Цезий и его характеристики

Общая характеристика цезия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Цезий – пятьдесят пятый элемент Периодической таблицы. Обозначение – Cs от латинского «caesium». Расположен в шестом периоде, IA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 55.

Цезий встречается в природе в составе многочисленных минералов, наибольшее значение из которых имеют поллуцит (Cs,Na)₂Al₂Si₄O₁₂×H₂O и авогадрит (K,Cs)BF₄. Известно, что он также входит в состав некоторых алюмосиликатов в виде примеси.

В виде простого вещества цезий представляет собой металл золотисто-желтого цвета (рис. 1) с объемно-центрированной кристаллической решеткой. Плотность – 1,9 г/см ³. Температура плавления 28,4^oС, кипения – 685^oС. Мягкий, легко режется ножом. На воздухе самовоспламеняется.

Рис. 1. Цезий. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса цезия

Относительной молекулярная масса вещества (M_r) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A_r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии цезий существует в виде одноатомных молекул Cs, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 132,9054.

Изотопы цезия

Известно, что в природе цезий может находиться в виде единственного стабильного изотопа ¹³³Cs. Массовое число равно 133, ядро атома содержит пятьдесят пять протонов и семьдесят восемь нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы цезия с массовыми числами от 112-ти до 151-го, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп ¹³⁵Cs с периодом полураспада равным 2,3 млн. лет.

Ионы цезия

На внешнем энергетическом уровне атома цезия имеется один электрон, который является валентным:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5р ⁶6s¹.

В результате химического взаимодействия цезий отдает свой валентный электрон, т.е. является его донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Cs⁰ -1e → Cs⁺.

Молекула и атом цезия

В свободном состоянии цезий существует в виде одноатомных молекул Cs. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу цезия:

Энергия ионизации атома, эВ	3,89
Относительная электроотрицательность	0,79
Радиус атома, нм	0,267

Сплавы цезия

Цезий используют в виде сплавов с сурьмой, кальцием, барием, алюминием и серебром в качестве фотоэлементов.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Осуществите ряд химических превращений:

Cs→ CsO₂→CsOH→CsCl→ Cs₂SO₄.

Ответ

При сгорании цезия на воздухе образуется надпероксид цезия:

Cs + O₂→CsO₂.

Надпероксид цезия растворяется в горячей воде с образованием гидроксида цезия и выделением кислорода:

4CsO₂ + 2H₂O_(hot)→ 4CsOH + 3O₂.

Гидроксид цезия взаимодействует с разбавленными растворами кислот с образованием соответствующих солей:

CsOH + HCl_(dilute)→CsCl + H₂O.

При растворении твердого хлорида цезия в концентрированной серной кислоте при 0^oС образуется сульфат цезия:

CsCl + H₂SO_4(conc)→ Cs₂SO₄ + 2HCl.

ПРИМЕР 2

Задание

Рассчитайте массовые доли элементов, входящих в состав оксида цезия, если его молекулярная формула имеет вид Cs₂O.

Решение

Массовая доля элемента в составе какой-либо молекулы определяется по формуле:

ω (Х) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%.

Найдем молекулярную массу оксида цезия:

Mr(Cs₂O) = 2×Ar(Cs) + Ar(O) = 2×133 + 16 = 266 + 16 = 282 г.

Тогда, массовые доли цезия и кислорода будут равны:

ω (Cs) = 2 × Ar (Cs) / Mr (Cs₂O) × 100%;

ω (Cs) = 2 × 133 / 282 × 100% = 94,33%.

ω (O) =Ar (O) / Mr (Cs₂O) × 100%;

ω (O) = 16 / 282 × 100% = 5,67%.