text: цезий — элемент 1 й группы шестого периода системы химических элементов д. и. менделеева, атомный номер — 55. простое вещество цезий — мягкий щелочной металл серебристо жёлтого цвета. своё название цезий получил по цвету двух ярких синих линий в эмиссионном спектре.история:цезий открыт в 1860 году немецкими учёными р. в. бунзеном и г. р. кирхгофом в водах бад дюркхаймского минерального источника в германии методом оптической спектроскопии, тем самым, став первым элементом, открытым при помощи спектрального анализа. в чистом виде цезий впервые был выделен в 1882 году шведским химиком к. сеттербергом при электролизе расплава смеси цианида цезия и бария.нахождение в природе. добыча:основным цезиевым минералом является поллуцит. в виде примесей цезий входит в ряд алюмосиликатов: лепидолит, флогопит, биотит, амазонит, петалит, берилл, циннвальдит, лейцит, карналлит. также содержится в редком минерале авогадрите. в качестве промышленного сырья используются поллуцит и лепидолит.по добыче цезиевой руды лидирует канада — в месторождении сосредоточено около 70 % мировых запасов цезия. поллуцит также добывается в намибии и зимбабве. в россии месторождения поллуцита есть на кольском полуострове, в восточном саяне и забайкалье. месторождения поллуцита также имеются в казахстане, монголии и италии - эльба, но они обладают малыми запасами и не имеют важного экономического значения.мировая добыча обогащённой руды цезия составляет около 20 тонн в год. мировой объём производства металлического цезия — около 9 тонн в год.некоторые источники утверждают, что потребности в цезии более чем в раза превышают его добычу, что положение в металлургии цезия ещё более тревожное, чем, например, в металлургии тантала или рения, и производители не могут обеспечить постоянно растущий спрос на металлический цезий.геохимия и минералогия:среднее содержание цезия в земной коре —. наблюдается некоторое увеличение содержания цезия от ультраосновных пород к кислым. основная его масса в природе находится в рассеянной форме и лишь незначительная часть заключена в собственных минералах цезия. постоянно повышенные количества цезия наблюдаются в морганите, родиците, авогадрите и лепидолите. по кристаллохимическим свойствам цезий наиболее близок к рубидию, калию и таллию. в повышенных количествах цезий находится в калиевых минералах. цезий, как и рубидий, имеет тенденцию накапливаться на поздних стадиях магматических процессов, и в пегматитах его концентрации достигают наивысших значений. среднее содержание цезия в гранитных пегматитах около 0,01 %, а в отдельных пегматитовых жилах, содержащих поллуцит, даже достигает 0,4 %, что примерно в 40 раз выше, чем в гранитах. наиболее высокие концентрации цезия наблюдаются в редкометально замещённых микроклин альбитовых пегматитах со сподуменом. при пневматолито гидротермальном процессе повышенные количества цезия связаны с массивами грейзенезированных аляскитов и гранитов с кварц берилл вольфрамитовыми жилами, где он присутствует главным образом в мусковитах и полевых шпатах. в зоне гипергенеза цезий в небольшом количестве накапливается в глинах, глинистых породах и почвах, содержащих глинистые минералы, иногда в гидроокислах марганца. максимальное содержание цезия составляет лишь. роль глинистых минералов сводится к сорбции, цезий вовлекается в межпакетное пространство в качестве поглощённого основания. активная миграция этого элемента в водах очень ограничена. основное количество цезия мигрирует «пассивно», в глинистых частичках речных вод. в морской воде концентрация цезия составляет ок. из числа собственно цезиевых минералов наиболее распространены поллуцит · h 2 o, цезиевый берилл be 2 csal 2 и авогадрит bf 4. последние два минерала содержат до 7,5 % окиси цезия. из других цезиевых минералов известны также галхаит 6 4 s 12 и маргаритасит 2 2 v 2 o 8 ·h 2 o.получение:при промышленном получении цезий в виде соединений извлекается из минерала поллуцита. это делается хлоридным или сульфатным вскрытием.первое включает обработку исходного минерала подогретой соляной кислотой, добавление хлорида сурьмы sbcl 3 для осаждения соединения cs 3 и промывку горячей водой или раствором аммиака с образованием хлорида цезия cscl. при втором — минерал обрабатывается подогретой серной кислотой с образованием алюмоцезиевых квасцов csal 2 ·12h 2 o.для получения цезия достаточной степени чистоты требуется многократная ректификация в вакууме, очистка от механических примесей на металлокерамических фильтрах, нагревание с геттерами для удаления следов водорода, азота, кислорода и многократная ступенчатая кристаллизация.сложности получения цезия обусловливают постоянный поиск его минералов: извлечение этого металла из руд неполное, в процессе эксплуатации материала он рассеивается и потому безвозвратно теряется, промышленность нуждается именно в очень чистом материале, и это является одной из труднейших задач в металлургии редких элементов.в россии переработка и извлечение солей цезия из поллуцита ведется в новосибирске на зао «завод редких металлов».все методы являются трудоёмкими. второй позволяет получить высокочистый металл, однако является взрывоопасным и требует на реализацию несколько суток.известны изотопы цезия с массовыми числами от 112 до 151, и 22 ядерных изомеров. природный цезий — моноизотопный элемент, состоящий из единственного стабильного изотопа 133 cs.самым долгоживущим искусственным радиоактивным нуклидом цезия является 135 cs с периодом полураспада 12 около лет. другой относительно долгоживущий изотоп 137 cs.цезий 137 является одним из виновников радиоактивного загрязнения биосферы, так как образуется при делении ядер в ядерных реакторах и при испытаниях ядерного оружия. цезий 137 претерпевает бета распад, дочерний изотоп стабильный барий 137.физические свойства:цезий — мягкий металл, из за низкой температуры плавления при комнатной температуре находится в полужидком состоянии. твёрдость цезия по шкале мооса составляет 0,2.металлический цезий представляет собой вещество золотисто белого цвета, по внешнему виду похожее на золото, но светлее. расплав представляет подвижную жидкость, при этом его цвет становится более серебристым. жидкий цезий хорошо отражает свет. пары цезия окрашены в зеленовато синий цвет.цезий образует кристаллы. при высоком давлении может переходить в другие полиморфные модификации. цезий — парамагнетик.цезий образует легкоплавкие сплавы с другими щелочными металлами. его сплав с калием и натрием имеет температуру плавления −78 °с.химические свойства:цезий является наиболее химически активным металлом, за исключением радиоактивного франция, практически отсутствующего в природе. является сильнейшим восстановителем. на воздухе цезий мгновенно окисляется с воспламенением, образуя надпероксид cso 2.взаимодействие с водой происходит со взрывом, продуктом взаимодействия являются гидроксид цезия и водород h 2.цезий вступает в реакцию со льдом, простыми спиртами, галогеноорганическими соединениями, галогенидами тяжёлых металлов, кислотами, сухим льдом. реагирует с бензолом. активность цезия обусловлена не только высоким отрицательным электрохимическим потенциалом, но и невысокой температурой плавления и кипения.многие образуемые цезием соли — нитраты, хлориды, бромиды, фториды, иодиды, хроматы, манганаты, азиды, цианиды, карбонаты — чрезвычайно легко растворимы в воде и ряде органических растворителей; наименее растворимы перхлораты. несмотря на то, что цезий является весьма активным металлом, он, в отличие от лития, не вступает в реакцию с азотом при обычных условиях и, в отличие от бария, кальция, магния и ряда других металлов, не способен образовать с азотом соединений даже при сильнейшем нагревании.гидроксид цезия — сильнейшее основание с высочайшей электропроводностью в водном растворе; так, например, при работе с ним необходимо учитывать, что концентрированный раствор csoh разрушает стекло даже при обычной температуре, а расплав разрушает железо, кобальт, никель, а также платину, корунд и диоксид циркония, и даже постепенно разрушает серебро и золото. единственным устойчивым в расплаве гидроксида цезия металлом является родий и некоторые его сплавы.цезий весьма активен и агрессивен по отношению к контейнерным материалам и требует хранения, например, в сосудах из специального стекла в атмосфере аргона или водорода.применение:цезий нашёл применение только в начале xx века, когда были обнаружены его минералы и разработана технология получения в чистом виде. в настоящее время цезий и его соединения используются в электронике, радио, электро, рентгенотехнике, химической промышленности, оптике, медицине, ядерной энергетике. в основном применяется стабильный природный цезий 133, и ограниченно — его радиоактивный изотоп цезий 137, выделяемый из суммы осколков деления урана, плутония, тория в реакторах атомных электростанций.фотоэлементы, фотоумножители:благодаря крайне низкой работе выхода электрона цезий используется при производстве высокочувствительных и малоинерционных фотоэлектрических приборов — фотоэлементов, фотоумножителей. в фотоэлементах цезий обычно применяется в виде сплавов с сурьмой, кальцием, барием, алюминием или серебром, которые вводятся для повышения эффективности устройства, а также для экономии чрезвычайно дорогого цезия. такие фотоэлементы способны работать в широком диапазоне длин волн: от дальней инфракрасной, до коротковолновой ультрафиолетовой области электромагнитного излучения, что делает цезиевые фотоэлементы эффективнее рубидиевых.детекторы ионизирующего излучения:иодид цезия в виде монокристаллов является одним из наиболее распространённых сцинтилляторов — веществ, конвертирующих энергию ионизирующего излучения в свет. это связано с высокой эффективностью поглощения гамма квантов из за большого атомного номера обоих основных составляющих иодида цезия, а также с высоким световыходом этого сцинтиллятора. детекторы заряженных частиц и гамма излучения на его основе применяются в атомной технике, геологии, медицине, космических исследованиях. так, например, измерения элементного состава поверхности марса выполнялись с помощью гамма спектрометра на основе csi, установленного на космическом орбитальном аппарате «марс 5». недостатком этого сцинтиллятора является некоторая гигроскопичность, из за которой он может длительно использоваться без герметичной оболочки лишь в достаточно сухом воздухе. впрочем, его гигроскопичность на порядки ниже, чем у другого распространённого сцинтиллятора — иодида натрия.оптика:иодид и бромид цезия применяются в качестве оптических материалов в специальной оптике — инфракрасные приборы, очки и бинокли ночного видения, прицелы, обнаружение техники и живой силы противника.источники света:в электротехнике цезий применяется в изготовлении светящихся трубок, в виде соединений с цирконием или оловом. наряду с другими металлами цезий используется для наполнения осветительных газоразрядных металлогалогеновых ламп.катализаторы:цезий нашёл большое применение в производственной химии в качестве катализатора. каталитическая активность цезия используется в процессах получения аммиака, серной кислоты, бутилового спирта, в реакциях дегидрогенизации и при получении муравьиной кислоты. особенно эффективным является применение цезия как промотора при каталитическом получении аммиака, синтезе бутадиена. в ряде катализаторов оказалось эффективным применение цезия совместно с рубидием, в частности, используется рутений цезий углеродный катализатор. цезий промотирует действие серебряного катализатора и повышает его селективность при эпоксидировании этилена.химические источники тока:на основе цезия создан и применяется высокоэффективный твёрдый электролит для топливных элементов, и аккумуляторов чрезвычайно высокой энергоёмкости — цезий бета глинозём.радиационная техника:гамма излучение цезия 137 используется в гамма дефектоскопии, измерительной технике и при стерилизации пищевых продуктов, а также для стерилизации медицинских препаратов и лекарств, в радиотерапии для лечения злокачественных опухолей. также цезий 137 используется в производстве радиоизотопных источников тока, где он применяется в виде хлорида цезия. цезий 137 используется в датчиках предельных уровней сыпучих веществ в непрозрачных бункерах.медицина:на основе соединений цезия созданы эффективные лекарственные препараты для лечения язвенных заболеваний, дифтерии, шоков, шизофрении. его соли, подобно препаратам лития, способны проявлять нормотимический эффект.применение цезия в энергетике:значительной сферой применения металлического цезия являются новейшие и стремительно развивающиеся работы и производство энергетических агрегатов. цезиевая плазма является важнейшей и неотъемлемой компонентой мгд генераторов с повышенным кпд до 65—70 %.ввиду того, что цезий имеет большую теплоёмкость, теплопроводность и ряд собственных сплавов с очень низкой температурой плавления −30 °c, то используется в качестве теплоносителя в атомных реакторах и высокотемпературных турбоэнергетических установках, а сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °c среди сплавов.прочие области применения цезия:фторид цезия применяют для пьезоэлектрической керамики, специальных стёкол. хлорид цезия — электролит в топливных элементах, флюс при сварке молибдена. атомные переходы в парах цезия используются как эталон частоты в атомных часах.биологическая роль:хлорид рубидия и хлорид цезия участвуют в газовом обмене, активируя деятельность окислительных ферментов, соли этих элементов повышают устойчивость организма к гипоксии.цезий в живых организмах:цезий в живых организмах — постоянный химический микроэлемент организма растений и животных. морские водоросли, например, содержат от цезия в сухого вещества, наземные растения —. животные получают цезий с водой и пищей. в организме членистоногих около цезия, пресмыкающихся —, млекопитающих —. главное депо цезия в организме млекопитающих — мышцы, сердце, печень; в крови — до. цезий относительно малотоксичен; его биологическая роль в организме растений и животных окончательно не раскрыта.цезий 137 — радиоактивный изотоп цезия, испускающий бета излучение и гамма кванты, и один из главных компонентов техногенного радиоактивного загрязнения биосферы. продукт деления урана 235, урана 238, плутония 239 и других делящихся изотопов. содержится в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций. интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. содержится в растениях и организме животных и человека. коэффициент накопления cs 137 наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. в организме животных cs 137 накапливается главным образом в мышцах и печени. наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и североамериканских водоплавающих птиц. накапливается в грибах, ряд которых считается «аккумуляторами» радиоцезия.