Цезий

Открыт в 1860 г. Р. В. Бунзеном и Г. Р. Кирхгофом методом спектрального анализа; назван по цвету характерных линий в спектре (от лат. caesius – небесно-голубой). Металлический цезий впервые получен шведским химиком К. Сеттербергом в 1882 г. при электролизе расплавленной смеси CsCN и Ba.

Содержание цезия в земной коре 3,7·10^–4 % по массе, в морской воде 3,0·10^–8 %. Известно 2 минерала цезия – поллуцит (до 26–32 % Cs₂ O) и крайне редкий авогадрит (K,Cs)[BF₄ ]. Цезий может изоморфно замещать K и Rb в полевых шпатах и слюдах. Примесь Cs встречается в берилле, карналлите, вулканическом стекле. В геохимическом отношении Cs близок к Rb и K, отчасти к Ba.

Конфигурация внешней электронной оболочки атома цезия 6s¹ ; в соединениях проявляет степень окисления +1; энергия ионизации Cs⁰ →Cs⁺ 375,7 кДж/моль; сродство к электрону 45,5 кДж/моль, электроотрицательность по Полингу 0,79; атомный радиус 265 пм, ионный радиус 167 пм (координационное число 6).

В свободном состоянии цезий – мягкий, легкоплавкий блестящий, золотистого цвета металл (кристаллическая решётка кубическая объёмноцентрированная), при комнатной температуре имеет почти пастообразную консистенцию; t_пл 28,4 °C, t_кип 678 °C; плотность 1873 кг/м³ (твёрдый, при 20 °C), 1843 кг/м³ (жидкий, при t_пл ). Атомы цезия под воздействием света испускают электроны (фотоэффект).

Цезий обладает высокой реакционной способностью. Стандартный электродный потенциал –2,923 В. На воздухе мгновенно окисляется с воспламенением, образуя пероксид Cs₂ O₂ и надпероксид CsO₂ ; при недостатке воздуха получается оксид Cs₂ O; известен также озонид CsO₃ . С водой, галогенами, CO₂ , S, CCl₄ реагирует со взрывом, давая соответственно гидроксид CsOH, галогениды, оксиды, сульфиды, CsCl. С водородом образует гидрид при 200–350 °C и давлении 5–10 МПа. Выше 300 °C разрушает стекло, кварц и другие материалы, вызывает коррозию металлов. При нагревании реагирует с фосфором (Cs₂ P₅ ), кремнием (CsSi), углеродом (C₈ Cs и C₂₄ Cs). При взаимодействии со щелочными и щёлочноземельными металлами, а также с Hg, Au, Bi и Sb образуются сплавы цезия; с ацетиленом – ацетиленид Cs₂ C₂ . Большинство простых солей цезия хорошо растворимы в воде; малорастворимы CsMnO₄ , CsClO₄ и Cs₂ Cr₂ O₇ . Цезий не принадлежит к числу комплексообразующих элементов, но он входит в состав многих комплексных соединений в качестве катиона внешней сферы.

Производят непосредственно из поллуцита методом вакуумтермического восстановления (Ca, Mg, Al и другими металлами). Соединения цезия также получают путём переработки поллуцита. Руду, обогащённую флотацией, ручной рудоразборкой и т. п., разлагают кислотами (H₂ SO₄ , HNO₃ и др.) или оксидно-солевыми смесями (например, CaO и CaCl₂ ; спекание). Из продуктов разложения поллуцита цезий осаждают в виде малорастворимых соединений. Затем осадки переводят в растворимые соли, после чего получают особо чистые соединения (путём кристаллизации из растворов при сорбции примесей на окисленных активированных углях). Глубокую очистку металлического цезия ведут методом ректификации. Объём производства цезия в мире около 20 т/год (2017).

Хранят цезий в ампулах из стекла пирекс в атмосфере аргона или в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного вазелинового или парафинового масла.

Цезий используют для изготовления фотокатодов, электровакуумных фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей и др. Изотопы применяют в квантовых стандартах частоты (¹³³ Cs), в радиологии (¹³⁷ Cs). Резонансная частота энергетического перехода между подуровнями основного состояния ¹³³ Cs положена в основу современного определения секунды (см. Цезиевый эталон частоты).