ცეზიუმი

ცეზიუმი (< ; ქიმიური სიმბოლო — Cs) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეექვსე პერიოდის, პირველი ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — პირველი ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის, Iა) ქიმიური ელემენტი. მისი ატომური ნომერია — 55, ატომური მასა — 132.90, tდნ — 28.5 °C, tდუღ — 671 °C, სიმკვრივე — 1.93 გ/სმ3. ძლიერ რბილი, მოვერცხლისფრო-თეთრი ფერის ლითონი, მიეკუთვნება ტუტე ლითონებს. ბუნებაში გვხვდება სტაბილური იზოტოპის ^{133}Cs სახით. ხელოვნურად მიღებულია ცეზიუმის რადიოაქტიური იზოტოპები, რომელთა მასიური რიცხვებია 123-142, მათ შორის შედარებით მდგრადია ^{137}Cs (T1/2=30.17 წ). 1860 წელს ცეზიუმი აღმოჩენილია რ. ბუნზენისა და გ. კირხჰოფის მიერ. 1882 წელს ლითონური ცეზიუმი პირველად გამოყო შვედმა ქიმიკოსმა კ. სეტერბერგმა. ცეზიუმი ტიპური იშვიათი და გაბნეული ელემენტია. დედამიწის ქერქში ცეზიუმის საშუალო შემცველობაა (მასის მიხედვით). ცნობილია ცეზიუმის მინერალები, რომელთაგან მნიშვნელოვანია პოლუციტი და ავოგადრიტი. ნაერთებში ცეზიუმის ჟანგვის ხარისხია +1. ცეზიუმი ძლიერ აქტიური ლითონია, მასზე აქტიური შეიძლება იყოს მხოლოდ ფრანციუმი (Fr). მისი ძლიერ აქტიურობის გამო მას ინახავენ წყალბადის ან არგონის ინერტული აირით ამპულებში. ჰაერზე სწრაფად აალებადია და წარმოქმნის ზეჟანგს — Cs2O2 და ჭარბზეჟანგს CsO2. ჰაერის ნაკლებობისას მიიღება ოქსიდი Cs2O. ცნობილია აგრეთვე ოზონიდი CsO3. წყალს, ჰალოგენებს, გოგირდს ცეზიუმი უერთდება აფეთქებით და წარმოქმნის შესაბამის ნაერთებს. გახურებისას ცეზიუმი ურთიერთქმედებს ფოსფორთან, სილიციუმთან, გრაფიტთან და სხვა. მაღალი ტემპერატურისა და წნევის დროს — წყალბადთან. ცეზიუმს ღებულობენ უშუალოდ მისივე მარილებიდან ვაკუუმთერმული აღდგენით. ცეზიუმს იყენებენ ფოტოკათოდების, ელექტროვაკუუმური ფოტოელემენტებისა და სხვათა დასამზადებლად.
აღმოჩენის ისტორია
ცეზიუმი პირველი ელემენტია, რომელიც აღმოჩენილ იქნა სპექტრული ანალიზის მეთოდით 1860 წელს გერმანიაში, გუსტავ კირხჰოფისა და რობერტ ბუნზენის მიერ, მინერალების ანალიზის დროს. 1882 წელს კარლ სეტერბერგმა ლითონური ცეზიუმი მიიღო ცეზიუმის ციანიდიდისა (CsCN) და ბარიუმის ნალღობის ელექტროლიზით.
იზოტოპები
სტანდარტული ატომური მასა
ცეზიუმის სტანდარტულ ატომურ მასად მიღებულია — 132.90, რომელიც როგორც წესი იანგარიშება ბუნებაში არსებულ ყველა სტაბილურ იზოტოპტთა საშუალო შეწონილი მასით, მათი დედამიწის ქერქსა და ატმოსფეროში გავრცელების პროპორციულად. ბუნებაში არსებობს ცეზიუმის მხოლოდ ერთი სტაბილური იზოტოპი (^{133}Cs), რომლის ატომური მასაც შეადგენს 132.905451933.
მოპოვება
ბუნებაში ცეზიუნი გვხვდება ძლიერ განბნეული ელემენტის სახით. დედამიწის ქერქში მისი რაოდენობა არ აღემატება 1,0.10-3 წონით პროცენტს. მცირე რაოდენობით მას პოულობენ კალიუმისა და რადიუმის შემცველ სილაკატებში და ალუმოსილიკატებში.
ცეზიუმის შემცველი მინერალები Cs4 Al4Si9O26*H2O — პოლუციტი მოიპოვება იტალიაში, აფრიკაში, რუსეთში, აშშ-ში და სხვა.
მას შეიცავს ასევე მინერალი ლეპიდოლიტი, ამაზონიტი და სხვა.
ელემენტური ცეზიუმის მისაღებად პოლუციტს ამუშავებენ ფტორწყალბადმჟავათი ადუღებენ, ტუტე ლითონები (K,Rb,Cs) გადადიან ხსნადი მარილების - ფტორიდის მდგომარეობაში, მიღებულ ნარევს უმატებენ (NH4)2CO3 და ნარევს გამოწვავენ. ნალღობში რჩება CS2CO3, რომელიც მინარევის სახით შეიცავს K2CO3 და Rb2CO3. მათი ერთმანეთისაგან დასაცილებლად მასას გახსნიან სპირტში, რომელიც ხსნის მხოლოდ Cs2Co3, აორთქლებენ და მიიღებენ ცეზიუმის კარბონატს, რომელიც შეიძლება გადაყვანილ იქნეს ნებისმიერი მარილის მდგომარეობაში.
ცეზიუმის მისაღებად მის ნაერთებს: ოქსიდს, ჰიდროქსიდს, ქლორიდს, ბრომიდს აღადგენენ ძლიერი აღმდგენელებით ან კიდევ ახდენენ მისი მარილის (ქლორიდის)ნალღობის ელექტროლიზს:
2CsCl+Ca=2Cs+CaCl2
2CsOH+2Mg=2Cs+2MgO+H2(900 °C)
Cs2CO3+2Mg=2Cs+2MgO+CO
აღდგენას აწარმოებენ ფოლადის მილში.
ლითონური ცეზიუმის ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები
ის თეთრი ფერის ცენტრირებული კუბური მესერის მქონე ნივთიერებაა, d=1,87გ/სმ³, ტუტე მეტელებიდან ყველაზე რბილი ლითონია, t=28,45 °C.სუსტად პარამაგნიტურია, მასზე სინათლის მოქმედებით გამიოყოფა ელექტრონების ნაკადი. ცნობილია ცეზიუმის შენადნობები ნატრიუმთან, კალიუმთან, რუბიდიუმთან, ანთიმონთან და სხვა ლითონებთან.
ცეზიუმი ყველა ელემენტზე ელექტროდადებითი ელემენტია. ის ძალიან ადვილად უერთდება ჟანგბადს, ამიტომაც მას ინახავენ ვაკუუმირებული მინის მილებში. ჰაერში ცეზიუმი აალებით იწვის, ის ადვილად უერთდება ჰალოგენებს, ფოსფორს, გოგირდს და სხვა ელემენტებს. აღსანიშნავია, რომ ცეზიუმის ორთქლი 300° ტემპერატურაზე მინიდან აძევებს ელემენტ სილიციუმს თავისუფალ მდგომარეობაში. ის ენერგიულად შლის წყალს.
ქიმიური ნაერთები
ცეზიუმის ჰიდრიდი (CsH) — მიიღება წყალბადის ატმოსფეროში ცეზიუმის 400 °C-მდე გახურებისას, ის მიიღება Cs2O-ის ზედაპირზე წყალბადის ნაკადის გატარებით 150°-ზე.
Cs2O+2H2=2CsH+H2O
CsH - თეთრი ფერის კრისტალური კუბური ფორმის ნივთიერებაა.
ცეზიუმის ოქსიდი (Cs2O) — მიიღება მშრალი ჟანგბადის მოქმედებით ლითონურ ცეზიუმთან
Cs+1/2O2=Cs2O+ 82,1 კკალ/მოლი
Cs2O — მეწამური ფერის კრისტალური ნივთიერებაა, 250 °C შავი ფერისაა, ხოლო 180 °C-ზე ყვითელია.
Cs2O — გაცხელებით იშლება, მიიღება ლითონური ცეზიუმი და მისი ზეჟანგი:
2Cs2O=Cs2O2+2Cs
ცეზიუმის ზეჟანგი (Cs2O2) — მიიღება ცეზიუმის ამიაკხსნარში მშრალი ჟანგბადის გატარებით.
ცეზიუმის მეტზეჟანგი CsO2 ან Cs2O4 მიიღება ლითონური ცეზიუმის ჭარბი რაოდებიბით მშრალ ჟანგბადში გაცხელებით. CsO2 ყვითელი ფერის კრისტალური ნივთიერებაა, d=3.7 გ/სმ³. tლღ=512 °C. ძლიერი მჟანგავია.
ცეზიუმის ჰიდროქსიდი (CsOH) — მიიღება ცეზიუმის სულფატის ხსნარზე ბარიუმის ჰიდრიქსიდით მოქმედებისას:
Cs2SO4+Ba(OH)2=BaSO4+2CsOH
იღებენ აგრეთვე ცეზიუმის კარბონატის კონცენტრირებული ხსნარის ელექტროლიზით, სადაც კათოდად გამოყენებულია ვერცხლისწყლის ელექტროდი, ხოლო ანოდად პლატინის ელექტროდი, ან კიდევ ცეზიუმის ქლორიდის კონცენტრირებული ხსნარის ელექტროლიზით, სადაც კათოდად გამოყენებულია ვერცხლისწყლის ელექტროდი, ანოდად კი-გრაფიტი.
ცეზიუმის ჰიდროქსიდის წყალხსნარის 400 გრადუსამდე ვაკუუმში აორთქლებით მიიღება უწყლო CsOH, რომელიც თეთრი ფერის ძლიერი ჰიგროსკოპიული ნივთიერებაა. მისი d=3.65გ/სმ³ tლღ=272,3 °C, ქროლდება დაუშლელად. ყველაზე ძლიერი ტუტეა, მჟავეებთან მოქმედებით მიიღება შესატყვისი მარილები.
ცეზიუმის ფტორიდი (CsF) — მიიღება ცეზიუმის ქლორიდზე ამონიუმის ფტორიდის მოქმედებით, ნეიტრალიზაციის რეაქციით, ელემენტური ცეზიუმის ფტორთან მოქმედებით და სხვა.
CsF კუბური მესერის მქონე თეთრი ნივთიერებაა, იონთაშორისი მანძილი r=3.1, A, d=3,59გ/სმ³, tლღ=684 °C, tდუღ=1251 °C, კარგად იხსნება წყალში და ცუდად სპირტში.
ცეზიუმის ქლორიდი (CsCl) — ბუნებაში გვხვდება კალიუმისა და რუბიდიუმის მარილებთან ერთად, მიიღება მარილების მიღების მრავალი ხერხით. ის უფრო კუბური მესერით ხასიათდება. რიგი ლითონების ქლორიდებთან წარმოქმნის ძნელად ხსნად ორმაგ და კომპლექსურ მარილებს, CsSbCl4, Cs2[PtCl6]. ამ თვისებების გამო მას იყენებენ ამ ელემენტების მიკროანალიზური მეთოდით განსაზღვრისათვის, გარდა ამისა, ის გამოიყემება ლითონური ცეზიუმის მისაღებად.
ცეზიუმის ბრომიდი (CsBr) — წარმოადგენს ხსნად, კუბური ფორმის კრისტალებს. ცნობილია ცეზიუმის პოლიბრომიდი CsBr3 და CsBr5.
ცეზიუმის იოდიდი (CsI) — იღებენ რეაქციით:
Cs2CO3+2HI=2CsI+CO2+H2O
ცნობილია ცეზიუმის პოლიოდიდები და შერეული ჰალოგენნაერთები. CsI3, CsI5. CsICl2 და CsICl4 ჟოლოს ფერის კრისტალებია.
ცეზიუმის სულფიდი (Cs2S) — იღებენ ცეზიუმის სულფატის აღდგენით. ის მიიღება აგრეთვე ცეზიუმის ჭარბი რაოდენობით გოგირდთან გაცხელებით:
2Cs+S=Cs2S+87კკალ/მოლი
Cs2S თეთრი ფერის კრისტალური ნივთიერებაა, გადაიდნება დაუშლელად, ცნობილია ცეზიუმის პლისულფიდები, როგორიცაა: Cs2S2, Cs2S3, Cs2S4 და Cs2S5. პოლისულფიდები შეფერილია ყვითლად, იასამნისა და წითელ ფერებად.
ცეზიუმის სულფატი (Cs2SO4) — მიიღება ნეიტრალიზაციისა და სხვა რეაქციებით: :2CsOH+H2SO4=Cs2SO4+2H2O
Cs2SO4-კარგად იხსნება წყალში და სპირტში. მისი სიმკვრივე d=4,24გ/სმ³, tლღ=1010 °C,
ცნობილია ცეზიუმის მჟავასულფატი CsHSO4. ის კრისტალური ნივთიერებაა, d=3,35გ/სმ³ tლღ=150-200 °C.
გამოყენება
ფოტოელემენტები
ელექტრონის უკიდურესად დაბალ გამოსვლის მუშაობის გამო, ცეზიუმი გამოიყენება მაღალმგრძნობიარე და დაბალინერციული ფოტოელექტრონული ხელსაწყოების — ფოტოელემენტების წარმოებისათვის. ფოტოელემენტებში ცეზიუმი გამოიყენება შენადნობის სახით: კალციუმთან, ბარიუმთან, ალუმინთან, ან ვერცხლთან. ასეთი ფოტოელემენტები ფართო დიაპაზონის ტალღებზე მუშაობენ: გრძელი ულტრაიისფერიდან, მოკლე ინფრაწითელამდე, ელექტრომაგნიტური გამოსხივებაში.
დამუხტული ნაწილაკების მრიცხველი
ცეზიუმის იოდიდი მონოკრისტალის სახით, წარმოადგენს მეტად მგრძნობიარე და
მნიშვნელოვან ელემენტს გამოსხივების რეგისტრაციის დარგში (ამისათვის ის აქტივირდება თალიუმით). ნაწილაკების დეტექტორები მასზე დაყრდნობით გამოიყენება ატომურ ტექნიკაში, გეოლოგიაში, მედიცინაში, კოსმოსში. მაგალითად მარსის ზედაპირის ელემენტური შემადგენლობის განსაზღვრა მოხდა გამა სპექტომეტრის მიერ CsI (Tl) საფუძველზე, რომელიც კოსმოსურ ორბიტალურ აპარატზე «Марс-5»-ზეა დამონტაჟებული.
ოპტიკა
ცეზიუმის ბრომიდი და იოდიდი გამოიყენება როგორც ოპტიკური საშუალება, სპეციალუს ოპტიკაში — ინფრაწითელ ხელსაწყოებში, სათვალეებში და ღამის ხედვის ბინოკლებში, სამიზნეში, ტექნიკისა და ცოცხალი ძალის აღმოჩენისთვის (კოსმოსიდანაც კი).
სინათლის წყაროები
ელექტროტექნიკაში ცეზიუმისაგან ამზადებენ ნათურის მილაკებს, სადაც ცირკონიუმისა და კალის ნაერთის სახითაა (მეტაცირკონატები და ცეზიუმის ორთოსტანატი). ასევე მეტალოჰალოდენურ ნათურებში.
კატალიზატორი
ცეზიუმი ფართოდ გამოიყენება ქიმიაში როგორც კატალიზატორი (ორგანული და არაორგანული სინთეზი). გამოიყენება ამიაკის, გოგირდმჟავას ბუთილის სპირტის, ჭიანჭველმჟავას მისაღებად. დიდი მნიშვნელობა აქვს რუთენიუმ-ცეზიუმ-ნახშირბადიან კატალიზატორს. მთელ რიგ კატალიზატორებში ის რუბიდიუმთან ერთად გამოიყენება.
დენის ქიმიური წყარო
ცეზიუმის საფუძველზეა შექმნილი მაღალეფექტური მყარი ელექტროლიტი აკუმულატორებისათვის (ცეზიუმის ალუმინატი).
იზოტოპი
რადიოაქტიული ნუკლიდი ცეზიუმი-137 განიცდის ბეტა-დაშლას (ნახევრად დაშლის პერიოდი 30,17 წ. დაშლის პროდუქტები ბარიუმი-137 და ბარიუმი-137m) გამოიყენება გამა-დეფექტოსკოპიაში, საზომ ტექნიკაში და საკვების სტერილიზაციის დროს, ასევე მედიცინის პრეპარატებისა და წამლების სტერილიზაციის დროსაც. ავქმედებიანი სიმსივნეების მკურნალობისათვის. ცეზიუმ-137 გამოიყენება ნუკლიდი ცეზიუმი-133 გამოიყენება ატომურ საათებში.
მედიცინა
ცზიუმის საფუძველზე შექმნილია სამკურნალო საშუალებები წყლულების, დიფთერიის, შეზოფრენიის სამკურნალოდ.
ენერგრტიკა და კოსმოსი
ცეზიუმის პლაზმა წარმოადგენს ემნიშვნელოვანეს და აუცილებელ კომპონენტს МГД-გენერატორებში, მაღალი მ.ქ.კ. 65-70 %. ცეზიუმის იონიზირებული წყვილები საუკეთესო მუშა სხეულებია იონურ ძრავებში — კოსმოსში.
ცეზიუმისა და ბარიუმის შენადნობი საუკეთესოა ყველა ცნობილ მატერიებს შორის.
ელექტროდების წარმოება
ფართოდ გამოიყენება ვოლფრამთან ერთად მძლავრი ნათურების ელექტროდების და ალუმინის, მაგნიუმის, ტიტანის, უჟანგავი ფოლადის შედუღებებისათის გამოსაყენებელ ელექტროდებში.
ცეზიუმი გამოიყენება მეტალურგიაში მაგნიუმის კოროზიისა და სიმტკიცის ასამაღლებლად.
ლაზერების წარმოებაში.
თერმოელექტრონულ ნაერთებში
მიკროელექტრონიკის ოპტიკურ მეტერიებში
პიეზოელექტრულ მაერთებში
ატომურ-წყალბადურ ენერგეტიკაში
მფრინავი საშუალებების დასაცავად
მისი რეაქტივები გამოიყენება რაოდენობრივ მიკროანალიზში, ინდიუმის Cs[JnCl6],ტყვიის Cs2Pb[Cu(NO2)6], ბისმუტის Cs2BiCl5*2H2O და მეტალების რაოდენობრივ განსაზღვრისას.
ლიტერატურა
Коган Б. И., Названова В. А., Солодов Н. А., Рубии и цезии, Москва, 1971
რესურსები ინტერნეტში
webelements.com // ცეზიუმი
სქოლიო