2 ˚ | 4,15 ˚ | - | -442,3 ˚ | 2,93 ˚ | -405,6 ˚ | - | -348,1 ˚ | |
| ΔН ˚ пл, кДж / моль | 21,7 ˚ | 2,43 ˚ | - | 2,76 ˚ | - | 20,38 ˚ | - | 23,6 ˚ | - | 25,65 ˚ |
| S ˚ 298, Дж / (моль · К) | 92,96 | 135,3 | - | - | 101,17 | - | 112,94 | - | 122,20 | - |
| Показник заломлення отр 20 ˚ С (λ 589 нм) | 1,480 | - | - | - | 1,6397 | - | 1,6984 | - | 1,7876 | - |
Фториди цезію виділяються з водних розчинів у вигляді кристалогідратів. Вони досить стійкі; помітно возгоняются при температурі вище 800-900 ° С. Фториди добре розчиняються у воді; їх отримують нейтралізацією карбонатів цезію надлишком плавикової кислоти з подальшим упариванием розчину насухо.
Хлориди цезію виділяються з водних розчинів у вигляді негігроскопічних безводних кристалів ромбічної форми.
Хлориди цезію термічно стійкі сполуки, що плавляться без розкладання; вони добре розчиняються у воді і в мурашиної кислоти. У соляній кислоті розчинність хлоридів зменшується з підвищенням концентрації НС1. Це властивість широко використовується у промисловості.
Броміди цезію кристалізуються у вигляді негігроскопічних безводних кубиків або ромбічних додекаедрів. Термічно це досить стійкі з'єднання. При нагріванні вище температур плавлення (682 ° С для КЬВг; 627 ° С для ОзВг) вони частково розкладаються з виділенням брому або бромістово-огрядною кислоти.
Броміди отримують взаємодією нагрітого водного розчину гідроокису цезію та брому:
6CsОН + ЗВг 2 = 5СsВг + СsВrOз + ДТ 2 0.
Після закінчення реакції в розчин вводять порошок активованого вугілля, суміш упарюють досуха, і залишок обережно прожарюють з вуглецем при 300-450 ° С:
2СsВr0 3 + ЗС = 2СsВг + ЗС0 2.
Йодиди цезію виділяються з водних розчинів у вигляді безводних добре виражених кубічних кристалів, стабільних при нормальній температурі і 'добре розчинних у абсолютному спирті й ефірі. Сг1 3 стабільний при нормальній температурі й починає розкладатися з відділенням при 115 ° С. З підвищенням температури розчинність иодидов, як і бромідів цезію, зростає.
Сублімація иодидов цезію на повітрі супроводжується їх часткової дисоціацією з виділенням елементарного йоду. Йодиди цезію відрізняються від інших галогенідів підвищеної окислюваністю і здатністю до утворення продуктів типу MeI • 4S0 2. Під дією окислювачів йод легко виділяється з розбавлених розчинів йодидів рубідію і цезію.
Йодиди цезію можна отримати при взаємодії або гідроохісі з йодом при нагріванні, або карбонатів з йодом у присутності відновника. В обох випадках сухий залишок після випарювання розчину прожарюють і витравлюють водою. Для очищення иодидов цезіяот калію кристалізацію проводять у присутності іодістоводородной кислоти при 30 ° С. При цьому зміст домішки калію знижується до 1-10 -30% (за масою). Кристали иодидов промивають холодним сухим ацетоном і висушують у вакуумі при 75 ° С.
Сульфіди СSS n, (n = 1-6) отримують взаємодією металу з S в рідкому NН 3.
Сульфати цезію ізоморфні і кристалізуються у вигляді безбарвних ромбічних кристалів. Сульфати і цезію характеризуються порівняно високими температурами плавлення і летючість (температура плавлення сульфату цезію 1019 ° С). Помітне випаровування сульфатів відбувається вище 1400 ° С без зміни складу.
При прожарюванні в струмі водню або аміаку сульфати цезію (620-770 ° С) переходять у порівняно легкоиспаряющиеся сульфіди. Сульфати цезію добре розчиняються у воді, у багато разів: краще, ніж сульфат калію. Нижче наведені розчинності сульфатів у воді залежно від температури:
Таблиця 5
| Температура, ˚ С | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Розчинність, г/100 г. води | ||||||
| K2SO4 | 7,33 | 11,15 | 14,79 | 18,2 | 21,29 | 24,1 |
| Rb2SO4 | 36,4 | 48,2 | 58,5 | 67,4 | 75 | 81,8 |
| Cs2SO4 | 167,1 | 178,7 | 189,9 | 199,9 | 210,3 | 220,3 |
Відомі також гідросульфат (МеНS0 4), дисульфат (Ме 2 S 2 О 7), пероксосульфати (Ме 2 S 2 О 8) цезію. Для отримання гідросульфат сульфати, карбонати або хлориди нагрівають з надлишком сірчаної кислоти при 400-500 ° С до одержання сухого залишку, який розчиняють у мінімальній кількості води; розчин упарюють досуха, залишок промивають абсолютним етанолом, потім ефіром.
Шеніти цезію Ме2SO4 · Ме'SO4 · 6Н20, де Ме-Сз, а Ме '- Сu, Со, Мg, Мn, Сd, Ni, утворюють ізоморфні безбарвні або яскраво забарвлені кристали моноклінної сингонії. При нагріванні шеніти спочатку переходять в дигідрат (70-100 ° С), а потім повністю зневоднюються (140 - 200 ° С). Безводні солі не розкладаються навіть при нагріванні до 1000 ° С. У ряді шенітов рубідіевим солі володіють найменшою розчинністю, що сприятливо при отриманні чистих препаратів рубідію методом фракційної кристалізації.
Цезієвий галуном називають з'єднання, загальна формула яких Ме-Е (S0 4) · 12Н а О, де Ме - Cs, а Е - один з таких тривалентних катіонів: А1, Сr, Fе, Тi, V, Мn, Gа, In, Со. Найбільше значення в технології цезію мають алюмоцезіевие галун кристалізуються у вигляді великих блискучих і прозорих ізотропних октаедріческнх кристалів, що мають кубічну гранецентріровакную грати типу NaCl.
У ряді лужних металів: Na К, Rb і Cs розчинність квасцов знижується зі збільшенням атомної маси. Наприклад, розчинність різних квасцов в перерахунку на безводну сіль при 15 ° С така,%:
Натрієві 27,9
Калієві 4,8
Рубідіевим 0,25
Цезієвий 0,35
На рис. 1, де показано вплив температури на розчинність різних квасцов, видно, що алюмоцезіевие галун володіють найменшою розчинністю в порівнянні з іншими галуном
Рис. 1 Розчинність алюмоквасцов амонію (1), калію (2), рубідію (3) і цезію (4) у воді
Алюмоквасци - це один з перших проміжних продуктів виробництва рубідій і цезію з лепідолітов, які представляють собою ізоморфну суміш калієвих, рубідіевим і це-зіевих квасів. Подальше розділення цих квасцов грунтується на різній їх розчинності і здійснюється багаторазової фракційної кристалізацією.
При нагріванні алюмоцезіевие галун спочатку плавляться (при 109 і 122 ° С відповідно), а потім поступово втрачають гідратну воду. Повне зневоднення для СsА1 (S0 4) · 12Н 2 0 температури рівні відповідно 235 і 780 ° С.
Железоцезіевие галун мають досить високий температурний коефіцієнт розчинності і різко відрізняються по розчинності і стійкості від квасцов лужних металів. Цим можна скористатися для ефективного відділення цезію від інших лужних металів.
Для отримання квасцов залізний купорос спочатку окислюють у водному розчині азотної кислотою, а потім змішують з сірчанокислим розчином сульфату цезію і упарюють до початку кристалізації.
Серед марганцевих квасцов найбільш стійкими є цезієвий-марганцеві СзМн (30 4) р-12Н 2 0. У воді ці квасним гідролізуються з виділенням гідратованої триокиси марганцю, плавляться вони при 40 ° С.
Нітрати цезію (МеNОз) являють собою безбарвні гігроскопічні голки і призми. У нітрату цезію відомі чотири дві модифікації.
Термічне розкладання нітратів цезіяс виділенням кисню
відбувається за реакцією: 2МеNОз = 2МеNО2 + О 2, при 490 ° С для цезію.
Як видно на рис. 2 розчинність нітратів у воді з підвищенням температури зростає, але в органічних розчинниках вони нерозчинні.
Нітрати цезію легко отримують взаємодією азотної кислоти з їх карбонатами, хлоридами або гідроокису. Розчинність нітратів в азотній кислоті зростає в ряду лужних металів і не підкоряється правилу періодичності властивостей:
NaNОз <RbNОз <СsNОз <КNОз
Карбонати цезію є білі дуже гігроскопічні непрозорі ромбічні кристали, що розпливаються на повітрі і перехідні внаслідок поглинання С0 2 до відповідних гідрокарбонати МЕНС 3 · К 2 С0 3 з виділенням тепла, для Сs 2 С0 три 11,87 ккал / моль. В атмосфері двоокису вуглецю він плавиться без помітного розкладання при 873 ° С, але при нагріванні їх вище температур плавлення (особливо у вакуумі) спостерігається дисоціація з відщепленням СО 2.
На відміну від карбонату літію карбонати цезію легко розчи
віряють у воді (при 25 ° С розчинність карбонатів калію, цезію на
100 р. води відповідно наступна, г: 111,8; 223,0 н 308,3). Карбонат цезію (на відміну від карбонатів рубідію і калію) розчинний в абсолютному спирті до 10% при 20 ° С. На цій властивості карбонату цезію заснована очищення цезію рубідію і калію.
Карбонати цезію утворюють цілий ряд кристалогідратів, точний склад яких до цих пір остаточно не встановлено. Для карбонату цезію відомі кристалогідрати: Сs 2 С0 3 · 8Н 2 O і Сs 2 С0 8 · 5Н 2 О при низьких температурах і 2Сs 2 С0 3 · 7Н20 - стабільний при звичайній температурі. Повна дегідратація Сs 5 С0 3 проходить при 150 ° С.
Основний метод отримання карбонатів цезію - прожарювання: їх тетраоксалатов або кислих тартратом]
Гідрокарбонати (бікарбонати) цезіяMеНСО 3 виділяються у вигляді безводних призм або голок ромбічної сингонії з 13-20%-них розчинів карбонатів при пропущенні двоокису вуглецю. При нагріванні вище 170-180 ˚ С. гідрокарбонати розкладаються з виділенням двоокису вуглецю.
Комплексні сполуки цезію. Гетерополисоединений цезію є солі з комплексними аніонами складної будови.
Крeмнемолібдати цезію Ме 3 Н 6 [Si (Мо 2 О 7) 6] · Н 2 0 порівняно мало розчиняються у воді, сірчаної, азотної і щавлевої кислотах. Розчинність майже не залежить від температури і при 25 ° С становить 0,48 г на
Рис. 2. Розчинність нітратів цезію (1), калію (2) і рубідію
Кремневольфрамати цезію складу (Сs) 8 Si (W 8 O 7) 8 · Nн 2 О Погано розчинні у воді, нерозчинні в спирті і розведеної соляної кислоти. Звичайним методом отримання кремнсвольфраматов є взаємодія кремневольфрамовой кислоти і хлоридів цезію.
Фосфоромолібдати цезію складу Ме3H4 [Р (Мо 3 O 7) 6)] · Nн 2 О випадають при взаємодії фосформолібденовой кислоти і 1%-вих водного розчину CsCl. Розчинність фосфоромолібдатов До rь і Сs при 20 ° С дорівнює 3,8 · 10 -9, 6,2-10 -4; 5,6-10 -
Еннеахлордістнблати цезіяМе 3 [SЬ 2 С1 9] - досить стійкі на повітрі сполуки, що розкладаються з виділенням SbС1 8 тільки при нагріванні до 450 ° С у вакуумі. У воді Cs 3 [Sb2 С1 9] піддаються сильному гідролізу.
Селенід Сs 2 SЕ і телурид Cs 2 Te синтезують сплавом цезій відповідно з SЕ і Ті у вакуумі. CsN 2 в звичайних умовах цезій не взаємодіє, з рідким N 2 при електричному розряді між електродами, виготовленими з цезію, утворює нітрид Cs 3 N. Цезій розчиняється в рідкому NH 3, алкіламінів і поліефірах, утворюючи сині розчини, що володіють електронною провідністю; в аміачному розчині цезій повільно реагує з NH 3 з виділенням Н 2 і освітою аміду СsNH 2. З газоподібним NH 3 при 120 ° С утворює Cs NH 2, з червоним Р у вакуумі при 400-430 ° С - фосфід Cs 2 P, з порошком графіту при 200-500 ° С - карбід З 8 Cs, а при більш високих температурах - З 24 Cs, Cs 36 Cs та ін карбіди, з ацетиленом при 300 ° С у вакуумі - ацетіленід Cs 2 C 2, з Si і Gе в атмосфері Аr при 600 ° С - відповідно силицид CsSi і германіда CsСе. Цезій, взаємодіючи з С0 2, ССl 4 з вибухом. Вище 300 ˚ С руйнує скло, відновлюючи Si з SiO 2 і силікатів. Цезій реагує з усіма компонентами з утворенням відповідних солей, зі спиртами дає алкоголяти.
Цезій утворює тверді розчини з К і кь, евтектична суміш з Nа, не змішується з Li, З багатьма металами дає інтерметаллади, наприклад CsАu, CsSn 4.
Поширеність цезію в природі і його виробництво
У літературі немає точних даних про те, скільки цезію є на земній кулі. Відомо лише, що він належить до числа рідкісних хімічних елементів. Вважають, що його вміст в земній корі у всякому випадку в кілька сот разів менше, ніж рубідію, і не перевищує 7.10 -4%.Цезій зустрічається у вкрай розсіяному стані (порядку тисячних часток відсотка) у багатьох гірських породах; незначні кількості цього металу були виявлені і в морській воді. У більшій концентрації (до кількох десятих відсотка) він міститься в деяких калієвих і літієвих мінералах, головним чином у Лепідоліт. Але особливо важливо те, що, на відміну від рубідію і більшості інших рідкісних елементів, цезій утворює власні мінерали - поллуціт, Авогадро і родіціт. Родіціт вкрай рідкісний, притому деякі автори зараховують його до літієвим мінералів, так як в його склад (R 2 O · 2Al 2 O 3 · 3B 2 O 3, де R 2 O - сума окисів лужних металів) входить звичайно більше літію, ніж цезію . Авогадро (K, Cs) [BF 4] теж рідкісний, та й поллуціти зустрічаються нечасто; їх поклади малопотужні, зате цезію вони містять не менше 20, а іноді і до 35%. Найбільше практичне значення мають поллуціти США (Південна Дакота і Мен), Південно-Західної Африки, Швеції та Радянського Союзу (Казахстан та ін.)
Поллуціти - це алюмосилікати, складні і дуже міцні з'єднання. Їх склад визначають формулою (Cs, Na) [AlSi 2 O 6] · n H 2 O, і хоча цезію в них багато, витягнути його не так просто. Щоб «розкрити» мінерал і перевести в розчинну форму цінні компоненти, його обробляють при нагріванні концентрованими мінеральними кислотами - плавикової або соляної та сірчаної. Потім звільняють розчин від всіх важких та легких металів і, що особливо важко, від постійних супутників цезію - лужних металів: калію, натрію і рубідію.
Для вилучення цезію з поллуціта використовують такі методи: кислотні, спікання і сплавлення, пряме отримання металевого цезію в кислотних методах застосовують галогеноводородние кислоти (частіше соляну) або Н 2 S0 4. Поллуціт розкладають концентрованою соляною кислотою. При розкладанні поллуціта сірчаної кислотою отримують алюмоцезіевие галун CsАl (SO 4) 2 ∙ 12H 2 O
З методів спікання і сплаву найбільш, поширений метод Аревда: поллуціт спікають з сумішшю СаО і СаС1 2, спек витравлюють в автоклаві гарячою водою, розчин упарюють досуха з Н 2 S0 4 для відділення СаS50 4, залишок обробляють гарячою водою; з отриманого розчину облягають Сs 3 [Sb 2 С1 9]. Пряме витяг металевого цезію здійснюють шляхом нагрівання до 900 ° С у вакуумі суміші (1:3) подрібненого поллуціта і Са (або А1).
Цезій з лепідоліта отримують попутно при його переробці на з'єднання літію. Цезій осаджують з маткових розчинів після виділення Li 2 СОз або LiОН у вигляді суміші алюмоцезіевих, алюморубідіевих і алюмокаліевих квасцов.
Для розділення Cs, rь і К і отримання чистих сполук цезію застосовують методи фракціонованої кристалізації квасцов і нітратів, осадження та перекристалізації Сs 3 [Sb 2 Cl 9], Сs 2 [SnCl 6]. Використовують також іонообмінну хроматографію на синтетичних смолах і неорганічних іонітах (клиноптилоліт та інші), екстракцію похідними фенолу [4-фтор-бутил-2 - (агметілбензіл) фенол, АЛКІЛФЕНОЛ С7-С9 и др.]. Для отримання сполук цезію високої чистоти застосовують його полігалогеніди.
Витяг радіоактивного ізотопу 137 Cs з розчинів, отриманих при переробці радіоактивних відходів ядерних реакторів, здійснюють методами співосадження з гексаціаноферратамі Fе, Ni, Zn або фосфоровальфраматом амонію, іонного обміну на гексаціаноферрате Ni, фосфоровольфрамате амонію та ін, екстракційним.
Металевий цезій отримують в основному металотермічним відновленням СsС1 (кальцієм або магнієм, 0,1-10 Па, 700-800 ° С) з послід, очищенням від домішок ректифікацією і вакуумною дистиляції. За іншим способом проводять електроліз розплаву CsНа1 з рідким свинцевим катодом і отримують сплав Cs-Р', з якого виділяють металевий цезій дистиляцією в вакуумі. Цезій високої чистоти отримують повільним термічним розкладанням CsNз у вакуумі (менше 10 Па, 390-395 ° С).
Визначення. Якісно цезій виявляють по характерних лініях спектра 894,35 нм і 852,11 нм. Дня мікрохімічного виявлення використовують осадження З ^ З ^ сь], Cs 3 [В1 1 лютого 9], Cs [3п15] та інших менш виборчі реакцііціі. Найбільш поширені методи визначення мікрокількостей цезію - емісійна полум'яна фотометрія та атомно-абсорбційна спектрометрія. Застосовують також радіохімічний метод ізотопного розбавлення та нейтронно-активаційний аналіз.
При високому вмісті цезію в пробі його визначають гравіметрично у вигляді Сs [В (С 6 Н 5) 4], СsBi 2 I 9, СsТеI 6 і некоторихрих інших солей. У набагато меншому ступені використовують тігріметріческіе і спекгрофотометріческіе методи.
Сучасні методи витягання цезію з поллуцітов засновані на попередньому сплавці концентратів з надлишком вапна і невеликою кількістю плавикового шпату. Якщо вести процес при 1200 ° C, то майже весь цезій переганяється у вигляді окису Cs 2 O. Цей возгон, звичайно, забруднений домішками інших лужних металів, але він розчинний у мінеральних кислотах, що спрощує подальші операції.
З лепідолітов цезій витягується разом з рубідій попутно, як побічний продукт виробництва літію. Лепідоліти попередньо сплавляють (або спікають) при температурі близько 1000 ° C з гіпсом або сульфатом калію і карбонатом барію. У цих умовах усі лужні метали перетворюються в легкорозчинні сполуки - їх можна вилуговувати гарячою водою. Після виділення літію залишається переробити отримані фільтрати, і тут найважча операція - відділення цезію від рубідію і величезного надлишку калію. У результаті її отримують будь-яку сіль цезію - хлорид, сульфат або карбонат. Але це ще тільки частина справи, так як цезієвий сіль треба перетворити на металевий цезій. Щоб зрозуміти всю складність останнього етапу, достатньо вказати, що першовідкривачеві цезію - найбільшому німецькому хіміку Бунзеном - так і не вдалося отримати елемент № 55 у вільному стані. Всі способи, придатні для відновлення інших металів, не давали бажаних результатів. Металевий цезій був вперше отриманий тільки через 20 років, у
Найкраще рішення складного завдання отримання металевого цезію було знайдено в
2CsCl + Ca → CaCl 2 + 2Cs
йде практично до кінця. Процес ведуть в спеціальному приладі (в лабораторних умовах - з кварцу або тугоплавкого скла), забезпеченому відростком. Якщо тиск у приладі не більше 0,001 мм рт. ст., температура процесу може не перевищувати 675 ° C. Вирізняється цезій випаровується і відганяється у відросток, а хлористий кальцій повністю залишається в реакторі, так як в цих умовах летючість солі незначна (температура плавлення CaCl 2 дорівнює 773 ° C, тобто на 100 ° C вище температури процесу). У результаті повторної дистиляції у вакуумі виходить абсолютно чистий металевий цезій.
У літературі описані ще багато інших способів отримання металевого цезію з його сполук, але, як правило, вони не обіцяють особливих переваг. Так, при заміні металевого кальцію його карбідом температуру реакції доводиться підвищувати до 800 ° C, і кінцевий продукт забруднюється додатковими домішками. Можна розкладати азид цезію або відновлювати цирконієм його біхромат, але ці реакції вибухонебезпечні. Втім, при заміні біхромату хроматом цезію процес відновлення протікає спокійно, і, хоча вихід не перевищує 50%, відганяється дуже чистий металевий цезій. Цей спосіб застосовується для отримання невеликих кількостей металу в спеціальному вакуумному приладі.
Світове виробництво цезію порівняно невелика, але останнім часом воно постійно росте. Про масштаби цього зростання можна лише здогадуватися - цифри не публікуються.
Сировинні джерела
Вміст цезію в земній корі а приблизно 7-10%. Цезій займає 49-е місце, вміст його в земній корі (за масою) більше, ніж кадмію, миш'яку, ртуті, сурми і ніобію. Оскільки і цезій у мінералах (за винятком поллуціта) є компонентними домішками, то знайти їх в руді можна тільки аналітичними методами.Оскільки в даний час вилучення цезію з польових шпатів і слюд (крім лепідоліта) практично ще не освоєно, балансовими є тільки запаси цезію в поллуціте.
Для цезію в даний час відомо два мінерали: поллуціт і Авогадро. Вперше поллуціт був знайдений в 1846 р., в міароліто-вих порожнечах серед гранітів на о. Ельба (Італія), а в 1891 р. він був знайдений в Геброне (США) в асоціації з кварцом і цезій-містить берилом. Поллуціт зазвичай асоціюється з польовим шпатом, петалітом, лепідолітом, кварцом, амблігонітом, сподуменом, турмаліном, білим і рожевим берилом. Поллуціт є водним алюмосилікатів цезію.
У міру зниження вмісту цезію в поллуціте (в результаті вивітрювання) в ньому збільшується вміст натрію (1,7-3,9% NaО) і води (1,5-2,6 не більше 4,0%), що пояснюється об'ємним ізоморфізмом (заміщенням Сs + на Na + з входженням в грати мінералу Н 2 0).
Найважливіші родовища поллуціта знайдені в Південно-Західній Африці, США, Швеції, Південної Родезії, Канаді, Китаї. У вигляді побічного продукту при збагаченні літієвих руд у Південній Родезії та Південно-Західній Африці щорічно видобувається близько 100-150 т поллуціта. Світові запаси цього мінералу оцінюються в 300 тис. т.
Авогадро-борофторід калію (К, Сs) [ВР 4], в якому калій частково ізоморфно заміщений цезієм. Авогадро названий на честь італійського фізика Амеді Авогадро. Склад мінералу непостійний, зміст СзВР 4 в ньому досягає 20%. Авогадро знайдений з сасоліном Ве (ОН) 3 та іншими солями на Везувій.
До мінералів, в яких вміст рубідію і цезію досягає відносно високих концентрацій, відноситься також лепідоліт, який служить літієвим сировиною. Рубідію в ньому міститься від 3 до 4%, цезію до 0,5%. Це найбагатший за вмістом рубідію мінерал. Лепідоліт зустрічається виключно у пегматитах. Найважливіші зарубіжні родовища лепідоліта промислового значення знаходяться в Південно-Західній Африці, Південній Родезії, США і Канаді.
Основне значення для отримання сполук цезію має в даний час поллуціт, проте цезій витягають попутно з карналіту. Карналіт - подвійний хлорид калію і магнію КС1-МgС1 2-6Н 2 0 - є мінеральною освітою і являє собою типовий продукт останніх стадій всихання морських басейнів. Рубідій і цезій присутні в карналіт як ізоморфні замінники калію в кристалічній решітці мінералу. Середній вміст рубідію, в карналіт становить 0,015-0,04% в перерахунку на хлориди, а цезію в десятки разів менше, ніж рубідію.
Всесвітньо відомі родовища карналіту Солікамський і Стасфуртское. Запаси карналіту величезні.
У таких же кількостях, як у карналіту, цезій і рубідій містяться в Кіон (КС1 Мб504-ДТ 2 0), який також є в соляних родовищах. Гігантські запаси карналіту є перспективними джерелами вилучення рубідію і
цезію. У багатьох гірських породах співвідношення К: кь залишається постійним, рівним 90,
Цезій поглинаються такими рослинами, як чай, кава і особливо тютюн. У золі тютюнового листя вміст цезію, за дослідженнями японських авторів, сягає 0,4-10 -2% кь і 0,17-10 -4% Сs.
Зазвичай основна кількість поллуціта відокремлюють від пегматітової породи вручну. Вихідну руду подрібнюють до крупності не менше 0,15 мм, обробляють сірчаної кислотою до рН = 1,4-2,7, потім додають соляну кислоту, невелика кількість сульфату алюмінію та катіонного реагенту - аміноацетата коксового масла. Флотація проводять з трьома перечісткамі, при цьому з руди, що містить 8% Сs, отримують концентрат, що містить більше 20% Сs. Витяг цезію складає 87%.
Всі способи розкладання поллуціта можна об'єднати в три групи: кислотні, способи спікання і способи прямого одержання цезію. Вибір способу визначається складом і якістю кінцевого продукту, а також економічними міркуваннями.
Кислотні способи. Для розкладання поллуціта використовуються кислоти: соляна, плавикова, сірчана і бромістоводородная. Сутність солянокислого способу полягає в обробці поллуціта при нагріванні соляною кислотою з наступним зневодненням для видалення Si0 2 і осадження цезію у вигляді комплексної солі Сs 3. Очищення хлориду цезію через цю сіль відразу дозволяє отримувати препарати чистотою 99,9%.
Розкладання комплексної солі здійснюється наступними способами: 1) гідролізом при нагріванні солі з надмірною кількістю води, 2) нейтралізацією розчином аміаку; 3) нагріванням у вакуумі.
Реакція взаємодії поллуціта з концентрованою соляною кислотою протікає при нагріванні за реакцією:
Сs 2 0-А1 2 0 3 .4 SiO 2. Nн 2 0 + 8НС1 = 2СsС1 + 2А1С1 3 + 4Si0 2 + (n +4) Н 2 0.
Кращим режимом розкладання поллуціта соляною кислотою (температура 100 ° С, НС1 8,8 н., Час 6 год) можна забезпечити перехід в розчин до 95-98% Cs, що міститься в поллуціте.
Найбільш прогресивний спосіб розкладання подвійного хлориду цезію та сурми в вакуумі при 450 ° С. Так як SbС1 8 кипить при 220 ° С, а СsС1 лише плавиться при 646 ° С, то SbС1 3 в умовах процесу легко відганяється, а хлорид цезію залишається у твердій фазі.
Так як по всіх зазначених варіантах деяку кількість хлориду сурми залишається в хлориді цезію, то його видаляють за допомогою сірководню після розчинення в малому об'ємі води. До розчину після відділення сурми сірководнем додають НС10 4 (надлишок до 100%) для осадження СsClO 4. Останній після відділення повільно і обережно нагрівають до плавлення, отримуючи СsС1 з вмістом суми домішок ~ 0,001%.
Для розкладання поллуцітового концентрату плавикової кислотою його подрібнюють до розміру частинок 0,20-0,25 мм, поміщають в чавунні реактори, змішують з водою і обробляють технічної (50-60%) плавикової кислотою, взятої з великим надлишком (з розрахунку 2-2 , 2 кг кислоти на
Для отримання чистих солей цезію з квасцов їх розчиняють у киплячій воді, і в розчин додають гідрат окису барію. Алюміній при цьому виділяється в осад у вигляді А1 (ОН) 3, а сульфат-іони утворюються у вигляді ВаS0 4.
Розкладання поллуціта бромістоводородной кислотою набуло поширення у зв'язку із потребою в броміді цезію для спеціальних оптичних стекол. Для розкладання поллуціта бромістоводородной кислотою його подрібнюють до 0,074 мм, а потім змішують з 50%-ної технічної кислотою і кип'ятять протягом 3-4 год, після чого, розчин відфільтровують від залишку, що складається з кремнезему і нерозкладаного силікатів. З отриманого фільтрату за допомогою 30%-ного розчину SbВг 3 в 20%-ної бромістоводородной кислоті беруть в облогу малорестворі-ну яскраво-жовту комплексну сіль складу Сs 3 [Sb 2 Вг 9]. Після відділення маточника проводять дворазову перекристаллизацию солі з 10%-ної бромістоводородной кислоти. Розчинність солі Сs 3 [Sb 2 Вг 9] в 10%-ної бромістоводородной кислоті при 20 ° С дорівнює 0,2% (за масою). Висушену сіль нагрівають при 450-480 ˚ С у вакуумі, і бромід сурми сублімується, а бромід цезію залишається у твердій фазі. Поведінка цієї солі при нагріванні аналогічно поведінці хлористої комплексної солі Сs 3 [Sb 2 Вг 9].
Кислотні способи вимагають застосування великих надлишків реагентів, вони тривалі й складні в апаратурному оформленні. Крім того, розкладання кислотами приводить до переходу в розчинний стан не тільки цезію, а й алюмінію та інших домішок. Все це ускладнює застосування кислотних способів в промисловості, однак вони продовжують удосконалюватися.
Способи спікання. Способи спікання розроблені менш детально, ніж кислотні, але в даний час вони отримали загальне визнання. Як флюси були випробувані: карбонат кальцію, суміш карбонатів натрію і калію, окис і хлорид кальцію, суміш карбонату і хлориду натрію.
Хороші показники були досягнуті за способом, запропонованим Орендою У його основі лежить спікання поллуціта з СаО і СаС1 2. Взаімодействіе.протекает за такою сумарної реакції:
Сs 2 О-А1 2 О а-4SiO 2-Н 2 О + СаС1 2 + 5СаО -
= 2СsС1 + СаО.А1 2 0 3 .2 SiO 2 + ЗСАТ-SO 2 + 2СаО-SO 2 + Н 2 0.
Відсутність кремнію і алюмінію в розчинах після вилуговування спеков - велике достоїнство методу Оренда. За оптимальних умов завжди можна домогтися практично повного розкладання мінералу (не менше 98%) і високого ступеня чистоти цієї солі (99,9%). Метод економічний і порівняно простий. Всі інші методи переробки поллуціта не забезпечують в даний час настільки високих показників.
Дослідження показали, що основним реагентом при спіканні є хлорид кальцію, який у розплавленому стані діє енергійніше соляної кислоти. Окис ж кальцію потрібна для зв'язування кремнезему та глинозему. Отриманий спек охолоджують, подрібнюють і обробляють гарячою водою. Отриману пульпу фільтрують, залишок від фільтрації направляють у відвал. Фільтрат, що містить сульфати цезію, рубідію та інших лужних металів, обробляють соляною кислотою і цезій осаджують у вигляді комплексної солі Сs 3 [Sb 2 С1 9] за способом, описаному раніше. Для отримання солі більш високої чистоти проводять її перекристалізації.
Відомі також дослідження з розкладання поллуцітового концентрату шляхом спікання його з вапном без добавок хлористого кальцію. Речовий склад отриманого спека наступний,%: 10,5 С5 2 0-А1 2 О я; 74,3 2СаО-5ю 2, 7,5 СаО-А1 8 0 3; 7,5% суми Ме 2 0-А1 2 0 3 .
У промисловості також знайшов застосування варіант сублімує випалу. При цьому склад шихти наступний: на 1 ч. за масою концентрату, 2 ч. вапняку, 0,23 ч. хлористого кальцію. Температуру підвищують до 1300 ° С. Все лужні метали возгоняются; при уловлюванні їх утворюється конденсат наступного складу,%: 60 Cs; 1,8 Кd; 3,4 К; 2,5 Nа; 25,3 - С1 3.
Якщо добавку хлориду кальцію замінити фторидом кальцію в кількості 2,5% до маси шихти, температуру спікання можна знизити до 1200 ˚ С. Витяг цезію в сублімат в обох випадках становить 98%. Для одержання з нього цезію застосовують один з описаних способів очищення від лугів. Наприклад, возгон окисів лужних металів вимивають з конденсату водою і нейтралізують отриманий розчин соляної кислотою. З цього розчину цезій осаджують концентрованою соляною кислотою і хлоридом сурми, отримуючи осад солі складу Сs 3 Sb 4 С1 9).
Цезій, що знаходиться в возгонах, можна відокремити від інших лугів рідким бромом, в якому розчинний тільки бромистий цезій. З бромистого цезію можна отримати інші потрібні солі цезію.
Перевага способів з сублімацією лугів перед викладеними раніше - скорочення числа переділів і відсутність громіздкою гідрометалургійної апаратури.
На витяг цезію з лепідолітового концентрату надходить не сам концентрат, а залишок після вилучення з нього літію. Прикладом може служити спосіб, запропонований Є.С. Бурксером в 1935 р. За цим методом лепідоліт спікають з К 2 50 4 при 1090 ° С, і спік обробляють водою; в розчин при цьому переходить літій і частково рубідій, цезій і калій. Основна ж частина цезію залишається в осаді, який розкладають при 100 ° С сірчаної кислотою. Далі осад обробляють водою, а потім з концентрованого розчину при охолодженні викристалізовує суміш квасцов калію, рубідію і цезію.
При будь-якому, способом розкладання лепідолітового концентрату рубідій і цезій на певній стадії процесу осідають у вигляді квасцов. При багаторазовій фракційної перекристалізації квасцов цезій і рубідій відокремлюються як один від одного, так і від супутнього калію. Фракційна перекристалізація заснована на різній розчинності, компонентів. Процес перекристалізації тривалий і копіткий. Емпіричним шляхом знайдено, що для звільнення цезієвого і рубідіевим квасцов від калію необхідно шість перекристалізації, а остаточне розділення цезію досягається через 22 перекристалізації. Існує думка, що шляхом перекристалізації можна отримати 90-95%-ную цезієвий сіль, потім після розчинення у воді вести подальшу очистку іншими способами.
Зараз для цієї мети використовують зазвичай спосіб, запропонований ще в 1911 році французьким хіміком А. Акспілем: цезій витісняється з його хлориду металевим кальцієм у вакуумі при температурі близько 700 0 С (як видно, кальцій-не з боязкого десятка). Але ось чистий цезій отриманий. А як його зберігати? Питання це, як ви розумієте, далеко не пусте, а відповідь на нього - просто парадоксальний: чистий цезій потрібно ... забруднити, тобто сплавити з іншими металами. Сплави цезію не настільки «задиристі», як він сам, і зберігаються тихо і спокійно, скільки потрібно. Виділити ж з них цезій допомагає отгонка у вакуумі. «Свіжоприготований» цезій - блискучий світлий метал з блідо-золотистим відтінком; він м'який, як віск, і легкий, як магній або берилій. Всім відомо, що самий легкоплавкий метал - ртуть; в цьому відношенні у неї немає суперників. Але з усіх інших металів найбільш «покладливий» цезій: він легко переходить у рідкий стан, тому що температура плавлення його всього 28,5 ˚ С. Щоб він розтанув, досить теплоти людських долонь (сподіваємося, що пам'ятаючи про небезпечний характер цього металу, ви не будете проводити такий експеримент, оскільки він може мати сумні наслідки). Само собою зрозуміло, виготовляти з цезію деталі або вироби, які повинні піддаватися механічним навантаженням, працювати в жарких умовах або знаходитися в контакті з хімічними «агресорами», заняття, м'яко висловлюючись, невдячна. Так, може бути, цей недоторка «блакитних кровей» взагалі ні на що не придатний і представляє інтерес лише суто з наукової точки зору? Залозу, титану, алюмінію він і справді не конкурент, зате у нього є такі властивості, якими, крім нього, не має жоден метал. А щоб стало зрозуміло, про що йде мова, знову зробимо невеликий екскурс у минуле століття. У 1887 році відомий німецький фізик Генріх Герц відкрив явище зовнішнього фотоефекту, тобто «Випаровування» електронів з поверхні металів під дією світла.
Незабаром професор Московського університету А.Г. Столєтов, що зацікавився цим явищем, провів ряд дослідів і на їх основі сформулював теоретичні закони фотоефекту. У чому ж його суть? Виявляється, невагомий промінь несе з собою енергію, цілком достатню для того, щоб вибити з атомів деяких металів найбільш віддалений від ядра електрон. Якщо в розрив електричного кола направити низку вирвалися на волю «в'язнів», то їх потік здатний замкнути ланцюг і в ній з'явиться струм. Кажуть, скільки людей - стільки думок. Так і в кожного металу є своє «думка» щодо фотоефекту. Одні не вважають за потрібне йти на поводу у світла: їх хоч прожектором «обстрілювали», але електронів з них не виб'єш Інші, навпаки, без жалю розлучаються з ними, як тільки на них потрапляє ледь помітний промінь. Найщедріший на електрони метал - цезій, і ця щедрість аж ніяк не випадкова. У всіх лужних металів, а цезій - їх типовий представник, на зовнішній орбіті «розгулює» всього один електрон. Але один в полі не воїн, і світло розправляється з ним без особливих зусиль. У цезію до того ж цей самотній блукач знаходиться далі від ядра, ніж у його родичів по «лужної лінії». Тому робота виходу електрона (так називається той «праця», який повинен затратити світловий промінь, щоб відняти в атома електрон) у цезію мінімальна, а це значить, що він - найбільш відповідний матеріал для фотоелементів - приладів, що перетворюють промені світла в електричний струм. Службу в фотоелементах цезій несе не поодинці, а, наприклад, в сплаві з сурмою, причому товщина світлочутливого шару настільки мала, що одним грамом сплаву можна покрити поверхню приблизно в 10 квадратних метрів.
Всі, хто користується послугами метрополітену, щодня проходять повз фотоелементів. Вони вмонтовані в контрольні турнікети, влаштовані дуже просто: з одного боку - фотоелемент, з іншого - джерело світла, що направляє промінь на свого «візаві». Варто вам, не опустивши попередньо п'ятака, перетнути промінь, фотоелемент включить механізм важелів і вони з грізним брязкотом перепинять вам шлях. Якщо ж ви дасте турнікету п'ятикопійчану «хабар», він зробить вигляд, що вас не помітив: механізм автоматично відключається, і важелі не спрацьовують. Фотоелемент - прилад нескладний, але дуже здібний: його можна навчити будь-якій роботі. Як тільки в місті стемніє, фотоелемент включає ліхтарі. Якщо рука робочого виявиться в небезпечній зоні, цей контролер відразу зупинить верстат. Фотоелемент вміє сортувати сигарети, підраховувати кількість деталей, що пропливають повз нього на конвеєрі, перевіряти, чи досить добре відшліфована поверхня кульок для підшипників, читати запис на звуковій доріжці кінострічки. Надійніше будь-якого сторожа ці чуйні прилади охороняють вночі магазини, банки, склади.
Без фотоелементів немислима була б сама ідея передачі зображення на сотні й тисячі кілометрів. Якщо ви вчора з цікавістю дивилися по телевізору хокейний матч, концерт чи ще одну "порцію" захоплюючого багатосерійного фільму, то не гріх подякувати за це цезій: без нього ваш телевізор мав би не більше шансів на передавання зображення, ніж ящик з-під макаронів. За допомогою фотоелементів вдалося «зняти копію» зворотного боку Місяця. А хіба можна було б передати по дротах креслення, схеми, портрети, листи, якби фототелеграфна зв'язок не користувалася послугами не байдужих до світла електронів? Звичайно, немає. Фотоелектричні властивості цезію дозволили створити інтроскоп - прилад, який дозволяє зазирнути всередину непрозорих тіл і помітити в них можливі дефекти.
Чутливість цезію до інфрачервоних променів лежить в основі конструкції «ночезрительная труб» - так М.В. Ломоносов називав прилади, про які він міг тільки мріяти. А сьогодні оптичний «око», здатний бачити в темряві, допомагає людині вночі вести автомобіль, прицільно стріляти, виявляти різні об'єкти. До цих пір мова йшла про фотоелектричному ефекті, але цезій готовий поділитися своїми електронами «на прохання» не тільки світла, але і тепла. Завдяки цій властивості він охочіше багатьох інших хімічних елементів переходить в стан іонізованого газу - плазми. Цезієвий плазма становить величезний науковий і практичний інтерес. У космічному просторі, наприклад, де ступінь розрідження дуже висока, потік електронів, що виділяються атомами цезію, здатний створювати потужну реактивну тягу і надавати ракетам колосальну швидкість - за розрахунками деяких зарубіжних вчених, до 44 кілометрів в секунду! Можливо, недалекий вже той час, коли міжпланетні кораблі на цезієвим «паливі» будуть заходити в самі далекі порти і гавані Всесвіту. Але цезієвий плазма не втрачає часу дарма і вже щосили працює на Землі. З її допомогою магнітогідродинамічних генератори (МГД-генератори) перетворять теплову енергію в електричну. Одне з багатьох переваг цих генераторів - їхня простота: єдина рухома «частина» в них - потік іонізованого газу, як би виконуючого обов'язки обертового ротора. Без цезію не обходяться і термоемісійний перетворювачі (ТЕП), в яких теплова енергія ядерного реактора без затримки перетворюється в електричний струм. Перша потужна установка такого типу - «Топаз» діє в нашій країні.
Цезій аж ніяк не обділений увагою науки: вчені різних країн проводять безліч досліджень, головний об'єкт яких - цезій. Кілька років тому фізики Білефельдського університету (ФРН) виконали цікавий експеримент. Тривав він всього десяту частку секунди, а на його підготовку знадобилося ... два роки. У чому ж він полягав? На спеціальній установці атом цезію був підданий бомбардуванню сфокусованим імпульсом потужного лазера. У результаті такого обстрілу атом цезію прийшов у стан «крайнього збудження»: орбіти електронів розтягнулися і розміри атома збільшилися в десятки тисяч разів. Група американських фізиків з Ок-Ріджа (одного з найважливіших центрів атомної промисловості США) розробила методику, що дозволяє перерахувати поштучно атоми деяких елементів. В основі цієї методики також лежить збудження атомів за допомогою потужних лазерних імпульсів. При першій демонстрації нового способу підраховувалися атоми цезію. Вчені з індійського Інституту геофізичних досліджень, що вивчили воду 60 гарячих джерел в Гімалаях, прийшли до висновку, що висока концентрація цезію у воді може бути ознакою магматичної активності надр.
Підвищена концентрація радіоактивного ізотопу цезію-137 виявлена в деревах, що збереглися в районі знаменитого Тунгуського вибуху, причому хімічна аномалія характерна саме для тих верств стовбура, які відносяться до 1908 року, коли відбулася ця подія. Не можна не згадати ще про один дуже важливому «амплуа» цього елемента. У 1967 році Міжнародна генеральна конференція з мір та ваг встановила: «Секунда - час, що дорівнює 9192631770 періодам випромінювання, відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133». Коротко і ясно! Хочете відрахувати секунду, так це простіше простого: треба тільки почекати, поки електрон цезію перестрибне з одного своєї орбіти на іншу вказане число разів. Звичайно, людині такий підрахунок проробити, м'яко висловлюючись, важкувато, а от атомний годинник на цьому принципі вже працюють і, треба сказати, непогано: за три тисячоліття точність їх ходу може змінитися всього на одну секунду. Це можливо завдяки незвичайній стабільності основних властивостей атомів цезію.
Про цезіі можна розповідати тисячу й одну ніч: про його каталітичних здібностях і умінні створювати вакуум у радіолампах, про його ізотопи, що застосовуються в медицині, дефектоскопії, вимірювальної техніки, про отримання за допомогою цього елемента сцинтиляційних монокристалів, здатних світитися холодним блакитним або зеленуватим світлом під дією будь-якого випромінювання - рентгенівського, ультрафіолетового, радіоактивного. Словом, областях застосування цезію, як то кажуть, несть числа. А перспективи його воістину безмежні!
Інженер радіологічного відділу розповів, що «якось ми перевіряли сосиски, і, уявіть, кількість цезію-137 та стронцію-90 в них у декілька разів перевищувало норму». «Добре, що сосиски ще до перевірки вилучили з продажу», - зазначив він.
Влітку торгові точки санітарні лікарі перевіряють не рідше трьох разів на тиждень. Кажуть, що іноді доводиться ходити з міліцією, оскільки добровільно жоден продавець на ринку не хоче віддавати навіть трохи свого товару на перевірку. Найбільше радіонуклідів медики знаходять в грибах і чорниці. Але бувають вони і в м'ясі. За даними видання, нещодавно в СЕС привезли тушу підстреленого на полюванні кабана. Вердикт перевірки: їсти свинину суворо заборонено. Минулого року СЕС разом з управлінням ветеринарної медицини взяла трохи більше 576 тисяч проб. У 19 з них цезій і стронцій просто зашкалював. Це були ягоди з смт Малина і міста Овруча Житомирської області, сіл Немішаєво Київської області, Ківерці Волинської області, а також гриби і дичина з Вишгородського і Поліського районів Київщини.
Інженер радіологічного відділу із власного досвіду знає, що серед тих дарів лісу, які незабаром наповнять ринки і супермаркети, будуть радіоактивні продукти. Саме тому лікарі закликають городян перевіряти куплене - особливо на стихійних ринках. Тим більше що всі аналізи в СЕС зроблять абсолютно безкоштовно. Для цього потрібно лише взяти кілограм або літр продукції і написати заяву на ім'я головного санітарного лікаря Києва.
Тому кореспонденти рано вранці вирушили на стихійні ринки за покупками (їм лікарі порадили брати домашнє м'ясо і молоко, річкову рибу, буряк, редиску, лісові ягоди і гриби - саме в цих продуктах може бути підвищений вміст радіоактивних ізотопів). Перша покупка була зроблена недалеко від метро «Позняки» - купили домашнє молоко. Бабуся-продавець запевняла в його екологічній чистоті. Товар вона привезла з села Рожів Макарівського району, у п'ятдесяти кілометрах від столиці. Далі біля Дарницького вокзалу журналісти взяли кілограм свіжого сиру з селища Бабинці Бородянського району - близько тридцяти кілометрів на північний захід від Києва. Продавець ніяк не могла зрозуміти, чому ми вирішили брати її товар не спробувавши. Жінка навіть образилася і відмовилася продавати, поки ми не спробуємо шматочок і не похвалимо. Довелося поступитися. Біля станції метро «Лісова» купили дві палиці підозріло дешевої ковбаси нібито з Хмельницької області - півкіло всього 10 грн. На стихійному ринку біля станції «Лук'янівська» взяли три буряки, вирощені в Мотижин, - село в тридцяти кілометрах від Києва в західному напрямку. Біля метро «Нивки» купили редиску, привезену з городу біля Броварів. А ось знайти свіжу рибу на стихійних ринках не вдалося - довелося брати на стаціонарному базарі на вулиці Щербакова. Покупки обійшлися в 100 гривень і всі продукти відправили до міської СЕС.
Газета пише, що лабораторія, де перевіряють продукти, - це невелика кімната, заставлена старими комп'ютерами і різними пристроями. Тестування почали з сиру. У першу чергу його зважили: продавець не обдурила - продала рівно кілограм. Потім продукт висипали в спеціальний лоток, який встановили в гамма-спектрометр - апарат для вимірювання спектру гамма-випромінювання. Попутно поцікавилися, чи можна ходити з дозиметром в руках по ринку і відразу на місці перевіряти продукти. Посміявшись, Журавльов пояснив, що це безглуздо - дозиметр не в змозі уловити таку слабку активність, яку можуть проявляти продукти. На комп'ютері лаборант запустив спеціальну програму, яка розшифровує сигнали з спектрометра. Через п'ятдесят хвилин Журавльов показує результати - зразок містить лише природний радіонуклід калій-40, який є у всіх продуктах. У молоці також не виявилось радіоактивних добавок, хоча саме молоко - основний показник радіаційної зараженості місцевості.
За словами фахівця, "корови пасуться на великій території, якщо хоч десь трава містить цезій-137 і стронцій-90, то вони обов'язково виявляться». «Якщо з молоком з Рожева все нормально, то, швидше за все, і в інших продуктах з села Рожев не буде відхилень», - зазначив він.
У підозріло дешевій ковбасі і буряках техногенних радіонуклідів також не виявилося. Зате, як тільки порубані тушки судака потрапили в спектрометр, комп'ютер видав наявність цезію-137 - 16,1 Бк / кг. Ця доза в дев'ять разів менша максимально припустимої, але ж і норма в Україні - поняття відносне. За словами Журавльова, у нас ніхто ніколи не вивчав впливу невеликих доз техногенних радіонуклідів на людину. Тому не виключено, що після того як ви з'їсте цю рибу, в організмі почнуться незворотні процеси. Хоча вихід є - перед приготуванням рибу можна замочити на півгодини в оцті, це допоможе очистити її від частини небезпечних радіонуклідів.
Цезій і стронцій - радіоактивні ізотопи. Потрапивши в організм, вони пошкоджують кісткову тканину, призводять до хімічних порушень в клітинах, а потім - до раку крові і кісток.
Кислотні способи вимагають застосування великих надлишків реагентів, вони тривалі й складні в апаратурному оформленні. Крім того, розкладання кислотами приводить до переходу в розчинний стан не тільки цезію, а й алюмінію та інших домішок. Все це ускладнює застосування кислотних способів в промисловості, однак вони продовжують удосконалюватися.
Способи спікання. Способи спікання розроблені менш детально, ніж кислотні, але в даний час вони отримали загальне визнання. Як флюси були випробувані: карбонат кальцію, суміш карбонатів натрію і калію, окис і хлорид кальцію, суміш карбонату і хлориду натрію.
Хороші показники були досягнуті за способом, запропонованим Орендою У його основі лежить спікання поллуціта з СаО і СаС1 2. Взаімодействіе.протекает за такою сумарної реакції:
Сs 2 О-А1 2 О а-4SiO 2-Н 2 О + СаС1 2 + 5СаО -
= 2СsС1 + СаО.А1 2 0 3 .2 SiO 2 + ЗСАТ-SO 2 + 2СаО-SO 2 + Н 2 0.
Відсутність кремнію і алюмінію в розчинах після вилуговування спеков - велике достоїнство методу Оренда. За оптимальних умов завжди можна домогтися практично повного розкладання мінералу (не менше 98%) і високого ступеня чистоти цієї солі (99,9%). Метод економічний і порівняно простий. Всі інші методи переробки поллуціта не забезпечують в даний час настільки високих показників.
Дослідження показали, що основним реагентом при спіканні є хлорид кальцію, який у розплавленому стані діє енергійніше соляної кислоти. Окис ж кальцію потрібна для зв'язування кремнезему та глинозему. Отриманий спек охолоджують, подрібнюють і обробляють гарячою водою. Отриману пульпу фільтрують, залишок від фільтрації направляють у відвал. Фільтрат, що містить сульфати цезію, рубідію та інших лужних металів, обробляють соляною кислотою і цезій осаджують у вигляді комплексної солі Сs 3 [Sb 2 С1 9] за способом, описаному раніше. Для отримання солі більш високої чистоти проводять її перекристалізації.
Відомі також дослідження з розкладання поллуцітового концентрату шляхом спікання його з вапном без добавок хлористого кальцію. Речовий склад отриманого спека наступний,%: 10,5 С5 2 0-А1 2 О я; 74,3 2СаО-5ю 2, 7,5 СаО-А1 8 0 3; 7,5% суми Ме 2 0-А1 2 0 3 .
У промисловості також знайшов застосування варіант сублімує випалу. При цьому склад шихти наступний: на 1 ч. за масою концентрату, 2 ч. вапняку, 0,23 ч. хлористого кальцію. Температуру підвищують до 1300 ° С. Все лужні метали возгоняются; при уловлюванні їх утворюється конденсат наступного складу,%: 60 Cs; 1,8 Кd; 3,4 К; 2,5 Nа; 25,3 - С1 3.
Якщо добавку хлориду кальцію замінити фторидом кальцію в кількості 2,5% до маси шихти, температуру спікання можна знизити до 1200 ˚ С. Витяг цезію в сублімат в обох випадках становить 98%. Для одержання з нього цезію застосовують один з описаних способів очищення від лугів. Наприклад, возгон окисів лужних металів вимивають з конденсату водою і нейтралізують отриманий розчин соляної кислотою. З цього розчину цезій осаджують концентрованою соляною кислотою і хлоридом сурми, отримуючи осад солі складу Сs 3 Sb 4 С1 9).
Цезій, що знаходиться в возгонах, можна відокремити від інших лугів рідким бромом, в якому розчинний тільки бромистий цезій. З бромистого цезію можна отримати інші потрібні солі цезію.
Перевага способів з сублімацією лугів перед викладеними раніше - скорочення числа переділів і відсутність громіздкою гідрометалургійної апаратури.
На витяг цезію з лепідолітового концентрату надходить не сам концентрат, а залишок після вилучення з нього літію. Прикладом може служити спосіб, запропонований Є.С. Бурксером в 1935 р. За цим методом лепідоліт спікають з К 2 50 4 при 1090 ° С, і спік обробляють водою; в розчин при цьому переходить літій і частково рубідій, цезій і калій. Основна ж частина цезію залишається в осаді, який розкладають при 100 ° С сірчаної кислотою. Далі осад обробляють водою, а потім з концентрованого розчину при охолодженні викристалізовує суміш квасцов калію, рубідію і цезію.
При будь-якому, способом розкладання лепідолітового концентрату рубідій і цезій на певній стадії процесу осідають у вигляді квасцов. При багаторазовій фракційної перекристалізації квасцов цезій і рубідій відокремлюються як один від одного, так і від супутнього калію. Фракційна перекристалізація заснована на різній розчинності, компонентів. Процес перекристалізації тривалий і копіткий. Емпіричним шляхом знайдено, що для звільнення цезієвого і рубідіевим квасцов від калію необхідно шість перекристалізації, а остаточне розділення цезію досягається через 22 перекристалізації. Існує думка, що шляхом перекристалізації можна отримати 90-95%-ную цезієвий сіль, потім після розчинення у воді вести подальшу очистку іншими способами.
Застосування
Цезій - один з рідкісних елементів, але все ж сліди його можна знайти в багатьох гірських породах, в морській воді, а його «зв'язки» з мінеральною водою вам вже відомі (правда, щоб отримати кілька грамів цезієвого солей, Бунзеном довелося випарити «всього- всього »40 тонн цілющого напою). Цікаво, що «крихти» цезію виявлені в цукровому буряку, зернах кави, чайному листі. Знайомий з ним і кожен курець: про це свідчать дві блакитні лінії в спектрі тютюнового попелу. Якби метали, подібно спортсменам, могли розраховувати на приз «За активність», то суддівська колегія з найавторитетніших хіміків без коливань присудила б його цезію. І справа не тільки в тому, що цей елемент займає саме «металеве» місце в періодичній системі (якщо не вважати францію, якого практично немає в природі), а й у тому, що він повністю виправдовує своє «особливе становище». Дійсно, чистий цезій надзвичайно активний метал. Опинившись на повітрі, він негайно запалюється й згоряє. Потрапляючи в компанію, сірого чи фосфором (не кажучи вже про «ідейних противників» всіх металів-галогенні), він тут же починає бурхливо «обурюватися», і це завжди призводить до вибуху. Спілкування цезію з водою також загрожує конфліктною ситуацією, що супроводжується вибухом і пожежею - горить виділяється в ході реакції водень. Навіть скромний і сумирний (в хімічному відношенні) лід, який дуже індиферентний до навколишньої дійсності, не витримує нападок цезію і вступає з ним в гучну «перепалку», причому розняти їх не може і лютий холод (до -116 0 С) - відомий « приборкувач »хімічних реакцій. Не дивно, що при такому буйному вдачу цезію отримати його в чистому вигляді дуже складно.Зараз для цієї мети використовують зазвичай спосіб, запропонований ще в 1911 році французьким хіміком А. Акспілем: цезій витісняється з його хлориду металевим кальцієм у вакуумі при температурі близько 700 0 С (як видно, кальцій-не з боязкого десятка). Але ось чистий цезій отриманий. А як його зберігати? Питання це, як ви розумієте, далеко не пусте, а відповідь на нього - просто парадоксальний: чистий цезій потрібно ... забруднити, тобто сплавити з іншими металами. Сплави цезію не настільки «задиристі», як він сам, і зберігаються тихо і спокійно, скільки потрібно. Виділити ж з них цезій допомагає отгонка у вакуумі. «Свіжоприготований» цезій - блискучий світлий метал з блідо-золотистим відтінком; він м'який, як віск, і легкий, як магній або берилій. Всім відомо, що самий легкоплавкий метал - ртуть; в цьому відношенні у неї немає суперників. Але з усіх інших металів найбільш «покладливий» цезій: він легко переходить у рідкий стан, тому що температура плавлення його всього 28,5 ˚ С. Щоб він розтанув, досить теплоти людських долонь (сподіваємося, що пам'ятаючи про небезпечний характер цього металу, ви не будете проводити такий експеримент, оскільки він може мати сумні наслідки). Само собою зрозуміло, виготовляти з цезію деталі або вироби, які повинні піддаватися механічним навантаженням, працювати в жарких умовах або знаходитися в контакті з хімічними «агресорами», заняття, м'яко висловлюючись, невдячна. Так, може бути, цей недоторка «блакитних кровей» взагалі ні на що не придатний і представляє інтерес лише суто з наукової точки зору? Залозу, титану, алюмінію він і справді не конкурент, зате у нього є такі властивості, якими, крім нього, не має жоден метал. А щоб стало зрозуміло, про що йде мова, знову зробимо невеликий екскурс у минуле століття. У 1887 році відомий німецький фізик Генріх Герц відкрив явище зовнішнього фотоефекту, тобто «Випаровування» електронів з поверхні металів під дією світла.
Незабаром професор Московського університету А.Г. Столєтов, що зацікавився цим явищем, провів ряд дослідів і на їх основі сформулював теоретичні закони фотоефекту. У чому ж його суть? Виявляється, невагомий промінь несе з собою енергію, цілком достатню для того, щоб вибити з атомів деяких металів найбільш віддалений від ядра електрон. Якщо в розрив електричного кола направити низку вирвалися на волю «в'язнів», то їх потік здатний замкнути ланцюг і в ній з'явиться струм. Кажуть, скільки людей - стільки думок. Так і в кожного металу є своє «думка» щодо фотоефекту. Одні не вважають за потрібне йти на поводу у світла: їх хоч прожектором «обстрілювали», але електронів з них не виб'єш Інші, навпаки, без жалю розлучаються з ними, як тільки на них потрапляє ледь помітний промінь. Найщедріший на електрони метал - цезій, і ця щедрість аж ніяк не випадкова. У всіх лужних металів, а цезій - їх типовий представник, на зовнішній орбіті «розгулює» всього один електрон. Але один в полі не воїн, і світло розправляється з ним без особливих зусиль. У цезію до того ж цей самотній блукач знаходиться далі від ядра, ніж у його родичів по «лужної лінії». Тому робота виходу електрона (так називається той «праця», який повинен затратити світловий промінь, щоб відняти в атома електрон) у цезію мінімальна, а це значить, що він - найбільш відповідний матеріал для фотоелементів - приладів, що перетворюють промені світла в електричний струм. Службу в фотоелементах цезій несе не поодинці, а, наприклад, в сплаві з сурмою, причому товщина світлочутливого шару настільки мала, що одним грамом сплаву можна покрити поверхню приблизно в 10 квадратних метрів.
Всі, хто користується послугами метрополітену, щодня проходять повз фотоелементів. Вони вмонтовані в контрольні турнікети, влаштовані дуже просто: з одного боку - фотоелемент, з іншого - джерело світла, що направляє промінь на свого «візаві». Варто вам, не опустивши попередньо п'ятака, перетнути промінь, фотоелемент включить механізм важелів і вони з грізним брязкотом перепинять вам шлях. Якщо ж ви дасте турнікету п'ятикопійчану «хабар», він зробить вигляд, що вас не помітив: механізм автоматично відключається, і важелі не спрацьовують. Фотоелемент - прилад нескладний, але дуже здібний: його можна навчити будь-якій роботі. Як тільки в місті стемніє, фотоелемент включає ліхтарі. Якщо рука робочого виявиться в небезпечній зоні, цей контролер відразу зупинить верстат. Фотоелемент вміє сортувати сигарети, підраховувати кількість деталей, що пропливають повз нього на конвеєрі, перевіряти, чи досить добре відшліфована поверхня кульок для підшипників, читати запис на звуковій доріжці кінострічки. Надійніше будь-якого сторожа ці чуйні прилади охороняють вночі магазини, банки, склади.
Без фотоелементів немислима була б сама ідея передачі зображення на сотні й тисячі кілометрів. Якщо ви вчора з цікавістю дивилися по телевізору хокейний матч, концерт чи ще одну "порцію" захоплюючого багатосерійного фільму, то не гріх подякувати за це цезій: без нього ваш телевізор мав би не більше шансів на передавання зображення, ніж ящик з-під макаронів. За допомогою фотоелементів вдалося «зняти копію» зворотного боку Місяця. А хіба можна було б передати по дротах креслення, схеми, портрети, листи, якби фототелеграфна зв'язок не користувалася послугами не байдужих до світла електронів? Звичайно, немає. Фотоелектричні властивості цезію дозволили створити інтроскоп - прилад, який дозволяє зазирнути всередину непрозорих тіл і помітити в них можливі дефекти.
Чутливість цезію до інфрачервоних променів лежить в основі конструкції «ночезрительная труб» - так М.В. Ломоносов називав прилади, про які він міг тільки мріяти. А сьогодні оптичний «око», здатний бачити в темряві, допомагає людині вночі вести автомобіль, прицільно стріляти, виявляти різні об'єкти. До цих пір мова йшла про фотоелектричному ефекті, але цезій готовий поділитися своїми електронами «на прохання» не тільки світла, але і тепла. Завдяки цій властивості він охочіше багатьох інших хімічних елементів переходить в стан іонізованого газу - плазми. Цезієвий плазма становить величезний науковий і практичний інтерес. У космічному просторі, наприклад, де ступінь розрідження дуже висока, потік електронів, що виділяються атомами цезію, здатний створювати потужну реактивну тягу і надавати ракетам колосальну швидкість - за розрахунками деяких зарубіжних вчених, до
Цезій аж ніяк не обділений увагою науки: вчені різних країн проводять безліч досліджень, головний об'єкт яких - цезій. Кілька років тому фізики Білефельдського університету (ФРН) виконали цікавий експеримент. Тривав він всього десяту частку секунди, а на його підготовку знадобилося ... два роки. У чому ж він полягав? На спеціальній установці атом цезію був підданий бомбардуванню сфокусованим імпульсом потужного лазера. У результаті такого обстрілу атом цезію прийшов у стан «крайнього збудження»: орбіти електронів розтягнулися і розміри атома збільшилися в десятки тисяч разів. Група американських фізиків з Ок-Ріджа (одного з найважливіших центрів атомної промисловості США) розробила методику, що дозволяє перерахувати поштучно атоми деяких елементів. В основі цієї методики також лежить збудження атомів за допомогою потужних лазерних імпульсів. При першій демонстрації нового способу підраховувалися атоми цезію. Вчені з індійського Інституту геофізичних досліджень, що вивчили воду 60 гарячих джерел в Гімалаях, прийшли до висновку, що висока концентрація цезію у воді може бути ознакою магматичної активності надр.
Підвищена концентрація радіоактивного ізотопу цезію-137 виявлена в деревах, що збереглися в районі знаменитого Тунгуського вибуху, причому хімічна аномалія характерна саме для тих верств стовбура, які відносяться до 1908 року, коли відбулася ця подія. Не можна не згадати ще про один дуже важливому «амплуа» цього елемента. У 1967 році Міжнародна генеральна конференція з мір та ваг встановила: «Секунда - час, що дорівнює 9192631770 періодам випромінювання, відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133». Коротко і ясно! Хочете відрахувати секунду, так це простіше простого: треба тільки почекати, поки електрон цезію перестрибне з одного своєї орбіти на іншу вказане число разів. Звичайно, людині такий підрахунок проробити, м'яко висловлюючись, важкувато, а от атомний годинник на цьому принципі вже працюють і, треба сказати, непогано: за три тисячоліття точність їх ходу може змінитися всього на одну секунду. Це можливо завдяки незвичайній стабільності основних властивостей атомів цезію.
Про цезіі можна розповідати тисячу й одну ніч: про його каталітичних здібностях і умінні створювати вакуум у радіолампах, про його ізотопи, що застосовуються в медицині, дефектоскопії, вимірювальної техніки, про отримання за допомогою цього елемента сцинтиляційних монокристалів, здатних світитися холодним блакитним або зеленуватим світлом під дією будь-якого випромінювання - рентгенівського, ультрафіолетового, радіоактивного. Словом, областях застосування цезію, як то кажуть, несть числа. А перспективи його воістину безмежні!
Скільки цезію в наших продуктах
Ягоди і гриби з чорнобильської зони, рибу, виловлену в річці Прип'ять, і багато інших «дарів» чорнобильської природи сьогодні можна без проблем придбати в столиці. Видання 24.ua захотіло перевірити, скільки стронцію і цезію міститься в купленій рибі, ковбасі, молоці і сирі. Зробити це було неважко: столична СЕС безкоштовно перевіряє куплені вами продукти, а за 205 гривень - будматеріали.Інженер радіологічного відділу розповів, що «якось ми перевіряли сосиски, і, уявіть, кількість цезію-137 та стронцію-90 в них у декілька разів перевищувало норму». «Добре, що сосиски ще до перевірки вилучили з продажу», - зазначив він.
Влітку торгові точки санітарні лікарі перевіряють не рідше трьох разів на тиждень. Кажуть, що іноді доводиться ходити з міліцією, оскільки добровільно жоден продавець на ринку не хоче віддавати навіть трохи свого товару на перевірку. Найбільше радіонуклідів медики знаходять в грибах і чорниці. Але бувають вони і в м'ясі. За даними видання, нещодавно в СЕС привезли тушу підстреленого на полюванні кабана. Вердикт перевірки: їсти свинину суворо заборонено. Минулого року СЕС разом з управлінням ветеринарної медицини взяла трохи більше 576 тисяч проб. У 19 з них цезій і стронцій просто зашкалював. Це були ягоди з смт Малина і міста Овруча Житомирської області, сіл Немішаєво Київської області, Ківерці Волинської області, а також гриби і дичина з Вишгородського і Поліського районів Київщини.
Інженер радіологічного відділу із власного досвіду знає, що серед тих дарів лісу, які незабаром наповнять ринки і супермаркети, будуть радіоактивні продукти. Саме тому лікарі закликають городян перевіряти куплене - особливо на стихійних ринках. Тим більше що всі аналізи в СЕС зроблять абсолютно безкоштовно. Для цього потрібно лише взяти кілограм або літр продукції і написати заяву на ім'я головного санітарного лікаря Києва.
Тому кореспонденти рано вранці вирушили на стихійні ринки за покупками (їм лікарі порадили брати домашнє м'ясо і молоко, річкову рибу, буряк, редиску, лісові ягоди і гриби - саме в цих продуктах може бути підвищений вміст радіоактивних ізотопів). Перша покупка була зроблена недалеко від метро «Позняки» - купили домашнє молоко. Бабуся-продавець запевняла в його екологічній чистоті. Товар вона привезла з села Рожів Макарівського району, у п'ятдесяти кілометрах від столиці. Далі біля Дарницького вокзалу журналісти взяли кілограм свіжого сиру з селища Бабинці Бородянського району - близько тридцяти кілометрів на північний захід від Києва. Продавець ніяк не могла зрозуміти, чому ми вирішили брати її товар не спробувавши. Жінка навіть образилася і відмовилася продавати, поки ми не спробуємо шматочок і не похвалимо. Довелося поступитися. Біля станції метро «Лісова» купили дві палиці підозріло дешевої ковбаси нібито з Хмельницької області - півкіло всього 10 грн. На стихійному ринку біля станції «Лук'янівська» взяли три буряки, вирощені в Мотижин, - село в тридцяти кілометрах від Києва в західному напрямку. Біля метро «Нивки» купили редиску, привезену з городу біля Броварів. А ось знайти свіжу рибу на стихійних ринках не вдалося - довелося брати на стаціонарному базарі на вулиці Щербакова. Покупки обійшлися в 100 гривень і всі продукти відправили до міської СЕС.
Газета пише, що лабораторія, де перевіряють продукти, - це невелика кімната, заставлена старими комп'ютерами і різними пристроями. Тестування почали з сиру. У першу чергу його зважили: продавець не обдурила - продала рівно кілограм. Потім продукт висипали в спеціальний лоток, який встановили в гамма-спектрометр - апарат для вимірювання спектру гамма-випромінювання. Попутно поцікавилися, чи можна ходити з дозиметром в руках по ринку і відразу на місці перевіряти продукти. Посміявшись, Журавльов пояснив, що це безглуздо - дозиметр не в змозі уловити таку слабку активність, яку можуть проявляти продукти. На комп'ютері лаборант запустив спеціальну програму, яка розшифровує сигнали з спектрометра. Через п'ятдесят хвилин Журавльов показує результати - зразок містить лише природний радіонуклід калій-40, який є у всіх продуктах. У молоці також не виявилось радіоактивних добавок, хоча саме молоко - основний показник радіаційної зараженості місцевості.
За словами фахівця, "корови пасуться на великій території, якщо хоч десь трава містить цезій-137 і стронцій-90, то вони обов'язково виявляться». «Якщо з молоком з Рожева все нормально, то, швидше за все, і в інших продуктах з села Рожев не буде відхилень», - зазначив він.
У підозріло дешевій ковбасі і буряках техногенних радіонуклідів також не виявилося. Зате, як тільки порубані тушки судака потрапили в спектрометр, комп'ютер видав наявність цезію-137 - 16,1 Бк / кг. Ця доза в дев'ять разів менша максимально припустимої, але ж і норма в Україні - поняття відносне. За словами Журавльова, у нас ніхто ніколи не вивчав впливу невеликих доз техногенних радіонуклідів на людину. Тому не виключено, що після того як ви з'їсте цю рибу, в організмі почнуться незворотні процеси. Хоча вихід є - перед приготуванням рибу можна замочити на півгодини в оцті, це допоможе очистити її від частини небезпечних радіонуклідів.
Цезій і стронцій - радіоактивні ізотопи. Потрапивши в організм, вони пошкоджують кісткову тканину, призводять до хімічних порушень в клітинах, а потім - до раку крові і кісток.