ЦЕ́ЗИЙ (лат. Cesium), Cs (читается «цезий»), химический элемент с атомным номером 55, атомная масса 132,9054. Имеет один стабильный нуклид ¹³³Cs. Расположен в группе IA в 6 периоде. Электронная конфигурация внешнего слоя 6s¹, в соединениях проявляет степень окисления +1 (валентность I). Радиус нейтрального атома цезия 0,266 нм, радиус иона Cs⁺0,181 нм (координационное число 6), 0,202 (координационное число 12). Энергии последовательной ионизации атома 3,89397, 25,1 и 34,6 эВ. Сродство к электрону 0,47 эВ. Работа выхода электрона 1,81 эВ. Электроотрицательность по Полингу 0,7.

Цезий был открыт в 1860 немецкими учеными Р. В. Бунзеном и Г. Кирхгофом в водах Дюрхгеймского минерального источника в Германии методом спектрального анализа. Назван цезием по двум ярким линиям в синей части спектра (от лат. caesius — небесно-голубой). Металлический цезий впервые был выделен в 1882 шведским химиком К. Сеттербергом при электролизе расплава смеси CsCN и Ba.

Содержание в земной коре 3,7·10^-4% по массе. Типичный редкий, рассеянный элемент. Геохимически тесно связан с гранитнлй магмой, образуя концентрации в пегматитах вместе с Li, Be, Ta, Nb. Известно два крайне редких минерала цезия: поллуцит, (Cs,Na)[AlSi₂O₆]·nH₂O и авогадрит, (K,Сs)[BF]₄. Как примесь, 0,0003-5%, цезий содержится в лепидолите, флогопите, карналлите.

Получение

Цезий получают из поллуцита методом вакуумтермического восстановления. Руду обогащают, затем выделенный концентрат разлагают соляной или серной кислотами или спекают с оксидно-солевыми смесями, СаО и СаСl₂. Из продуктов разложения поллуцита цезий осаждают в виде CsAl(SO₄)₂ или Cs₃[Sb₂Cl₉]. Далее осадки переводят в растворимые соли. Особо чистые соединения цезия получают дальнейшей дробной кристаллизацией, сорбцией, экстракцией и ионным обменом. Металлический цезий получают металлотермическим восстановлением хлорида цезия CsCl кальцием или магнием или электролизом расплава галогенидов цезия. Хранят цезий в ампулах из стекла пирекс в атмосфере аргона или в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного вазелинового или парафинового масла.

Физические и химические свойства

Цезий — мягкий серебристо-белый металл. При обычной температуре находится в пастообразном состоянии, температура плавления 28,44°C. Температура кипения 669,2°C. Кристаллическая решетка кубическая объемно центрированная, параметр ячейки а = 0,6141 нм. Плотность 1,904 кг/дм³. Цезий имеет высокую чувствительность к свету, цезиевый катод испускает электроны даже под действием инфракрасного излучения с длиной волны до 0,80 мкм.

Цезий чрезвычайно реакционноспособен. Стандартный электродный потенциал –2,923 В. На воздухе и в атмосфере кислорода цезий мгновенно воспламеняется, образуя смесь пероксида Сs₂O₂ и надпероксида цезия CsO₂. При незначительном содержании кислорода в газе, с которым реагирует цезий, возможно образование оксида Cs₂O. C водой цезий реагирует со взрывом:

2Cs + 2H₂O = 2CsOH + H₂

При нагревании под повышенным давлением в присутствии катализатора цезий реагирует с водородом с образованием гидрида CsH. Взаимодействуя с галогенами, дает галогениды CsCl, c серой — сульфид Cs₂S. С азотом цезий в обычных условиях не реагирует, а нитрид цезия Cs₃N образуется при пропускании электрического разряда между электродами из цезия, помещенными в жидкий азот. При нагревании цезий реагирует с красным фосфором, образуя фосфид Cs₂P₅.

При нагревании взаимодействует с графитом, давая следующие карбиды C₈Cs, C₂₄Cs, C₃₆Cs, Cs₂C₂ (ацетиленид цезия). Цезий восстанавливает кремний из стекла и из SiO₂. Со многими металлами цезий образует интерметаллиды (CsAu, CsSn₄). Гидроксид цезия CsOH — сильное хорошо растворимое в воде основание. Соли цезия (хлорид CsCl, сульфат Cs₂SO₄, нитрат CsNO₃, карбонат Cs₂CO₃ и другие) хорошо растворимы в воде. Плохо растворимы в воде перхлорат цезия CsClO₄, хлорплатинат цезия Cs₂PtCl₆ и Cs₂[Sb₂Cl₉].

Цезий — компонент различных фотокатодов, фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей, электронно-лучевых трубок. Цезий используют как геттер. Чрезвычайно точны «атомные цезиевые часы», резонансная частота энергетического перехода между подуровнями основного состояния ¹³³Cs положена в основу современного определения секунды. Радионуклид ¹³⁷Cs источник гамма-излучения в радиологии.

Цезий — постоянный химический микрокомпонент организма растений и животных. Морские водоросли содержат 0,01-0,1 мкг/г цезия, наземные растения — 0,05-0,2 мкг/г. В организме млекопитающих содержится 0,05 мкг/г цезия, где он концентрируется в мышцах, сердце и печени. В крови до 2,8 мкг/л цезий относительно малотоксичен. Изотоп ¹³⁷Cs b-, g-излучающий радиоизотоп, один из компонентов радиоактивного загрязнения атмосферы.