55 Cs Цезий 132.905
щелочной металл s-block Period 6 Group 1

Цезий

Cs · Element 55 · Alkali metals

The most reactive metal, the softest, and the atom that defines the second.

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C твёрдое
АТОМНАЯ МАССА 132.905 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 6s¹
54Xe All 118 56Ba

Строение

Атом цезий

Это не схема 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 связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место цезий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 1.93 g/cm³ 17%
Температура Плавления 301.6 K 15%
Температура Кипения 944 K 21%
Удельная теплоёмкость 0.242 J/g·K
Теплопроводность 35.9 W/m·K 58%

Атомные

Атомный Радиус 265 pm 100%
Ковалентный радиус 244 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 343 pm

Электронные

Электроотрицательность 0.79 1%
Энергия ионизации 375.3 kJ/mol 0%
Сродство к Электрону 45.3 kJ/mol 37%

Распространённость

Распространённость в земной коре 3 mg/kg 62%

Идентификационные

СимволCs
Атомный номер55
Атомная масса132.9055 u
Категориящелочной металл
Блокs
Кристаллическая структураобъёмноцентрированная кубическая
Степени окисления-1, +1
Открытие1860
ПервооткрывательBunsen & Kirchhoff

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a цезий atom?

Radius 265 pm — that is 0.265 nm, so about 1887 million of them side by side would span a millimetre.

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

Цезий is liquid over a 642 K window, from 302 K to 944 K.

Положение

Положение в таблице

Цезий sits in period 6, group 1. Everything in group 1 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ

3Li 11Na 19K 37Rb 87Fr
All щелочные металлы

История

Что такое цезий и как его обнаружили

The most reactive metal, the softest, and the atom that defines the second.

The discovery of цезий

Спектроскопическая революция 1860 года

В 1860 году немецкие химики Robert Bunsen и Gustav Kirchhoff сделали открытие, которое должно было произвести революцию в химии и астрономии. Используя недавно изобретённый спектроскоп, они анализировали минеральную воду из знаменитого курорта Dürkheim, когда заметили таинственные синие спектральные линии, не соответствовавшие ни одному известному элементу.

Открытие «небесно-голубого» элемента

Яркие синие спектральные линии были настолько характерными и красивыми, что Bunsen и Kirchhoff сразу поняли: они обнаружили новый элемент. Они назвали его «caesium» от латинского «caesius», означающего «небесно-голубой», по цвету его характерного спектрального излучения.

Трудности выделения

Увидеть спектральный след цезия было лишь одной задачей; выделить сам металл оказалось совершенно другим испытанием. Потребовалось три года кропотливой работы по переработке более 40 тонн остатка минеральной воды, чтобы получить всего 7 граммов хлорида цезия — едва ли достаточно, чтобы наполнить маленькую ложку.

Первое выделение металла

В 1881 году немецкий химик Carl Setterberg наконец выделил металлический цезий электролизом расплавленного цианида цезия. Результат был впечатляющим: серебристый металл оказался настолько реакционноспособным, что самопроизвольно воспламенялся на воздухе и взрывался при контакте с водой, за что цезий получил репутацию одного из самых реакционноспособных элементов.

Революционное применение

В течение десятилетий цезий оставался лабораторной диковинкой, пока в 1950-х годах учёные не обнаружили его замечательные атомные свойства. Создание атомных часов на цезии в 1955 году Louis Essen и Jack Parry в Национальной физической лаборатории Великобритании превратило цезий из редкой диковинки в основу современного точного измерения времени.

Современное значение

Сегодня история открытия цезия продолжает развиваться. От определения секунды в 1967 году до обеспечения работы технологии GPS и исследований в области квантовых вычислений этот «небесно-голубой» элемент, обнаруженный в курортной воде, стал необходимым для самых передовых технологий современной цивилизации.

Применение

Для чего используется цезий

Революция в точном измерении времени

Цезий изменил современные технологии благодаря своей роли в атомных часах, которые настолько точны, что отстанут менее чем на одну секунду за 300 миллионов лет. 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.

Космос и навигация

Спутники GPS полностью полагаются на атомные часы на цезии для обеспечения точности. 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 антенных решёток телескопов для наблюдения далёких галактик.

Современная электроника

Фотоэлектрические свойства цезия делают его незаменимым в фотоумножителях, приборах ночного видения и электронно-оптических преобразователях. Пары цезия в магнитометрах обнаруживают изменения магнитного поля всего от 0,01 нанотесла, что крайне важно для геологических исследований, археологических открытий и обнаружения подводных лодок.

Медицинское применение и исследования

Цезий-137 (радиоактивный изотоп) используется для лечения рака с помощью целевой лучевой терапии, стерилизации медицинского оборудования и сохранения продуктов. Исследовательские центры используют цезий в ускорителях частиц и в качестве калибровочных стандартов для гамма-спектроскопии.

Специализированное промышленное применение

Системы ионной тяги на цезии приводят космические аппараты в движение в течение многих лет, используя крошечные 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.

Повседневные технологии

Каждый раз, когда вы используете GPS-навигацию в автомобиле или смартфоне, вы полагаетесь на атомные часы на цезии. Эти сверхточные часы на спутниках обеспечивают точность определения местоположения до нескольких метров.

Интернет и связь

Сотовые вышки и интернет-инфраструктура используют цезиевые часы для синхронизации передачи данных. Высокочастотная торговля на фондовых биржах зависит от наносекундной точности цезия при регистрации операций стоимостью в миллиарды долларов.

Медицинская стерилизация

Медицинские устройства и принадлежности 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.

Сохранение продуктов

Некоторые импортные продукты сохраняют с помощью цезиевого излучения, чтобы уничтожить бактерии и продлить срок хранения без применения химикатов. Этот процесс сохраняет пищевую ценность и обеспечивает безопасность продуктов при дальней перевозке.

Технологии ночного видения

Камеры наблюдения, военная техника и астрономические приборы используют фотоэлектронные катоды с добавлением цезия для усиления чрезвычайно слабого света, обеспечивая чёткое изображение почти в полной темноте.

Научные исследования

Университетские физические лаборатории используют цезиевые стандарты для калибровки чувствительных приборов, а геологические исследования применяют цезиевые магнитометры для картирования подземных месторождений полезных ископаемых и запасов нефти.

Откуда он берётся

Встречаемость в природе

3 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 62% of elements

Редкое сокровище Земли

Цезий — один из самых редких стабильных элементов на Земле: 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.

Основные источники минералов

Основная цезиевая руда — поллуцит (CsAlSi₂O₆), который в основном добывают на удалённом руднике Tanco в Манитобе, Канада; этот рудник поставляет около 80% мирового цезия. Меньшие месторождения существуют на руднике Bikita в Зимбабве и в отдельных районах Бразилии, Китая и Намибии.

Пегматитовые образования

Цезий концентрируется в гранитных пегматитах — конечных продуктах кристаллизации остывающей магмы. По мере охлаждения гранита в течение миллионов лет цезий концентрируется в последних жидких частях, в конечном итоге образуя богатые цезием минералы в этих геологических сокровищницах.

Следовые количества

Небольшие количества цезия встречаются в минеральных источниках и соляных месторождениях по всему миру. В знаменитых европейских курортах присутствуют следовые количества цезия, а некоторые глинистые отложения концентрируют цезий посредством процессов ионного обмена, происходящих на протяжении геологического времени.

Космическое происхождение

Цезий образуется в взрывах сверхновых посредством s-процесса (медленного захвата нейтронов), что делает его космической редкостью. Звёздная спектроскопия обнаруживает цезий в атмосферах некоторых эволюционировавших звёзд, помогая астрономам понять звёздный нуклеосинтез.

Трудности производства

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

Безопасность

Опасность чрезвычайной реакционной способности

ОПАСНОСТЬ: металлический цезий — один из самых реакционноспособных элементов на Земле. Он самопроизвольно воспламеняется на воздухе и взрывается при контакте с водой, образуя водородный газ и едкий гидроксид цезия. Никогда не работайте с металлическим цезием без специальной подготовки и надлежащего оборудования.

Опасность радиоактивных изотопов

Цезий-137 высокорадиоактивен; его период полураспада составляет 30 лет. Воздействие вызывает лучевое отравление, рак и генетические повреждения. Авария в Гоянии в Бразилии в 1987 году, когда сборщики металлолома нашли заброшенный цезий-137, привела к 4 смертям и масштабному загрязнению, подчеркнув чрезвычайную опасность этого вещества.

Протоколы лабораторной безопасности

Работайте с соединениями цезия в перчаточных боксах с инертной атмосферой, заполненных аргоном. Используйте полный комплект средств защиты, включая лицевые щитки, химически стойкие костюмы и автономные дыхательные аппараты. Держите поблизости огнетушители, предназначенные для тушения пожаров металлов.

Действия в чрезвычайной ситуации

НИКОГДА не используйте воду при пожарах цезия — это вызывает взрывоопасные реакции. Используйте сухой песок, аргон или специальные огнетушители для пожаров металлов. Немедленно эвакуируйте территорию и свяжитесь со специалистами по опасным материалам при инцидентах с цезием-137.

Воздействие на здоровье

Соединения цезия могут замещать калий в биологических системах, нарушая работу клеток. Симптомы включают мышечную слабость, нарушения сердечного ритма и паралич. При загрязнении цезием-137 требуется немедленная медицинская помощь и специализированное лечение.

Требования к утилизации

Отходы цезия требуют утилизации на специализированном ядерном объекте из-за его чрезвычайной реакционной способности и потенциальной радиоактивности. Никогда не выбрасывайте материалы с цезием в обычные отходы — обращайтесь в органы ядерного регулирования для получения инструкций по правильному обращению.

Краткие ответы

Цезий: часто задаваемые вопросы

What is Цезий?

Цезий (symbol Cs) is element 55 on the periodic table, a щелочной металл in period 6, group 1. The most reactive metal, the softest, and the atom that defines the second. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of Цезий?

Цезий's ground-state electron configuration is [Xe] 6s¹, giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 18, 8, 1 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of Цезий?

Цезий melts at 301.6 K (28.4 °C) and boils at 944 K (670.9 °C). It will melt in a warm room or in the palm of your hand.

What is the atomic mass of Цезий?

The standard atomic weight of Цезий is 132.905 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is Цезий?

Цезий has a density of 1.93 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of цезий is about 1.9× heavier.

What is the electronegativity of Цезий?

Цезий has a Pauling electronegativity of 0.79. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.

Who discovered Цезий, and when?

Цезий was discovered in 1860 by Bunsen & Kirchhoff. It is named after latin caesius, "sky blue".

How common is Цезий on Earth?

Цезий makes up about 3 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.

← Предыдущий Xe Xenon Element 54 · Noble gas Далее → Ba Barium Element 56 · Alkaline earth metal