Цезій (лат. Caesium), Cs, хімічний елемент I групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 55, атомна маса 132, 9054; сріблисто-білий метал, відноситься до лужним металам . В природі зустрічається у вигляді стабільного ізотопу 133 Cs. З штучно отриманих радіоактивних ізотопів з масовими числами від 123 до 142 найбільш стійкий 137 Cs з періодом напіврозпаду T 1 /2 = 33 р.
Історична довідка. Ц. відкритий в 1860 Р. Ст Бунзеном і Г. Р. Кирхгофом у водах Дюркхеймського мінерального джерела (Німеччина) методом спектрального аналізу. Названий Ц. (від латів.(латинський) caesius — небесно-блакитний) по двох яскравих лініях в синьою частині спектру. Металевий Ц. вперше виділив шведський хімік К. Сеттерберг в 1882 при електролізі розплавленої суміші CSCN і Ba.
Поширення в природі. Ц. — типовий рідкий і розсіяний елемент (див. Розсіяні елементи, Рідкі метали ) . Середній вміст Ц. у земній корі (кларк) 3,7×10 -4 % по масі. У ультраосновних гірських породах міститься 1×10 -5 % Ц., у основних — 1×10 -4 %. Ц. геохімічно тісно пов'язаний з гранітною магмою, утворюючи концентрації в пегматітах разом з Li, Ве, Ta, Nb; особливо в пегматітах, багатих Na (альбітом) і Li (лепідолітом). Відоме 2 украй рідких мінералу Ц. — поллуцит і авогадріт (До, Cs) (BF) 4 ; найбільша концентрація Ц. у поллуците (26—32% Cs 2 O). Велика частина атомів Ц. ізоморфно заміщає До і Rb в польових шпатах і слюді. Домішка Ц. зустрічається в берилі, карналіті, вулканічному склі. Слабке збагачення Ц. встановлено в деяких термальних водах. В цілому Ц. — слабкий водний мігрант. Основне значення в історії Ц. мають процеси ізоморфізму і сорбції крупних катіонів Ц. У геохімічному відношенні Ц. близький до Rb і До, частково до Ba.
Фізичні і хімічні властивості. Ц. — дуже м'який метал; щільність 1,90 г/см 3 (20 °С); t пл 28,5 °С; t кіп 686 °С. При звичайній температурі кристалізується в кубічних об'емноцентрірованной гратах ( а = 6,045 ). Атомний радіус 2,60, іонний радіус Cs + 1,86 . Питома теплоємність 0,218 кдж/ ( кг × До ) [0,052 кал/ ( г × про З)]; питома теплота плавлення 15,742 кдж/кг (3,766 кал/г ) ; питома теплота випару 610,28 кдж/кг (146,0 кал/г ); температурний коефіцієнт лінійного розширення (0—26 °С) 9,7×10 -5 ; коефіцієнт теплопровідності (28,5°С) 18,42 вт/ ( м-код × До ) [0,44 кал/ ( см × сік × °С )]; питомий електроопір (20 °С) 0,2 мком × м-код; температурний коефіцієнт електроопоу (0—30 °С) 0,005. Ц. діамагнітен, питома магнітна сприйнятливість (18 °С) — 0,1×10 -6 . Динамічна в'язкість 0,6299 Мн × сек/м 2 (43,4°С), 0,4065 Мн × сек/м 2 (140,5 °С). Поверхневе натягнення (62 °С) 6,75×10 -2 н/м (67,5 дінів/см ) ; стисливість (20 °С) 7,05 Мн/м 2 (70,5 кгс/см 2 ) . Енергія іонізації 3,893 ев ; стандартний електродний потенціал — 2,923 в, робота виходу електронів 1,81 ев. Твердість по Брінеллю 0,15 Мн/м 2 (0,015 кгс/см 2 ) . Конфігурація зовнішніх електронів атома Ц. 6 s 1 ; у з'єднаннях має міру окислення + 1.
Ц. володіє дуже високою реакційною здатністю. На повітрі миттєво запалав з утворенням пероксиду Cs 2 O 2 і надпероксида Cso 2 ; при недоліку повітря виходить оксид Cs 2 O; відомий також озонід Cso 3 . З водою, галогенами, вуглекислим газом, сіркою, чотирихлористим вуглецем Ц. реагує з вибухом, даючи відповідно гідроксид CSOH, галогеніди, оксиди, сульфіди, CSCI. З воднем взаємодіє при 200—350 °С і тиску 5—10 Мн/м 2 (50—100 кгс/см 2 ) , утворюючи гідрид. Вище 300 °С Ц. руйнує скло, кварц і ін. матеріали, а також викликає корозію металів. Ц. при нагріванні з'єднується з фосфором (Cs 2 P 5 ), кремнієм (Cssi), графітом (C 8 Cs і C 24 Cs). При взаємодії Ц. з лужними і лужноземельними металами, а також з Hg, Au, Bi і Sb утворюються сплави; з ацетиленом — ацетиленід Cs 2 C 2 . Більшість простих солей Ц., особливо CSF, CSCI, Cs 2 Co 3 , Cs 2 So 4 , Csh 2 Po 4 , добре растворіми у воді; малорастворіми Csmno 4 , Csclo 4 і Cs 2 Cr 2 O 7 . Ц. не належить до комплексообразующих елементів, але він входить до складу багатьох комплексних з'єднань як катіон зовнішнього середовища.
Здобуття. Ц. отримують безпосередньо з поллуцита методом вакуумтермічеського відновлення. Як відновники використовують Ca, Mg, Al і ін. метали.
Різні з'єднання Ц. також отримують шляхом переробки поллуцита. Спочатку руду збагачують (флотацією, ручною рудоразработкой і т.п.), а потім виділений концентрат розкладають або кислотами H 2 So 4 , Hno 3 і ін.), або спіканням з оксидно-сольовими сумішами (наприклад, CAO з Caci 2 ). З продуктів розкладання поллуцита Ц. облягають у вигляді CSAI (So 4 ) 2 ×12H 2 O, Cs 3 [Sb 2 Cl 9 ] і ін. малорозчинних з'єднань. Далі осідання переводять в розчинні солі (сульфат, хлорид, іодід і ін.). Завершуючим етапом технологічного циклу є здобуття особливо чистих з'єднань Ц., для чого застосовують методи кристалізації з розчинів Cs [l (l) 2 ], Cs 3 [Bi 2 l 9 ], Cs 2 (Tei 6 ] і сорбцію домішок на окисленому активованому вугіллі. Глибоке очищення металевого Ц. виробляють методом ректифікації. Перспективне здобуття Ц. з відходів від переробки нефеліну, деякої слюди, а також підземних вод при видобутку нафти; Ц. витягують екстракційними і сорбційними методами.
Зберігають Ц. або у ампулах із скла «пірекс» в атмосфері аргону, або в сталевих герметичних судинах під шаром зневодненого вазелінового або парафінового масла.
Вживання. Ц. йде для виготовлення фотокатодів (сурм'яно-цезієвих, вісмуто-цезієвіх, киснево-срібний-цезієвих), Електровакуумних фотоелементів, фотоелектронних помножувачів, електронно-оптичних перетворювачів (див. Електронні прилади, Фотоелектронна емісія ) . Перспективне вживання «цезієвої плазми» в іонних ракетних двигунах, Ц. — в магнітогідродинамічних генераторах і в термоемісійних перетворювачах енергії . Ізотопи Ц. застосовують: 133 Cs в квантових стандартах частоти, 137 Cs в радіології. Резонансна частота енергетичного переходу між підрівнями основного стану 133 Cs покладена в основу сучасного визначення секунди .
Би. Д. Степін.
Цезій в організмі. Ц. — постійний хімічний мікрокомпонент організму рослин і тварин. Морські водорості містять 0,01—0,1 мкг Ц. у 1 г сухої речовини, наземні рослини — 0,05—0,2. Тварини отримують Ц. з водою і їжею. У організмі членистоногих близько 0,067—0,503 мкг/г Ц., плазунів — 0,04, ссавцям — 0,05. Головне депо Ц. у організмі ссавців — м'язи, серце, печінка; у крові — до 2,8 мкг/л. Ц. відносно малотоксичен; його біологічна роль в організмі рослин і тварин остаточно не розкрита.
Цезій-137 ( 137 Cs) — бета-гамма-ізлучающий радіоізотоп Ц.; один з головних компонентів радіоактивного забруднення біосфери. Міститься в радіоактивних випаданнях, радіоактивних відходах, скиданнях заводів, що переробляють відходи атомних електростанцій. Інтенсивно сорбував грунтом і донними відкладеннями; у воді знаходиться переважно у вигляді іонів. Міститься в рослинах і організмі тварин і людини. Коефіцієнт накопичення 137 Cs найбільш високий в прісноводих водоростей і арктичних наземних рослин, особливо лишайників. У організмі тварин 137 Cs накопичується головним чином в м'язах і печінці. Найбільший коефіцієнт накопичення його відмічений у північних оленів і північних американських водоплавних птахів. У організмі людини 137 Cs розподілений відносно рівномірно і не надає значної шкідливої дії.
Р. Р. Полікарпов.
Літ.: Плющев Ст Е., Степін Би. Д., Хімія і технологія з'єднань літію, рубідія і цезію, М., 1970; їх же, Аналітична хімія рубідія і цезію, М., 1975; Коган Би. І., Названова Ст А., Солодових Н. А., Рубідій і цезій, М., 1971; Мойсеєвий А. А., Рамзаєв П. Ст Цезій-137 в біосфері, М., 1975; Mattsson S., Radionuclides in lichen, reindeer and man, Lund, 1972.
