Цезий (лат. Caesium), Cs, химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 55, атомная масса 132, 9054; серебристо-белый металл, относится к щелочным металлам. В природе встречается в виде стабильного изотопа ¹³³Cs. Из искусственно полученных радиоактивных изотопов с массовыми числами от 123 до 142 наиболее устойчив ¹³⁷Cs с периодом полураспада T_1/2 = 33 г.

  Историческая справка. Цезий открыт в 1860 Р. В. Бунзеном и Г. Р. Кирхгофом в водах Дюркхеймского минерального источника (Германия) методом спектрального анализа. Назван Цезий (от лат. caesius — небесно-голубой) по двум ярким линиям в синей части спектра. Металлический Цезий впервые выделил шведский химик К. Сеттерберг в 1882 при электролизе расплавленной смеси CsCN и Ba.

  Распространение в природе. Цезий — типичный редкий и рассеянный элемент (см. Рассеянные элементы, Редкие металлы). Среднее содержание Цезий в земной коре (кларк) 3,7×10^-4% по массе. В ультраосновных горных породах содержится 1×10^-5% Цезий, в основных — 1×10^-4%. Цезий геохимически тесно связан с гранитной магмой, образуя концентрации в пегматитах вместе с Li, Be, Ta, Nb; в особенности в пегматитах, богатых Na (альбитом) и Li (лепидолитом). Известно 2 крайне редких минерала Цезий — поллуцит и авогадрит (К, Cs) (BF)₄; наибольшая концентрация Цезий в поллуците (26—32% Cs₂O). Большая часть атомов Цезий изоморфно замещает К и Rb в полевых шпатах и слюдах. Примесь Цезий встречается в берилле, карналлите, вулканическом стекле. Слабое обогащение Цезий установлено в некоторых термальных водах. В целом Цезий — слабый водный мигрант. Основное значение в истории Цезий имеют процессы изоморфизма и сорбции крупных катионов Цезий В геохимическом отношении Цезий близок к Rb и К, отчасти к Ba.

  Физические и химические свойства. Цезий — очень мягкий металл; плотность 1,90 г/см³ (20 °С); t_пл 28,5 °С; t_кип 686 °С. При обычной температуре кристаллизуется в кубической объёмноцентрированной решётке (а = 6,045 ). Атомный радиус 2,60 , ионный радиус Cs⁺ 1,86 . Удельная теплоёмкость 0,218 кдж/(кг×К) [0,052 кал/(г×^оС)]; удельная теплота плавления 15,742 кдж/кг (3,766 кал/г); удельная теплота испарения 610,28 кдж/кг (146,0 кал/г); температурный коэффициент линейного расширения (0—26 °С) 9,7×10^-5; коэффициент теплопроводности (28,5°С) 18,42 вт/(м×К) [0,44 кал/(см×сек×°С)]; удельное электросопротивление (20 °С) 0,2 мком×м; температурный коэффициент электросопротивления (0—30 °С) 0,005. Цезий диамагнитен, удельная магнитная восприимчивость (18 °С) — 0,1×10^-6. Динамическая вязкость 0,6299 Мн×сек/м² (43,4°С), 0,4065 Мн×сек/м² (140,5 °С). Поверхностное натяжение (62 °С) 6,75×10^-2н/м (67,5 дин/см); сжимаемость (20 °С) 7,05 Мн/м² (70,5 кгс/см²). Энергия ионизации 3,893 эв; стандартный электродный потенциал — 2,923 в, работа выхода электронов 1,81 эв. Твёрдость по Бринеллю 0,15 Мн/м²(0,015 кгс/см²). Конфигурация внешних электронов атома Цезий 6s¹; в соединениях имеет степень окисления + 1.

  Цезий обладает очень высокой реакционной способностью. На воздухе мгновенно воспламеняется с образованием пероксида Cs₂O₂ и надпероксида CsO₂; при недостатке воздуха получается оксид Cs₂O; известен также озонид CsO₃. С водой, галогенами, углекислым газом, серой, четырёххлористым углеродом Цезий реагирует со взрывом, давая соответственно гидроксид CsOH, галогениды, оксиды, сульфиды, CsCI. С водородом взаимодействует при 200—350 °С и давлении 5—10 Мн/м²(50—100 кгс/см²), образуя гидрид. Выше 300 °С Цезий разрушает стекло, кварц и др. материалы, а также вызывает коррозию металлов. Цезий при нагревании соединяется с фосфором (Cs₂P₅), кремнием (CsSi), графитом (C₈Cs и C₂₄Cs). При взаимодействии Цезий со щелочными и щёлочноземельными металлами, а также с Hg, Au, Bi и Sb образуются сплавы; с ацетиленом — ацетиленид Cs₂C₂. Большинство простых солей Цезий, особенно CsF, CsCI, Cs₂CO₃, Cs₂SO₄, CsH₂PO₄, хорошо растворимы в воде; малорастворимы CsMnO₄, CsClO₄ и Cs₂Cr₂O₇. Цезий не принадлежит к числу комплексообразующих элементов, но он входит в состав многих комплексных соединений в качестве катиона внешней среды.

  Получение. Цезий получают непосредственно из поллуцита методом вакуумтермического восстановления. В качестве восстановителей используют Ca, Mg, Al и др. металлы.

  Различные соединения Цезий также получают путём переработки поллуцита. Сначала руду обогащают (флотацией, ручной рудоразработкой и т.п.), а затем выделенный концентрат разлагают либо кислотами H₂SO₄, HNO₃ и др.), либо спеканием с оксидно-солевыми смесями (например, CaO с CaCI₂). Из продуктов разложения поллуцита Цезий осаждают в виде CsAI (SO₄)₂×12H₂O, Cs₃[Sb₂Cl₉] и др. малорастворимых соединений. Далее осадки переводят в растворимые соли (сульфат, хлорид, иодид и др.). Завершающим этапом технологического цикла является получение особо чистых соединений Цезий, для чего применяют методы кристаллизации из растворов Cs [l (l)₂], Cs₃[Bi₂l₉], Cs₂(TeI₆] и сорбцию примесей на окисленных активированных углях. Глубокую очистку металлического Цезий производят методом ректификации. Перспективно получение Цезий из отходов от переработки нефелина, некоторых слюд, а также подземных вод при добыче нефти; Цезий извлекают экстракционными и сорбционными методами.

  Хранят Цезий либо в ампулах из стекла «пирекс» в атмосфере аргона, либо в стальных герметичных сосудах под слоем обезвоженного вазелинового или парафинового масла.

  Применение. Цезий идёт для изготовления фотокатодов (сурьмяно-цезиевых, висмуто-цезиевых, кислородно-серебряно-цезиевых), Электровакуумных фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей, электронно-оптических преобразователей (см. Электронные приборы, Фотоэлектронная эмиссия). Перспективно применение «цезиевой плазмы» в ионных ракетных двигателях, Цезий — в магнитогидродинамических генераторах и в термоэмиссионных преобразователях энергии. Изотопы Цезий применяют: ¹³³Cs в квантовых стандартах частоты, ¹³⁷Cs в радиологии. Резонансная частота энергетического перехода между подуровнями основного состояния ¹³³Cs положена в основу современного определения секунды.

  Б. Д. Стёпин.

 

Цезий в организме. Цезий — постоянный химический микрокомпонент организма растений и животных. Морские водоросли содержат 0,01—0,1 мкг Цезий в 1 г сухого вещества, наземные растения — 0,05—0,2. Животные получают Цезий с водой и пищей. В организме членистоногих около 0,067—0,503 мкг/г Цезий, пресмыкающихся — 0,04, млекопитающих — 0,05. Главное депо Цезий в организме млекопитающих — мышцы, сердце, печень; в крови — до 2,8 мкг/л. Цезий относительно малотоксичен; его биологическая роль в организме растений и животных окончательно не раскрыта.

  Цезий-137 (¹³⁷Cs) — бета-гамма-излучающий радиоизотоп Цезий; один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Содержится в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций. Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организме животных и человека. Коэффициент накопления ¹³⁷Cs наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных ¹³⁷Cs накапливается главным образом в мышцах и печени. Наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и северных американских водоплавающих птиц. В организме человека ¹³⁷Cs распределён относительно равномерно и не оказывает значительного вредного действия.

  Г. Г. Поликарпов.

 

  Лит.: Плющев В. Е., Степин Б. Д., Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия, М., 1970; их же, Аналитическая химия рубидия и цезия, М., 1975; Коган Б. И., Названова В. А., Солодов Н. А., Рубидий и цезий, М., 1971; Моисеев А. А., Рамзаев П. В., Цезий-137 в биосфере, М., 1975; Mattsson S., Radionuclides in lichen, reindeer and man, Lund, 1972.