Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение цезий среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 265 pm — это 0,265 нм, поэтому около 1,89 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Цезий находится в жидком состоянии в диапазоне 642 K — от 302 K до 944 K.
История
Самый реакционноспособный металл, самый мягкий и атом, который определяет секунду.
В 1860 году немецкие химики Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф сделали открытие, которое должно было революционизировать химию и астрономию. Используя недавно изобретённый ими спектроскоп, они анализировали минеральную воду из знаменитого курорта Дюркгейм, когда заметили таинственные синие спектральные линии, не соответствовавшие ни одному известному элементу.
Яркие синие спектральные линии были настолько характерными и красивыми, что Бунзен и Кирхгоф сразу поняли: они нашли новый элемент. Они назвали его «цезий» от латинского «caesius», означающего «небесно-голубой», по цвету характерного спектрального излучения.
Увидеть спектральный признак цезия было одним делом, а выделить сам металл — совершенно другим. Потребовалось три года кропотливой работы по переработке более 40 тонн остатков минеральной воды, чтобы получить всего 7 граммов хлорида цезия — едва достаточно, чтобы наполнить маленькую ложку.
В 1881 году немецкий химик Карл Сеттерберг наконец выделил металлический цезий электролизом расплавленного цианида цезия. Результат был впечатляющим: серебристый металл оказался настолько реакционноспособным, что самопроизвольно воспламенялся на воздухе и бурно взрывался в воде, закрепив за цезием репутацию одного из наиболее реакционноспособных элементов.
Десятилетиями цезий оставался лабораторной диковинкой, пока в 1950-х годах учёные не обнаружили его замечательные атомные свойства. Создание цезиевых атомных часов в 1955 году Луисом Эссеном и Джеком Парри в Национальной физической лаборатории Великобритании превратило цезий из редкой диковинки в основу современного точного измерения времени.
Сегодня история открытия цезия продолжает развиваться. От определения секунды в 1967 году до обеспечения работы GPS-технологий и исследований квантовых вычислений этот «небесно-голубой» элемент, обнаруженный в курортной воде, стал необходимым для самых передовых технологий современной цивилизации.
Применение
Цезий революционизировал современные технологии благодаря своей роли в атомных часах, которые настолько точны, что за 300 миллионов лет отстанут менее чем на одну секунду. Сверхтонкий переход атома цезия-133 определяет современную секунду (9,192,631,770 колебаний), делая цезий основой глобальных систем позиционирования (GPS), синхронизации интернета и временных меток финансовых операций.
Спутники GPS полностью полагаются на точность цезиевых атомных часов. Без точности цезия GPS смещался бы на несколько миль ежедневно. Миссии в дальний космос используют цезиевые часы для навигации на расстояниях в миллиарды миль, а радиоастрономия зависит от синхронизированных с цезием массивов телескопов для наблюдения далёких галактик.
Фотоэлектрические свойства цезия делают его незаменимым в фотоумножителях, приборах ночного видения и усилителях изображения. Пары цезия в магнитометрах обнаруживают изменения магнитного поля всего на 0.01 нанотесла, что крайне важно для геологических исследований, археологических открытий и обнаружения подводных лодок.
Цезий-137 (радиоактивный изотоп) применяется для лечения рака с помощью направленной лучевой терапии, стерилизации медицинского оборудования и сохранения продуктов питания. Исследовательские учреждения используют цезий в ускорителях частиц и в качестве калибровочных эталонов для гамма-спектроскопии.
Системы ионной тяги на цезии приводят космические аппараты в движение годами, используя лишь небольшие количества цезия. Соединения цезия катализируют органические химические реакции, а низкая работа выхода цезия делает его ценным в термоэлектронных преобразователях, которые напрямую преобразуют тепло в электричество.
Каждый раз, когда вы используете GPS-навигацию в автомобиле или смартфоне, вы полагаетесь на цезиевые атомные часы. Эти сверхточные часы на спутниках обеспечивают определение вашего местоположения с точностью до нескольких метров.
Сотовые вышки и интернет-инфраструктура используют цезиевые часы для синхронизации передачи данных. Высокочастотная торговля на фондовых биржах зависит от наносекундной точности цезия при регистрации сделок на миллиарды долларов.
Медицинские приборы и материалы стерилизуют с помощью излучения цезия-137, обеспечивая их безопасность для операций и медицинских процедур. Многие одноразовые медицинские изделия, с которыми вы сталкиваетесь в больницах, были стерилизованы цезием.
Некоторые импортные продукты сохраняют с помощью цезиевого излучения, чтобы уничтожить бактерии и продлить срок хранения без химикатов. Этот процесс сохраняет питательную ценность и обеспечивает безопасность продуктов при перевозке на большие расстояния.
Камеры безопасности, военное оборудование и астрономические приборы используют усиленные цезием фотокатоды для усиления мельчайших количеств света, обеспечивая чёткое видение почти в полной темноте.
Университетские физические лаборатории используют цезиевые эталоны для калибровки чувствительных приборов, а геологические исследования применяют цезиевые магнитометры для картирования подземных месторождений полезных ископаемых и запасов нефти.
Откуда он происходит
3 мг/кг земной коры · более распространён, чем 62% элементов
Цезий — один из редчайших стабильных элементов Земли; его распространённость в земной коре составляет всего 3 части на миллион. Эта редкость делает цезий более ценным, чем многие драгоценные камни, однако его уникальные свойства делают его незаменимым в современных технологиях.
Главная цезиевая руда — поллуцит (CsAlSi₂O₆), который в основном добывают на удалённом руднике Танко в Манитобе, Канада; этот рудник обеспечивает около 80% мировых запасов цезия. Меньшие месторождения существуют на руднике Бикита в Зимбабве и в отдельных районах Бразилии, Китая и Намибии.
Цезий концентрируется в гранитных пегматитах — конечных продуктах кристаллизации остывающей магмы. По мере остывания гранита в течение миллионов лет цезий концентрируется в последних жидких частях, постепенно образуя богатые цезием минералы в этих геологических сокровищницах.
Небольшие количества цезия встречаются в минеральных источниках и соляных месторождениях по всему миру. В знаменитых европейских курортах содержатся следовые количества цезия, а некоторые глинистые отложения концентрируют цезий посредством процессов ионного обмена в течение геологического времени.
Цезий образуется в взрывах сверхновых посредством s-процесса (медленного захвата нейтронов), что делает его космической редкостью. Спектроскопия звёзд обнаруживает цезий в атмосферах некоторых эволюционировавших звёзд, помогая астрономам понять звёздный нуклеосинтез.
Ежегодное мировое производство цезия составляет всего около 20 тонн — меньше веса трёх слонов. Эта чрезвычайная редкость в сочетании с растущим спросом на атомные часы и электронику делает цезий одним из наиболее стратегически важных элементов.
Обращение
ОПАСНО: металлический цезий — один из наиболее реакционноспособных элементов на Земле. Он самопроизвольно воспламеняется на воздухе и бурно взрывается в воде, образуя газообразный водород и едкий гидроксид цезия. Никогда не работайте с металлическим цезием без специальной подготовки и надлежащего оборудования.
Цезий-137 обладает высокой радиоактивностью и имеет 30-летний период полураспада. Воздействие вызывает радиационное отравление, рак и генетические повреждения. Авария в Гоянии в Бразилии в 1987 году, когда сборщики металлолома нашли бесхозный цезий-137, привела к 4 смертям и широкому радиоактивному загрязнению, продемонстрировав чрезвычайную опасность.
Работайте с соединениями цезия в перчаточных боксах с инертной атмосферой, используя газ аргон. Носите полный комплект средств защиты, включая защитные щитки для лица, химически стойкие костюмы и автономные дыхательные аппараты. Держите поблизости огнетушители, предназначенные для тушения металлических пожаров.
НИКОГДА не используйте воду при пожарах цезия — это вызывает взрывоопасные реакции. Используйте сухой песок, газ аргон или специальные огнетушители для тушения металлических пожаров. Немедленно эвакуируйте территорию и свяжитесь со специалистами по опасным материалам при инцидентах с цезием-137.
Соединения цезия могут замещать калий в биологических системах, нарушая работу клеток. Симптомы включают мышечную слабость, нарушения сердечного ритма и паралич. Загрязнение цезием-137 требует немедленной медицинской помощи и специализированного лечения.
Отходы цезия требуют утилизации на специализированном ядерном объекте из-за его чрезвычайной реакционной способности и потенциальной радиоактивности. Никогда не выбрасывайте материалы, содержащие цезий, с обычными отходами — обратитесь в органы ядерного регулирования для получения инструкций по надлежащему обращению.
Краткие ответы
Цезий (символ Cs) — элемент 55 в периодической таблице, представитель семейства щелочной металл в 6 периоде, 1 группе. Самый реакционноспособный металл, самый мягкий и атом, который определяет секунду. При комнатной температуре это твёрдое вещество.
[Xe] 6s¹; она включает 6 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 18, 8, 1.Цезий плавится при 301.6 K (28.4 °C) и кипит при 944 K (670.9 °C). Он расплавится в тёплой комнате или на ладони.
Стандартная атомная масса Цезий составляет 132.905 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Плотность Цезий составляет 1.93 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Цезий примерно в 1.9× тяжелее.
Электроотрицательность Цезий по шкале Полинга составляет 0.79. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Такое низкое значение означает, что он легко отдаёт свои внешние электроны, образуя положительные ионы.
Цезий был открыт в 1860 году Bunsen & Kirchhoff. Назван в честь латинское caesius, «небесно-голубой».
На долю Цезий приходится около 3 мг/кг земной коры — он встречается нечасто, но не является редким.