ცეზიუმი

ცეზიუმი (ლათ. Caesium ცისფერი) წარმოადგენს ქიმიური ელემენტს, რომლის სიმბოლოა Cs, ხოლო ატომური ნომერი 55. ის არის ელემენტთა პერიოდულობის ცხრილის მეექვსე პერიოდის პირველი ჯგუფის ელემენტი. მარტივი ნივთიერება ცეზიუმი რბილი ტუტე მეტალია მოვერცხლისფრო-ყვითელი ფერის. ჟანგვის ხარისხი +1, ბუნებრივი იზოტოპის მასური რიცხვი 133.

ისტორია

ცეზიუმი პირველი ელემენტია, რომელიც აღმოჩენილ იქნა სპექტრული ანალიზის მეთოდით 1860 წელს გერმანიაში, გუსტავ კირხჰოფისა და რობერტ ბუნზენის მიერ მინერალების ანალიზის დროს. სახელწოდება "ცეზიუმი" მიიღო სპექტრის ლურჯი ფერის შესატყვისად. მეტალური ცეზიუმი 1882 წელს მიიღო სეტობერგმა ცეზიუმისა და ბარიუმის ნალღობის ელექტროლიზით.

მაღალი სისუფთავის ცეზიუმ–133 ინახება არგონის ქვეშ

 ბუნებაში არსებობა

ბუნებაში ცეზიუმი გვხვდება ძლიერ გაბნეული 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 მინერალი Cs₄ Al₄Si₉O₂₆·H₂O - პოლუციტი მოიპოვება იტალიაში, აფრიკაში, რუსეთში, აშშ-ში და სხვა.

მას შეიცავს ასევე მინერალი ლეპიდოლიტი, ამაზონიტი და სხვა.

იზოტოპები

ბუნებრივი ცეზიუმი მონონუკლიდური ელემენტია, რომელიც შედგება მხოლოდ ერთი სტაბილური იზოტოპისაგან ¹³³Cs. გამოიყენება ატომურ საათებში. დღეს უკვე ცნობილია ცეზიუმის 39 ხელოვნური რადიოაქტიური იზოტოპი მასური რიცხვით 112-დან 151-მდე. ცეზიუმის ყველაზე სიცოცხლისუნარიანი, ხელოვნური რადიოაქტიური ნუკლიდია ¹³⁵Cs ნახევარდაშლის პერიოდით 2.3 მილიონი წელი. სხვა ასევე შედარებით სიცოცხლისუნარიანი იზოტოპია ¹³⁷Cs (t₁/₂=30.17 წელი). იგი გამოიყენება გამა-დეფექტოსკოპიაში, საზომ ტექნიკაში და საკვების სტერილიზაციის დროს, ასევე სამედიცინო პრეპარატებისა და წამლების სტერილიზაციის დროს. ავთვისებიანი სიმსივნეების მკურნალობისათვის.

ფიზიკურ თვისებები

ცეზიუმი თეთრი ფერის ცენტრირებული კუბური მესერის მქონე ნივთიერებაა. მისი სიმკვრივეა 1.87 გ/სმ³. ტუტე მეტალებიდან ყველაზე რბილი ლითონია და ლღვება  28.45°C-ზე. სუსტად პარამაგნიტურია. სინათლის მოქმედებით გამოიყოფა ელექტრონების ნაკადი.

ქიმიური თვისებები

ცნობილია ცეზიუმის შენადნობები ნატრიუმთან, კალიუმთან, რუბიდიუმთან, ანთიმონთან და სხვა მეტალებთან. ცეზიუმი ყველა ელემენტზე ელექტროდადებითი ელემენტია. ის ძალიან ადვილად უერთდება ჟანგბადს. ამიტომაც ინახავენ ვაკუუმირებული მინის მილებში. ჰაერში ცეზიუმი აალებით იწვის.

ადვილად უერთდება ჰალოგენებს, ფოსფორს, გოგირდს და სხვა ელემენტებს. აღსანიშნავია, რომ ცეზიუმის ორთქლი 300° ტემპერატურაზე მინიდან აძევებს ელემენტ სილიციუმს თავისუფალ მდგომარეობაში.

იგი ენერგიულად შლის წყალს.

ცეზიუმის ჰიდრიდი CsH- მიიღება წყალბადის ატმოსფეროში ცეზიუმის 400 °C-მდე გახურებით ან Cs₂O-ის ზედაპირზე წყალბადის ნაკადის გატარებით 150°C-ზე.

Cs₂O + 2 H₂ → 2 CsH + H₂O

CsH - თეთრი ფერის კრისტალური კუბური ფორმის ნივთიერებაა.

ცეზიუმის ოქსიდი მიიღება მშრალი ჟანგბადის მოქმედებით მეტალურ ცეზიუმთან:

Cs + ½ O₂ → Cs₂O + 82.1 კკალ/მოლი

Cs₂O - მეწამური ფერის კრისტალური ნივთიერებაა,  180°C-ზე იძენს ყვითელ ფერს, ხოლო  250°C-ზე - შავდება. Cs₂O-გაცხელებით იშლება, მიიღება მეტალური ცეზიუმი და მისი ზეჟანგი:

2 Cs₂O →  Cs₂O₂ + 2 Cs

ცეზიუმის ზეჟანგი Cs₂O₂  მიიღება ცეზიუმის ამიაკხსნარში მშრალი ჟანგბადის გატარებით.

ცეზიუმის დიოქსიდი CsO₂ ან Cs₂O₄ მიიღება მეტალური ცეზიუმის ჭარბი რაოდენობით მშრალ ჟანგბადში გაცხელებით. CsO₂ ყვითელი ფერის კრისტალური ნივთიერებაა, რომლის სიმკვრივეა 3.7 გ/სმ³, ხოლო ლღობის ტემპერატურა -  512°C. იგი ძლიერი მჟანგავია.

ცეზიუმის ჰიდროქსიდი CsOH მიიღება ცეზიუმის სულფატის ხსნარზე ბარიუმის ჰიდრიქსიდით მოქმედებისას:

Cs₂SO₄ + Ba(OH)₂ → BaSO₄ + 2 CsOH

ცეზიუმს იღებენ აგრეთვე ცეზიუმის კარბონატის კონცენტრირებული ხსნარის ელექტროლიზით, სადაც კათოდად გამოყენებულია ვერცხლისწყლის ელექტროდი, ხოლო ანოდად პლატინის ელექტროდი. მისი მიღება ასევე ესაძლებელია ცეზიუმის ქლორიდის კონცენტრირებული ხსნარის ელექტროლიზით, სადაც კათოდად გამოყენებულია ვერცხლისწყლის ელექტროდი, ანოდად კი-გრაფიტი.

ცეზიუმის ჰიდროქსიდის წყალხსნარის 400°C-მდე ვაკუუმში აორთქლებით მიიღება უწყლო CsOH, რომელიც თეთრი ფერის ძლიერი ჰიგროსკოპიული ნივთიერებაა. მისი სიმკვრივეა 3.65გ/სმ³, ხოლო ლღობის ტემპერატურაა  272.3°C.  იგი ქროლდება დაუშლელად. ყველაზე ძლიერი ტუტეა, მჟავეებთან მოქმედებით მიიღება შესაბამისი მარილები.

ცეზიუმის ფთორიდი CsF  მიიღება ცეზიუმის ქლორიდზე ამონიუმის ფთორიდის მოქმედებით, ნეიტრალიზაციის რეაქციით, ელემენტური ცეზიუმის ფთორთან მოქმედებით და სხვა.

CsF კუბური მესერის მქონე თეთრი ნივთიერებაა იონთაშორისი მანძილით 3.1A. მისი სიმკვრივეა 3.59გ/სმ³, ხოლო ლღობის ტემპერატურაა 684°C.  დუღს 1251°C-ზე, 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 მეტალების ქლორიდებთან წარმოქმნის ძნელად ხსნად ორმაგ და კომპლექსურ მარილებს, CsSbCl₄, Cs₂[PtCl₆]. ამ თვისებების გამო მას იყენებენ ამ ელემენტების მიკროანალიზური მეთოდით განსაზღვრისათვის. გარდა ამისა, გამოიყენება მეტალური ცეზიუმის მისაღებად.

ცეზიუმის ბრომიდი CsBr  წარმოადგენს ხსნად, კუბური ფორმის კრისტალებს. ცნობილია ცეზიუმის პოლიბრომიდი СsBr₃ და CsBr₅.

ცეზიუმის იოდიდი CsI  იღებენ შემდეგი რეაქციით:

Cs₂CO₃ + 2 HI → 2 CsI + CO₂ + H₂O

ცნობილია ცეზიუმის პოლიოდიდები და შერეული ჰალოგენნაერთები: CsI3, CsI₅. CsICl₂ და CsICl₄ მეწამული ფერის კრისტალებია.

ცეზიუმის სულფიდს Cs₂S იღებენ ცეზიუმის სულფატის აღდგენით. ის მიიღება აგრეთვე ცეზიუმის ჭარბი რაოდენობით გოგირდთან გაცხელებით:

2 Cs + S → Cs₂S + 87კკალ/მოლი

Cs₂S თეთრი ფერის კრისტალური ნივთიერებაა, გამოიხდება დაუშლელად. ცნობილია ცეზიუმის პოლისულფიდები, როგორიცაა: Cs₂S₂, Cs₂S₃, Cs₂S₄ და Cs₂S₅. პოლისულფიდები შეფერილია ყვითლად, იასამნის და წითელ ფერად.

ცეზიუმის სულფატი Cs₂SO₄  მიიღება ნეიტრალიზაციისა და სხვა რეაქციებით:

2 CsOH + H₂SO₄ → Cs₂SO₄ + 2 H₂O

Cs₂SO₄ კარგად იხსნება წყალში და სპირტში. მისი სიმკვრივეა 4.24გ/სმ³, t_ლღ  1010°C. ცნობილია ცეზიუმის მჟავასულფატი CsHSO₄. იგი კრისტალური ნივთიერებაა სიმკვრივით 3.35გ/სმ³  და 150-200°C ლღობის ტემპერატურით.

პოლუციტი - ცეზიუმის მინერალი

მიღება

ელემენტური ცეზიუმის მისაღებად პოლუციტს ამუშავებენ ფტორწყალბადმჟავით. მჟავაში დუღილით ტუტე ლითონები (K,Rb,Cs) გადადიან ხსნად მარილებში - ფთორიდებში. მიღებულ ხსნარს უმატებენ (NH₄)₂CO₃ და ნარევს გამოწვავენ. ნალღობში რჩება Cs₂CO₃, რომელიც მინარევის სახით შეიცავს K₂CO₃ და Rb₂CO₃. მათი ერთმანეთისაგან დასაცილებლად მიღებულ მასას ამატებენ სპირტს, რომელშიც იხსნება მხოლოდ Cs₂CO_3. სპირტის აორთქლების შემდეგ მიიღება ცეზიუმის კარბონატი.

ცეზიუმის მისაღებად მის ნაერთებს: ოქსიდს, ჰიდროქსიდს, ქლორიდს, ბრომიდს აღადგენენ ძლიერი აღმდგენელებით ან ახდენენ მისი მარილის (ქლორიდის) ნალღობის ელექტროლიზს:

2 CsCl+Ca → 2 Cs+CaCl₂

2 CsOH + 2 Mg → 2 Cs + 2 MgO + H₂ (900°C)

Cs₂CO₃ + 2 Mg → 2 Cs + 2 MgO + CO

აღდგენას აწარმოებენ ფოლადის მილში.

გამოყენება

ცეზიუმი გამოიყენება მაღალმგრძნობიარე და დაბალინერციული ფოტოელექტრონული ხელსაწყოების - ფოტოელემენტების წარმოებისათვის. ფოტოელემენტებში ცეზიუმი გამოიყენება კალციუმთან, ბარიუმთან, ალუმინთან ან ვერცხლთან შენადნობის სახით. ასეთი ფოტოელემენტები ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ფართო დიაპაზონის ტალღებზე (გრძელი ულტრაიისფერიდან, მოკლე ინფრაწითელამდე) მუშაობენ.

ცეზიუმის იოდიდი მონოკრისტალის სახით წარმოადგენს მეტად მგრძნობიარე და მნიშვნელოვან ელემენტს გამოსხივების რეგისტრაციისათვის. მოცემული  დეტექტორები 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.

ცეზიუმის ბრომიდი და იოდიდი გამოიყენება როგორც ოპტიკური საშუალება  ინფრაწითელ ხელსაწყოებში, სათვალეებში და ღამის ხედვის ბინოკლებში, სამიზნეში.

ელექტროტექნიკაში ცეზიუმისაგან ამზადებენ ნათურის მილაკებს, სადაც ცირკონიუმისა და კალის ნაერთის სახითაა (მეტაცირკონატები და ცეზიუმის ორთოსტანატი). ასევე მეტალოჰალოდენურ ნათურებში.

ცეზიუმი ფართოდ გამოიყენება ქიმიაში როგორც კატალიზატორი (ორგანული და არაორგანული სინთეზი). გამოიყენება ამიაკის, გოგირდმჟავას ბუტილის სპირტის, ჭიანჭველმჟავას მისაღებად.

დიდი მნიშვნელობა აქვს რუთენიუმ-ცეზიუმ-ნახშირბადიან კატალიზატორს. მთელ რიგ კატალიზატორებში ის რუბიდიუმთან ერთად გამოიყენება.

ცეზიუმის საფუძველზეა შექმნილი მაღალეფექტური მყარი ელექტროლიტი აკუმულატორებისათვის (ცეზიუმის ალუმინატი).

არცთუ ისე დიდი ხნის წინათ აღმოჩენილ იქნა, რომ ცეზიუმის გრაფიტში ჩანერგვის პროდუქტებს (ფულერიდები) გააჩნიათ მაღალტემპერატურული ზეგამტარული თვისებები და მიმდინარეობს მათი აქტიური შესწავლა.

უკანასკნელ წლებში ცეზიუმს ასევე აქტიურად სწავლობენ, როგორ მუშა სხეული და გამოსხივების არე ისეთი ლაზერების შესაქმნელად, რომელთაც გააჩნიათ პიკური სიმძლავრის რეკორდული მაჩვენებლები, როგორც უწყვეტ ისე მუშაობის იმპულსურ რეჟიმში.

გარკვეულწილად ეს ინტერესი და უზარმაზარი ინვესტიცია მიმართულია ლაზერების შესაქმნელად შეიარაღებისათვის და თერმობირთვული ენერგიის მიღების სფეროში.

ბიოლოგიური როლი

ცეზიუმის საფუძველზე შექმნილია სამკურნალო საშუალებები წყლულების, დიფთერიის, შეზოფრენიის სამკურნალოდ.

ცეზიუმი ფართოდ გამოიყენება ვოლფრამთან ერთად მძლავრი ნათურების ელექტროდების და ალუმინის, მაგნიუმის, ტიტანის, უჟანგავი ფოლადის შედუღებებისათის გამოსაყენებელ ელექტროდებში.

მისი რეაქტივები გამოიყენება რაოდენობრივ მიკროანალიზში, ინდიუმის Cs[JnCl₆], ტყვიის Cs₂Pb[Cu(NO₂)₆], ბისმუტის Cs₂BiCl₅·2H₂O და მეტალების რაოდენობრივი განსაზღვრისას.

ცეზიუმი და რუბიდიუმი მიეკუთვნება ნაკლებადშესწავლილ მიკროელემენტებს. ეს ელემენტები იმყოფებიან გარემოში და ორგანიზმში ხვდებიან სხვადასხვა გზით, ძირითადად კი საკვებიდან. დადგენილია მათი ორგანიზმში მუდმივად არსებობა. თუმცა, აქამდე ეს ელემენტები არ ითვლება ბიოტიკურად.

ცეზიუმი და რუბიდიუმი ნაპოვნია ყველა გამოკვლეული ძუძუმწოვრებისა და ადამიანის ორგანოებში. საკვებიდან ორგანიზმში მოხვედრის შემდეგ, ისინი სწრაფად შეიწოვება კუჭ-ნაწლავიდან სისხლში.

ცეზიუმი და რუბიდიუმი საკმაოდ თანაბრად ნაწილდება ორგანოებსა და ქსოვილებში, თუმცა რუბიდიუმი ძირითადად გროვდება კუნთებში, ხოლო ცეზიუმი ხვდება ნაწლავებში და ხელახლა რეაბსორბირდება.

ცნობილია რუბიდიუმისა და ცეზიუმის როლი ფიზიოლოგიურ პროცესებში. დღეს უკვე დადგენილია ამ ელემენტების მასტიმულირებელი გავლენა სისხლის მიმოქცევის ფუნქციაში და მათი მარილების გამოყენების ეფექტურობა სხვადასხვა სახის ჰიპოტონიის წარმოშობის დროს. აქედან გამომდინარე, ცეზიუმის მარილები ჯერ კიდევ 1888 წელს, პირველად იქნა გამოყენებული ს. ს. ბოტკინის მიერ, გულ-სისხლძარღვთა სისტემის ფუნქციის დარღვევის დროს. ი. პ. პავლოვის ლაბორატორიაში ს. ს. ბოტკინის მიერ დადგენილ იქნა, რომ რუბიდიუმისა და ცეზიუმის ქლორიდები იწვევნ არტერიული წნევის მომატებას ხანგრძლივი დროის განმავლობაში, ასეთი ქმედება კი ძირითადად განპირობებულია გულ- სისხლძარღვთა სისტემის გაძლიერებული მუშაობით და პერიფერიულ სისხლძარღვთა შევიწროებით.

დადგენილია, რომ რუბიდიუმისა და ცეზიუმის მარილების ადრენომაბლოკირებელი და სიმპატომიმეტრული ზემოქმედება ცენტრალურ და პერიფერიულ ადრენორეაქტიულ სტრუქტურებზე, რომელიც განსაკუთრებით მკვეთრად არის გამოხატული სიმპათიკური ცენტრალური ნერვული სისტემის განყოფილების ტონუსის დათრგუნვისა და კატექოლამინის დეფიციტის დროს. ამ მეტალების მარილებისათვის ძირითადად დამახასიათებელია b-ადრენომასტიმულირებელი ეფექტი.

რუბიდიუმისა და ცეზიუმის მარილები გავლენას ახდენენ იმუნობიოლოგიური რეზისტენტულობის სპეციფიკურ მაჩვენებელზე. ისინი იწვევს კომპლემენტის ტიტრის, ლიზოციმის აქტიურობას და ლეიკოციდების ფაგოციტურ აქტივობის მნიშვნელოვნად გაზრდას. არსებობს მითითება იმაზე, რომ რუბიდიუმისა და ცეზიუმის მარილები ასრულებენ მასტიმულირებელ გავლენას სისხლმბადი ორგანოების ფუნქციაზე. მათი მიკრორაოდენობა იწვევს ერითრო- და ლეიკოპოაზისების სტიმულირებას  20-25%-ით, მნიშვნელოვნად ამაღლებენ ერითროციტების რეზისტენტულობას, ზრდიან მათში ჰემოგლობინის შემცველობას.

ცეზიუმის ქლორიდი  და რუბიდიუმის ქლორიდი მონაწილეობენ გაზის მიმოცვლაში, ჟანგვითი ფერმენტების საქმიანობის გააქტიურებით, ამ ელემენტების მარილები ზრდიან ორგანიზმის მდგრადობას ჰიპოქსიის მიმართ.

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით