Карта сайта

Свойства вещества:

цезий

Синонимы и иностранные названия:

Тип вещества:

Внешний вид:

Кристаллические модификации, структура молекулы, цвет растворов и паров:

Пары цезия окрашены в зеленовато-синий цвет.

Из-за воспламенения на воздухе цезий хранят в ампулах в инертной атмосфере (на фото).

Брутто-формула (по системе Хилла для органических веществ):

Формула в виде текста:

Молекулярная масса (в а.е.м.): 132,91

Температура плавления (в °C):

Температура кипения (в °C):

Температуры плавления под давлением (в °C):

Температурные константы смесей (содержание в весовых процентах):

Растворимость (в г/100 г растворителя или характеристика):

Плотность:

Некоторые числовые свойства вещества:

Метод получения 1:

В 1 л четырехгорлой колбе кипятят смесь 5,4 г (220 ммоля) магниевых стружек, 32,5 г гидроксида цезия (217 ммоля) и 300 мл ундекана при температуре 196 С. При температуре 100-130 С начинается бурное выделение водорода. Выделение водорода сильно уменьшается через 1 час.

В кипящий раствор (около 200 С) медленно, по каплям, в течение 25 минут, добавляют раствор примерно 1,6 г (22 ммоль) трет-бутанола растворенного в ундекане. При постоянном перемешивании выделение водорода и формированием металлического цезия заканчивается примерно через 13 часов.

При перемешивании охлаждают смесь ниже температуры плавления цезия под аргоном. После охлаждения смесь с магнием и цезием фильтруют через сито. Остаток расплавляют и расплавленный цезий фильтруют.

Выход 11,2 г (39% от теретического).

Метод получения 2:

Для получения чистого цезия смешивают хромат цезия с порошком металлического циркония (в массовом отношении 1:4). Смесь спрессовывают в виде палочек и нагревают в условиях высокого вакуума в кварцевой трубке (или другом подходящем приборе).

Реакция начинается спокойно при 725°С (700—800°С); далее температура повышается до 1000 С. Получающийся щелочной металл осаждается на холодных частях трубочки, образуя красивый зеркальный налет. Выход цезия 90-96%.

Метод получения 3:

Синтез под вакуумом. Если располагают установкой, не позволяющей работать при таких высоких температурах, которые требуются при восстановлении хроматов щелочных металлов, тогда в качестве исходных соединений используют дихроматы.

Готовят смесь дихромата цезия и металлического циркония в отношении 1 : 20. Восстановление начинается уже при ~380°С (370—380°С) и протекает спокойно. Получают цезий, не содержащие оксидов.

Метод получения 4:

Очень чистые щелочные металлы без примеси газов можно получить путем тщательно проведенного в высоком вакууме разложения азидов. Установка, в которой проводят разложение азидов, должна быть изготовленной из аппаратного (G20) или дюранового стекла, чтобы не происходило разъедания частей установки под действием образующихся щелочных металлов.

Для получения «физически чистого» щелочного металла все части установки спаивают; краны высоковакуумной части установки не следует смазывать. В других случаях, когда требования к чистоте получаемого металла не столь высоки, можно использовать в установке шлифовые соединения и краны; однако надо исключить контакт жидкого или газообразного щелочного металла со шлифами и с кранами.

Исходный азид цезия прежде всего надо растереть в агатовой ступке в тонкий порошок, который затем помещают в реторту (примерно 6—7 г азида цезия). Азид цезия не помещают непосредственно в реторту, а насыпают в запаянную с одного конца кварцевую трубку, которую и вдвигают в реторту. Затем реторту припаивают к другим частям установки; для обезгаживания установку откачивают с помощью форвакуумного насоса (например, стеклянного ртутного пароструйного насоса) при одновременном нагревании. Охлаждаемые ловушки до конца работы должны быть опущены в жидкий воздух. Реторту задвигают в электрическую печь и, непрерывно поддерживая в установке вакуум, выдерживают в течение 12 ч при 200°С. Присоединенная к установке разрядная трубка должна регистрировать хороший вакуум (отсутствие свечения). Затем печь нагревают до более высокой температуры, ртутный клапан закрывают, чтобы выделяющийся при разложении азида азот не захватил азид и не загрязнил им конденсирующийся в приемнике щелочной металл.

Азид плавится и разлагается соответственно при 326?С и 390?С. После начала разложения температуру регулируют таким образом, чтобы давление в установке не превышало 0,1 мм рт. ст. В случае внезапного повышения давления следует открыть кран на буферную емкость (~8-литровая колба), которая еще до начала разложения должна быть хорошо откачана (форвакуумный насос). По этой же причине следует обращать особое внимание на то, чтобы все трубки имели внутренний диаметр 12—16 мм. По достижении температуры разложения, само разложение может не начаться тотчас, а только через 3—4 ч. Поэтому нельзя допускать перегревания азида, так как это может повлечь за собой взрывоподобное разложение и вследствие этого — разрушение всей установки.

Конец разложения детектируется с помощью разрядной трубки (свободный газовый разряд отсутствует). При продолжающемся откачивании установки давление азота в ней уменьшается и щелочной металл перегоняется из реторты в приемник. Затем реторту и трубку, соединяющую приемник с форвакуумным насосом, отпаивают. Приводят в действие высоковакуумный насос (например, стеклянный ртутный диффузионный насос) и открывают ртутный клапан. Благодаря тому что высоковакуумный насос подключают к установке, предварительно откачанной форвакуумным насосом, а также используют хорошо вакуумированную буферную емкость, удается достичь остаточного давления менее 0,000 000 1 мм.рт.ст. При этом щелочной металл уже при слабом подогревании электрической печью перегоняется из приемника в приемник. Металл в приемнике расплавляют так, чтобы он стекал в ампулу, которую запаивают.

В наиболее благоприятных случаях получение щелочного металла по описанной методике продолжается 3—4 сут, в неблагоприятных (если давление в установке во время разложения азида не поднимается выше 0,1 мм.рт. ст.) — 6—8 сут. В последнем случае, однако, полученный щелочной металл совершенно не содержит газов и при нагревании такого металла в высоком вакууме не наблюдается повышения давления.

Остаток имеет желтовато-серый цвет и состоит в основном из нитрида с примесью силиката и неразложившегося азида.

Выход цезия 90%.

Метод получения 5:

Кальций (опилки или гранулы в тигле, в котором далее будет происходить восстановление щелочного металла) предварительно нагревают в вакууме (пароструйный насос) при <720°С. При температуре ~400°С происходит бурное выделение газов, при более высокой температуре — отгонка примесей, прежде всего натрия и калия, очень мешающих на заключительной стадии синтеза.

Подготовленный таким образом кальций смешивают с тщательно высушенным при 200 °С хлоридом цезия. При соблюдении указанных размеров надо брать на примерно 10 г Са 35 г CsCl.

Тигель накрывают сверху комочком из спутанной очень тонкой стальной проволоки (стальной ваты), помещают в реакционный сосуд из термостойкого стекла, который опускают в электрическую (трубчатую) печь так, чтобы уровень погружения совпадал с краями тигля. Затем в установке создают высокий вакуум и нагревают в течение примерно 2 ч, доводя температуру в конце концов до 720 ?С. Стекло вокруг тигля размягчается и плотно прилегает к стенкам тигля. При этом стенки сосуда не будут трескаться, если между тиглем и ними оставлен небольшой зазор (самое большее 1 мм). Щелочной металл перегоняется в приемник с почти количественным выходом.

По окончании реакции (весь синтез длится примерно 4 ч) установку наполняют аргоном и отделяют приемник путем отпаивания в месте сужения. Для заключительной перегонки очищаемого щелочного металла при отпаивании ампулы стеклянный конец загибают в виде крючка. Лишь после всех этих операций печь отключают и охлаждают. (Внимание! Реакционный сосуд при охлаждении обычно трескается!).

Способы получения:

1. Термическим разложением смеси азидов цезия и бария при 250-350 С с последующей отгонкой образовавшегося цезия. [Лит.]
   
2. Реакцией фторида цезия с магнием при 580-600 С. [Лит.]
   
3. Восстановление хлорида цезия кальцием. [Лит.]
   
4. Восстановление карбоната цезия цирконием при 650 С. [Лит.]
   
5. Восстановление карбоната цезия магнием. [Лит.]
   
6. Восстановление гидроксида цезия железом в вакууме при 0,001 мм рт.ст. при постепенном нагревании до 700 С. (выход 50%) [Лит.]
   
7. Восстановление алюмината цезия алюминием в вакууме при 1100 С в течение 90 минут. (выход 95%) [Лит.]
   
8. Восстановление хлорида цезия мишметаллом в вакууме. [Лит.]
   
9. Восстановление хлорида цезия карбидом кальция в вакууме при 700-800 С. (выход 75%) [Лит.]
   
10. Термическое разложение азида цезия при 390 С в течение 3-4 дней. (выход 90%) [Лит.]
    
11. Восстановление поллуцита ферросилицием с добавлением извести при 1150-1200 С. [Лит.]
    
12. Восстановление поллуцита алюминием при 950 С в течение 4 часов. Чистота полученного цезия 91%. (выход 99%) [Лит.]
    

Реакции вещества:

1. С толуолом реагирует при плавлении с образованием бензилцезия и водорода. [Лит.]
   2Cs + 2C₆H₅CH₃ → 2C₆H₅CH₂Cs + H₂
   
2. Присоединяет этилен с образованием твердого коричневого продукта состава C2H4Cs2. [Лит.]
3. В тонком слое в вакууме реагирует с углекислым газом с образованием синего цезийкарбоксилата цезия CsCOOCs. [Лит.]
4. С графитом при нагревании образует слоистые соединения. [Лит.]
5. При сплавлении с германием образует ряд германидов. [Лит.]
6. При нагревании реагирует с кремнием с образованием силицида CsSi. [Лит.]
7. При сплавлении с кадмием дает интерметаллид CsCd₁₃. [Лит.]
8. Сплавляется с галлием, индием и таллием с образованием интерметаллических соединений. [Лит.]
9. Легко сплавляется с золотом с образованием аурида цезия CsAu. [Лит.]
10. При сплавлении с оловом и свинцом образует интерметаллиды. [Лит.]
11. При нагревании с водородом образует гидрид. [Лит.]
12. Бурно реагирует с ртутью с образованием интерметаллидов. [Лит.]
13. Мгновенно окисляется на воздухе с воспламенением и образованием перекиси и надперекиси цезия. [Лит.]
14. Со взрывом реагирует с серой. [Лит.]
15. Бурно реагирует со всеми кислотами. [Лит.]
16. Сильно корродирует многие металлы и материалы. [Лит.]
17. При нагревании реагирует с красным фосфором. [Лит.]
18. Выше 300 С разрушает стекло с образованием кремния. [Лит.]
19. Черезвычайно бурно реагирует с водой с образованием гидроксида цезия и выделением водорода, который воспламеняется; эта реакция идет даже при температуре ниже -100 С. [Лит.]
20. С галогенами, углекислым газом и тетрахлорметаном реагирует со взрывом. [Лит.]
21. Растворяется в жидком аммиаке с образованием синего раствора, который медленно обесцвечивается из-за образования амида цезия и выделения водорода. [Лит.]
22. Реагирует с бензолом при комнатной температуре, энергично - при плавлении, с образованием аморфного черного осадка фенилцезия. [Лит.]
23. Вытесняет губчатый цинк из диэтилцинка с образованием бесцветного CsZn(C2H5)3. При реакции цезий плавится. [Лит.]
24. Реагирует с ацетиленом в жидком аммиаке с образованием монозамещенного. [Лит.]
25. Гидроксид цезия получают реакцией амальгамы цезия с водой. [Лит.1]
    2Cs/Hg + 2H₂O → 2CsOH + H₂ + 2Hg
    
26. Оксид цезия получают реакцией расплавленного цезия с точно рассчитанным количеством кислорода при низком давлении и контролируемой подаче кислорода. [Лит.1, Лит.2]
    4Cs + O₂ → 2Cs₂O
    

Реакции, в которых вещество не участвует:

1. Не реагирует с азотом. [Лит.]
   

Периоды полураспада:

Давление паров (в мм рт.ст.):

Стандартный электродный потенциал:

Динамическая вязкость жидкостей и газов (в мПа·с):

Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К, кДж/моль):

Стандартная энергия Гиббса образования ΔG (298 К, кДж/моль):

Стандартная энтропия вещества S (298 К, Дж/(моль·K)):

Стандартная мольная теплоемкость C_p (298 К, Дж/(моль·K)):

Энтальпия плавления ΔH_пл (кДж/моль):

Энтальпия кипения ΔH_кип (кДж/моль):

Критическая температура (в °C):

Этимология названия:

От латинского caesius - голубой - по ярко-синим спектральным линиям.

Применение вещества:

• в производстве фотоэлементов [Лит.]
  
• геттер в вакуумных электронных приборах [Лит.]
  
• рабочее тело в магнитогидродинамических генераторах (в парах) [Лит.]
  
• теплоноситель (в ядерных реакторах) [Лит.]
  

Дополнительная информация:

Электронная конфигурация атома 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁶6s¹.

Эвтектическая смесь 4,16% натрия, 22,14% калия и 73,70% цезия не воспламеняется на воздухе до 700°C в отличие от входящих в ее состав металлов, а спокойно окисляется. Эвтектика имеет плотность 1,4421 г/см³ (при 0°C), температуру плавления -78°C, температуру кипения 721°C, теплопроводность 13,7 Вт/м·K (при 527°C), теплоемкость 29,70 Дж/(кг·K) (при 527°C).

Цезий прозрачен для ультрафиолетового излучения. Обладает свойством фотоэффекта даже под действием инфракрасного излучения.

Может использоватся в ионном двигателе. При этом ионизацией в плазме разделяются ионы цезия и электроны, после чего ускоряются и соединяются в сопле ракеты. При этом создается небольшая реактивная тяга, но с очень большой скоростью, вследствие чего можно достичь высокой скорости. Расчеты показывают, что расходующий 500 г цезия в час ионный двигатель способен обеспечить кораблю массой 1000 тонн ускорение 1 м/с² и конечную скорость до 150000 км/с.

Источники информации:

1. Journal of the American Chemical Society. - 1939. - Vol. 61, No. 3. - С. 709-715 (измерение стандартного электродного потенциала цезия) [DOI: 10.1021/ja01872a049]
   
2. Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. - Т.1. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. - С. 83
   
3. Гурвич Я.А. Справочник молодого аппаратчика-химика. - М.: Химия, 1991. - С. 52
   
4. Локшин Э.П., Воскобойников Н.Б. Рубидий и цезий. - Апатиты, 1996
   
5. Методы элементоорганической химии: Литий, натрий, калий, рубидий, цезий. - Кн.2. - М.: Наука, 1971. - С. 1141-1143
   
6. Некрасов Б.В. Основы общей химии. - Т.2. - М.: Химия, 1973. - С. 220-226
   
7. Неорганические синтезы. - Сб. 1. - М.: ИИЛ, 1951. - С. 10
   
8. Плющев В.Е., Степин Б.Д. Аналитическая химия рубидия и цезия. - М.: Наука, 1975. - С. 12-13
   
9. Плющев В.Е., Степин Б.Д. Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия. - М.: Химия, 1970. - С. 72-80
   
10. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. - Л.: Химия, 1977. - С. 111
    
11. Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология. - Кн. 1. - М.: Мисис, 1996. - С. 68-70
    
12. Свойства элементов. - под общей редакцией Дрица М.Е. - М.: Металлургия, 1985. - С. 54-60
    
13. Филянд М.А., Семенова Е.И. Свойства редких элементов. - 2-е изд. - М.: Металлургия, 1964. - С. 232-240
    
14. Химическая энциклопедия. - Т. 5. - М.: Советская энциклопедия, 1999. - С. 331-333
    
15. Энциклопедия для детей. - Т.17: Химия. - М.: Аванта+, 2004. - С. 184
    

• Отправить пожелания для базы данных (анонимно).