Kemijski element cezija: značilnosti, formula, lastnosti

Značilnosti cezija, njegove strukturne značilnosti in lastnosti, ki so del tega elementa, nujno potekajo v smeri kemije. Ne samo šolarji, temveč tudi študentje kemičnih specialitet morajo poznati posebne značilnosti te spojine. Uporaba cezija je zdaj precej široka - vendar na določenem področju. V mnogih pogledih je to posledica dejstva, da element pri sobni temperaturi pridobi tekoče stanje in v čisti obliki praktično ne pride. Trenutno ima le pet kovin podobne lastnosti. Lastnosti cezija določajo zanimanje znanstvenikov in možnost uporabe spojine.

O čem govorimo?

Mehka kovina cezija je označena v periodični tabeli s simboli Cs. Njegova serijska številka je 55. Mehka kovina ima srebrno, zlato barvo. Tališče je 28 stopinj Celzija.

Cezij je alkalna kovina, katere lastnosti in značilnosti so podobne kalijem, rubidiju. Struktura cezija povzroči večjo reaktivnost. Z vodo lahko kovina reagira pri temperaturi s celićno lestvico 116 stopinj pod ničlo. Kemijski element cezija ima visoko pirofornost. Dobljen je iz polulzita. Mnogo radioaktivnih izotopov cezija (vključno s cezijem 137, ki je našel svojo aktivno uporabo) nastajajo med predelavo odpadkov, ki nastanejo pri obratovanju jedrskega reaktorja. Cezij 137 je rezultat reakcije cepitve.

Zgodovinsko ozadje

Zasluga odkrivanja elektronske formule cezija sodi v kemike iz Nemčije, izjemne misli na svojem področju Kirchhoff, Bunsen. Ta dogodek se je zgodil v daljni 1860. V tistem času se je edini pravkar izumil način plamenske spektroskopije aktivno spreminjal, nemški raziskovalci pa so v času svojih poskusov odkrili kemijski element, cezij, ki je bil prej znan javnosti. Takrat je bil cezij predstavljen kot prejemnik, ki je pomemben za fotocelice, elektronske cevi.

Značilne spremembe v zgodovini opredelitve in izbire elementa so se zgodile leta 1967. Ob upoštevanju izjave Einsteina, da je hitrost svetlobe lahko šteje kot najbolj konstantni faktor pri merjenju neločljivo povezana v našem vesolju, je bilo odločeno, da cezija 133. To je bil pomemben trenutek v razširitev obsega uporabe cezija kemijskega elementa - še posebej, se je atomske ure.

Cezij v devetdesetih

Že v zadnjem desetletju zadnjega stoletja je aktivno začel uporabljati kemijski element cezija. Izkazalo se je, da se uporablja pri delu vrtanja tekočin. Prav tako je bilo mogoče najti precej veliko področje uporabe v kemični industriji. Izkazalo se je, da se lahko pri gradnji kompleksne elektronike uporablja cezijev klorid in njegovi drugi derivati.

Hkrati je bila v devetdesetih letih posebna pozornost znanstvene skupnosti zakrivljena za vse, kar bi lahko postalo nova beseda jedrske in jedrske energije. Takrat je bil najbolj temeljito raziskan radioaktivni cezij. Ugotovljeno je bilo, da razpolovna doba te komponente zahteva približno tri desetletja. Trenutno so radioaktivni izotopi cezija našli široko uporabo v hidrologiji. Brez njih medicina in industrija ne morejo brez. Najbolj razširjen radioaktivni izotop cezija 137. Cezij je značilen za nizko stopnjo sposobnosti zastrupitve, medtem ko radioaktivni derivati ​​v veliki koncentraciji lahko škodijo naravi in ​​človeku.

Fizični parametri

Specifičnost cezija (kot tudi cezijevega klorida in drugih derivatov te kovine) povzroča priložnosti za obsežno uporabo izdelka. Med drugimi elementi ima cezij najmanjši indeks trdote - le 0,2 enote na lestvici Mohs. Poleg mehkosti je kovina značilna skladnost. V normalnem stanju, ustrezna elektronska formula cezija omogoča oblikovanje bledo barvnega materiala, ki ob najmanjšem možnem stiku z kisikovimi spojinami spremeni barvo v temnejšo barvo.

Tališče kovine je samo 28 stopinj Celzija, kar pomeni, da spojina sodi v število petih kovin, pri sobni temperaturi ali blizu tiste, ki je v tekoči fazi. Še nižje tališče kot cezij je registrirano le v živem srebru. Tudi vrelišče cezija je nizko - samo v živo srebru. Značilnosti elektrokemičnega potenciala uravnavajo gorenje kovine - ustvarja vijolične odtenke ali modre barve.

Kombinacija in značilnosti

Cezij ima sposobnost reagiranja alkalne spojine, kovine. Element oblikuje tudi cezijeve okside. Poleg tega so opazili reakcije z živosrebrovimi zmesmi in zlatom. Značilnosti interakcije z drugimi spojinami, kot tudi temperaturni režimi, v katerih so možne reakcije, razglasijo možne intermetalne spojine. Zlasti je cezij izhodna komponenta za tvorbo fotosenzitivnih spojin. Da bi to naredili, se kovinska reakcija izvaja s sodelovanjem torija, antimona, galija, indija.

Poleg cezijevega oksida zanimanje kemikov povzročajo tudi rezultati interakcije s številnimi alkalnimi elementi. Hkrati je treba upoštevati, da kovina ne more reagirati z litijem. Vsaka od cezijevih zlitin ima svojo senco. Nekatere mešanice so črno-vijolične spojine, druge so naslikane v zlati barvi, medtem ko so druge skoraj brezbarvne, vendar z izrazitim kovinskim sijajem.

Kemijske lastnosti

Najbolj izrazita lastnost cezija je njegova pirofornost. Poleg tega pozornost znanstvenikov privlači tudi elektrokemijski potencial kovine. Cezij se lahko spontano požene v zraku. Pri interakciji z vodo pride do eksplozije, tudi če reakcijski pogoji prevzamejo nizke temperature. Cezij iz prve skupine Mendelejevjeve kemične mize se v tem pogledu močno razlikuje. V interakciji cezija in vode v trdni obliki poteka tudi reakcija.

To je bilo razkrito razpolovna doba cezij traja približno tri desetletja. Material je bil ugotovljen kot nevaren zaradi svojih značilnosti. Za delo s cezijem je potrebno ustvariti atmosfero inertnega plina. Hkrati bo eksplozija v stiku z vodo z enako količino natrija in cezija v drugem primeru opazno šibkejša. Kemiki to pojasnjujejo z naslednjo funkcijo: ko je cezij v stiku z vodo, nastane trenutna eksplozivna reakcija, to pomeni, da ni dovolj časa za kopičenje vodika. Optimalna metoda za shranjevanje cezija je zamašena posoda iz borosilikatne spojine.

Cezij: v sestavi spojin

Cezij v spojinah deluje kot kation. Obstaja veliko različnih anionov, s katerimi je možna reakcija spojin. Večina cezijevih soli nima barve, razen če je obarvanje posledica aniona. Enostavne soli so higroskopske, čeprav v manjšem obsegu kot druge lahke kovinske alkalije. Mnoge v vodi se raztopijo.

Dvojne soli imajo relativno nizko stopnjo topnosti. To je našlo široko uporabo v industriji. Na primer, aluminij-cezijev sulfat se aktivno uporablja v obratih za čiščenje rude zaradi nizke topnosti v vodi.

Cezij: edinstven in uporaben

Vizualno je ta kovina podobna zlatu, a nekoliko lažja od najbolj priljubljene plemenite kovine. Če vzamete kos cezija v roki, se bo hitro topil in nastala snov se bo premaknila, nekoliko spremenila barvo - bližje srebru. V staljenem stanju cezija odlično odseva žarke svetlobe. Od alkalijskih kovin velja, da je cezij najtežji in istočasno ima najnižjo gostoto.

Zgodovina odkrivanja cezija vsebuje sklicevanja na vir Durhejma. Od tod je bil vzet vzorec vode za laboratorijsko testiranje. Pri analizi kompozitnih komponent je bila posebna pozornost namenjena rešitvi vprašanja: kateri element zagotavlja zdravilne lastnosti tekočine? Nemški znanstvenik Bunsen se je odločil za uporabo metode spektralne analize. Takrat je bilo dve nepričakovani liniji modre barve, ki niso značilne za tiste povezave, ki so bile takrat znane. Barva teh pasov je pomagala znanstvenikom, da izberejo ime za novo komponento - nebo modro v latinščini zveni kot "cezij".

Kje lahko najdem tebe?

Kot je bilo razkrito med dolgimi testi, je cezij razpršeni element, ki je v naravi izjemno redek. Tako so znanstveniki s primerjalno analizo vsebine v skorji planeta rubidij in cezij ugotovili, da je drugi manj kot sto krat. Približna ocena koncentracije je pokazala indeks 7 * 10 (-4)%. Nobena druga manj občutljiva metoda kot spektroskopija preprosto ne bi omogočala, da bi odkrili tako redko povezavo. To pojasnjuje dejstvo, da prejšnji znanstveniki sploh niso bili prepričani o obstoju cezija.

Zdaj je bilo mogoče ugotoviti, kaj je pogostejše pri ceziju v kamninah, pridobljenih v gorah. Njegova koncentracija v tem materialu ne presega tisočine odstotkov. Značilno majhne količine so bile zabeležene v vodah morij. Do desetin odstotka koncentracije v litijih, kalijevih mineralnih spojinah. Najpogosteje jo lahko identificiramo v lepidolitu.

Tako podoben, vendar popolnoma drugačen

Pri primerjavi značilnosti cezija in rubidija ter drugih izjemno redkih elementov je bilo mogoče razkriti, da je cezij značilno oblikovanje edinstvenih mineralov, ki jih druge spojine niso sposobne. Tako dobimo pollucit, rhodocit, avogadrit.

Roditsite, kot so ugotovili znanstveniki, je izredno redek. Podobno je zelo težko najti avogadrit. Pollucit je nekoliko bolj pogost, v nekaterih primerih so našli majhne depozite. Imajo zelo nizko moč, vendar vsebujejo cezij v količini 20-35 odstotkov celotne mase. Najpomembnejše, z vidika javnosti, so bili poluluti v ameriškem črevesju in na ozemlju Rusije. Prav tako obstajajo švedski dogodki, Kazahstan. Znano je, da se pollucit nahaja na jugozahodu afriške celine.

Delo se nadaljuje

Ni skrivnost, da sta odprtje predmeta in njena čista oblika dve popolnoma drugačni nalogi, čeprav sta povezana drug z drugim. Ko je postalo jasno, da je cezij zelo redek, so znanstveniki začeli razvijati metode za sintetiziranje kovine v laboratorijskih pogojih. Sprva se je zdelo, da je bila to povsem nemogoča naloga, če bi uporabljali razpoložljiva sredstva in tehnike v teh časih. Bunsen že vrsto let in ni bil sposoben izolirati kovinskega cezija v svoji čisti obliki. Le dve desetletji kasneje so lahko napredni kemiki končno rešili ta problem.

Preboja se je zgodila leta 1882, ko je Sternberg iz Švedske elektrolizo mešanice izvedla v štiri dele, ki so jo sestavljali cezijev cianidi, na katere je bil del mešanice barija. Zadnja komponenta je bila uporabljena za zmanjšanje tališča. Cianidi, kot so že vedeli znanstveniki, so bili zelo nevarni sestavini. Istočasno je nastala kontaminacija na račun barija, zaradi česar ni bilo mogoče doseči bolj ali manj zadovoljive količine cezija. Jasno je bilo, da je metodologija zahtevala znatne izboljšave. Dober predlog na tem področju je bil predlagan za razpravo znanstvene skupnosti Beketov. Takrat je bila pozornost pritegnjena na cezijev hidroksid. Če obnovimo to spojino z uporabo kovinskega magnezija, dviganje toplote in uporabo vodikovega toka, lahko dosežemo nekoliko boljši rezultat od tistega, ki ga je dokazal švedski kemik. Vendar pa so resnični poskusi pokazali, da je donos polovica toliko, kot je izračunana v teoriji.

Kaj je naslednje?

Cezij je bil v središču pozornosti mednarodne kemijske znanstvene skupnosti. Še posebej je v svojih študijah posvetil veliko truda in časa francoskemu znanstveniku Akspilu. Leta 1911 je predlagal radikalno nov pristop k problemu izločanja čistega cezija. Potrebno je bilo reakcija v vakuumu, kot kovinski klorid smo vzeli kot izhodni material, za zmanjšanje pa smo uporabili metal kalcij.

Taka reakcija, kot kažejo poskusi, se zgodi skoraj do konca. Da bi dosegli zadosten učinek, je treba uporabiti posebno napravo. V laboratorijih običajno uporabljate ognjevarno steklo ali uporabite kremenove rezervoarje. Naprava mora imeti izrastek. V notranjosti se vzdržuje tlak reda 0,001 mm Hg. Art. Za uspešno reakcijo je potrebno zagotoviti segrevanje posode na 675 stopinj Celzija. Istočasno se sprošča cezij, ki skoraj skoraj izhlapi. Pari prehajajo v postopek, ki je namenjen temu. Toda kalijev klorid se v glavnem nahaja neposredno v reaktorju. V danih razmerah je nestabilnost te soli tako majhna, da jo je mogoče zanemariti, saj je za to spojino značilna temperatura tališča 773 stopinj (glede na isto Celzijsko lestvico). To pomeni, da se sediment lahko talini, če se posoda pregreje za sto stopinj glede na predvideno. Da bi dosegli najučinkovitejši rezultat, je treba izvajati postopek ponovnega destiliranja. Če želite to narediti, ustvarite vakuum. Izhod bo idealen kovinski cezij. Trenutno je opisana tehnika najbolj uporabljena in velja za optimalno za pripravo spojine.

Dejavnost in reakcije

V številnih študijah so znanstveniki lahko ugotovili, da je cezij značilna presenetljiva aktivnost, ki običajno ni značilna za kovine. Ob stiku z zrakom pride do vžiga, kar vodi do sproščanja superoxida. Pridobivanje oksida je lahko, če omejite dostop kisika do reagentov. Obstaja možnost oblikovanja suboksidov.

Če je cezij v stiku s fosforjem, žveplom, halogenom, to povzroči reakcijo, ki jo spremlja eksplozija. Tudi eksplozija spremlja reakcijo z vodo. Z uporabo kristalizatorja, stekla, se lahko soočiš z dejstvom, da se posoda dobesedno raztopi na kose. Prav tako je mogoče reagirati z ledom, če temperatura na stopnji Celzija ni nižja od 116 stopinj. Kot rezultat te reakcije nastaja vodik, hidroksid.

Hidroksid: Značilnosti

Pri preučevanju reakcijskih produktov, ki jih proizvaja cezij, so kemiki odkrili, da je nastali hidroksid zelo močna baza. V povezavi z njo je treba upoštevati, da lahko pri visoki koncentraciji zlahka uniči steklo tudi brez dodatnega ogrevanja. Ampak s povečano temperaturo, hidroksid zlahka topi nikelj, železo, kobalt. Učinek na cirkonijev dioksid, korund in platina bo podoben. Če kisik sodeluje pri reakciji, cezijev hidroksid zelo hitro uniči srebro, zlato. Če omejimo pretok kisika, proces poteka relativno počasi, vendar se še vedno ne ustavi. Odpornost na cezijev hidroksid ima rodij in več zlitin te spojine.

Uporabite pametno

Trenutno se zelo široko uporablja ne samo cezij, temveč tudi spojine, znane na osnovi te kovine. Brez njih je nemogoče predstavljati zasnovo radijskega inženiringa, ki so v elektroniki nenadomestljivi. Sestavine in variacije cezija se aktivno uporabljajo v kemiji, industriji, oftalmologiji in medicini. Cezij tudi ni zanemarjen v okviru razvoja tehnologij, ki se uporabljajo v vesolju, pa tudi jedrske energije.

Zdaj je pogosto uporabiti cezij pri oblikovanju fotocelic. Bromid, jodid te kovine je potreben za izdelavo infrardečih sistemov vida. Izdelani monokristali se lahko uporabljajo kot elementi detektorjev, ki omogočajo pritrditev ionizirajočega sevanja. Nekatere spojine na osnovi cezija se aktivno uporabljajo kot katalizatorji v procesih industrije. To je potrebno pri ustvarjanju amoniaka etilenoksid in proizvodnja butadiena.

Sevanje in cezij

Največjo pozornost znanstvenikov privlači izotop cezij 137. Spada v kategorijo beta-oddajnikov. Trenutno je ta element nepogrešljiv v procesu sterilizacije živil, zdravilnih spojin. Zanj se sprejema uporaba pri zdravljenju malignih novotvorb. Sodobni pristopi so omogočili uporabo elementa pri odkrivanju napak pri gama-žarkih. Na podlagi tega se izdelajo nivojski senzorji in tekoči viri. 137. izotop v okolju v zelo velikem obsegu je padel po nesreči v Černobilu. To je eden od najpomembnejših dejavnikov onesnaženja po tej katastrofi.

Vendar 137. ni edini radioaktivni izotop cezija, ki je našel uporabo v sodobni industriji. Tako se atomska ura ustvari na izotopu cezija 133. Trenutno je najbolj natančen instrument, ki omogoča nadzor nad potekom časa. Še ena točka, kot so ugotovili znanstveniki v času natančnih raziskav, so obdobja senzorjev 9192631770. To omogoča uporabo atoma izotopa cezija 133 kot standard za določanje frekvence in časa.