Це́зий (лат. Cesium), Cs (читается «цезий»), химический элемент с атомным номером 55, атомная масса 132, 9054. Имеет один стабильный нуклид 133Cs. Расположен в группе IA в 6 периоде. Электронная конфигурация внешнего слоя 6s1, в соединениях проявляет степень окисления +1 (валентность I). Радиус нейтрального атома цезия 0, 266 нм, радиус иона Cs+0, 181 нм (координационное число 6), 0, 202 (координационное число 12). Энергии последовательной ионизации атома 3, 89397, 25, 1 и 34, 6 эВ. Сродство к электрону 0, 47 эВ. Работа выхода электрона 1, 81 эВ. Электроотрицательность по Полингу 0, 7.
Цезий был открыт в 1860 немецкими учеными Р. В. Бунзеном и Г. Кирхгофом в водах Дюрхгеймского минерального источника в Германии методом спектрального анализа. Назван цезием по двум ярким линиям в синей части спектра (от лат. caesius — небесно-голубой). Металлический цезий впервые был выделен в 1882 шведским химиком К. Сеттербергом при электролизе расплава смеси CsCN и Ba.
Содержание в земной коре 3, 7·10-4% по массе. Типичный редкий, рассеянный элемент. Геохимически тесно связан с гранитнлй магмой, образуя концентрации в пегматитах вместе с Li, Be, Ta, Nb. Известно два крайне редких минерала цезия: поллуцит, (Cs, Na)[AlSi2O6]·nH2O и авогадрит, (K, Сs)[BF]4. Как примесь, 0, 0003-5%, цезий содержится в лепидолите, флогопите, карналлите.
Цезий получают из поллуцита методом вакуумтермического восстановления. Руду обогащают, затем выделенный концентрат разлагают соляной или серной кислотами или спекают с оксидно-солевыми смесями, СаО и СаСl2. Из продуктов разложения поллуцита цезий осаждают в виде CsAl(SO4)2 или Cs3[Sb2Cl9]. Далее осадки переводят в растворимые соли. Особо чистые соединения цезия получают дальнейшей дробной кристаллизацией, сорбцией, экстракцией и ионным обменом. Металлический цезий получают металлотермическим восстановлением хлорида цезия CsCl кальцием или магнием или электролизом расплава галогенидов цезия. Хранят цезий в ампулах из стекла пирекс в атмосфере аргона или в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного вазелинового или парафинового масла.
Цезий — мягкий серебристо-белый металл. При обычной температуре находится в пастообразном состоянии, температура плавления 28, 44°C. Температура кипения 669, 2°C. Кристаллическая решетка кубическая объемно центрированная, параметр ячейки а = 0, 6141 нм. Плотность 1, 904 кг/дм3. Цезий имеет высокую чувствительность к свету, цезиевый катод испускает электроны даже под действием инфракрасного излучения с длиной волны до 0, 80 мкм.
Цезий чрезвычайно реакционноспособен. Стандартный электродный потенциал –2, 923 В. На воздухе и в атмосфере кислорода цезий мгновенно воспламеняется, образуя смесь пероксида Сs2O2 и надпероксида цезия CsO2. При незначительном содержании кислорода в газе, с которым реагирует цезий, возможно образование оксида Cs2O. C водой цезий реагирует со взрывом:
2Cs + 2H2O = 2CsOH + H2
При нагревании под повышенным давлением в присутствии катализатора цезий реагирует с водородом с образованием гидрида CsH. Взаимодействуя с галогенами, дает галогениды CsCl, c серой — сульфид Cs2S. С азотом цезий в обычных условиях не реагирует, а нитрид цезия Cs3N образуется при пропускании электрического разряда между электродами из цезия, помещенными в жидкий азот. При нагревании цезий реагирует с красным фосфором, образуя фосфид Cs2P5.
При нагревании взаимодействует с графитом, давая следующие карбиды C8Cs, C24Cs, C36Cs, Cs2C2 (ацетиленид цезия). Цезий восстанавливает кремний из стекла и из SiO2. Со многими металлами цезий образует интерметаллиды (CsAu, CsSn4). Гидроксид цезия CsOH — сильное хорошо растворимое в воде основание. Соли цезия (хлорид CsCl, сульфат Cs2SO4, нитрат CsNO3, карбонат Cs2CO3 и другие) хорошо растворимы в воде. Плохо растворимы в воде перхлорат цезия CsClO4, хлорплатинат цезия Cs2PtCl6 и Cs2[Sb2Cl9].
Цезий — компонент различных фотокатодов, фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей, электронно-лучевых трубок. Цезий используют как геттер. Чрезвычайно точны «атомные цезиевые часы», резонансная частота энергетического перехода между подуровнями основного состояния 133Cs положена в основу современного определения секунды. Радионуклид 137Cs источник гамма-излучения в радиологии.
Цезий — постоянный химический микрокомпонент организма растений и животных. Морские водоросли содержат 0, 01-0, 1 мкг/г цезия, наземные растения — 0, 05-0, 2 мкг/г. В организме млекопитающих содержится 0, 05 мкг/г цезия, где он концентрируется в мышцах, сердце и печени. В крови до 2, 8 мкг/л цезий относительно малотоксичен. Изотоп 137Cs β-, γ-излучающий радиоизотоп, один из компонентов радиоактивного загрязнения атмосферы.
Авторы: С.С. Бердоносов, П.С. Бердоносов
- Плющев В. Е., Степин Б. Д. Аналитическая химия рубидия и цезия.
- Юшков В. В. Химия и экология 3d-элементов. - Екатеринбург: УрО РАН, 2004.
- Локшин Э. П. Рубидий и цезий. - Апатиты: КНЦ РАН, 1996.