铯 2020-12-26

　　铯（化学元素）

　　铯是银白色轻金属，其特性与铷相似。铯的熔点28.5℃，沸点690℃，相对密度1.88，具延伸性。铯的用途除与铷相同外，铯的氯化物可作高能固体燃料。铯可制造人工铯离子云、铯离子加速器以及反作用系统材料与烟火制造材料。用铯的化合物制成的红外辐射灯可发现夜间不易发现的讯号，铯还用于跟踪、阻截和摧毁飞行敌机的“瞄准”弹。放射性铯用于辐射化学、医学、食品和药品的照射等。铯还是化工催化剂、特种玻璃原料。自然界，铯有3个独立矿物，即铯沸石、铯锰星叶石、铯硼锂矿。氟硼钾石有时含Cs2O也较高。此外，天河石、透锂长石、铁锂云母、锂云母以及光卤石等矿物中也常含有铯。近年来，在西藏昂仁等地地热田硅华中确定一种硅华水合铯矿床，是一个Cs呈离子状态存在于硅华中的新类型铯矿床。

　　中文名： 铯

　　英： 文名：Caesium

　　元素符号： Cs

　　原子序数： 55

　　熔?点： (℃):?28.55

　　沸?点： (℃):?671

　　密度： 1.532克/厘米3

　　CAS号： 7440-46-2

　　发现： 人：本生、基尔霍夫

　　目录

　　1发现历程2矿藏分布3制取方法4物化性质5铯的用途

　　1发现历程

　　铯 1860年，本生和基尔霍夫创建光谱分析的这一年，他们用分光镜在浓缩的杜克海姆矿泉水中发现有一个新的碱金属存在。他们在一篇报告中叙述着：“蒸发掉40吨矿泉水，把石灰、锶土和苦土沉淀后，用碳酸铵除去锂土，得到的滤液在分光镜中除显示出钠、钾和锂的谱线外，还有两条明亮的蓝线，在锶线附近。现在并无已知的简单物质能在光谱的这一部分显现出这两条蓝线。经过研究可以得出结论，必有一未知的简单物质存在，属于碱金属族。我们建议把这一物质叫做Cesium（铯），符号为Cs。命名来自拉丁文caesius，古代人们用它指晴朗天空的蓝色。……”其实早在1846年，德国弗赖贝格（Freiberg）冶金学教授普拉特勒曾经分析了鳞云母（又称红云母）的矿石时，误将硫酸铯当成了硫酸钠和硫酸钾的混合物了。铯从他手中溜走了。金属铯一直到1882年才由德国化学家塞特贝格电解氰化铯和氰化钡的混合物获得。

　　2矿藏分布

　　铯目前，已发现的含铯矿物主要有铯榴石（2Cs2O·2A12O3·9SiO2·H2O，Pollucite)、锂云母（Le－pidolite）和硼铯铷矿（Na，Rb，Cs）2O·BeO·2A12O3·3B2O3（Rhodizite），是一种水合铝、铍、钠、铷和铯的硼酸盐。铷和铯在光卤石(Carnallite)、锂云母矿中共生。这些矿物在我国也有一定量的分布。铯榴石主要产于加拿大伯尼克湖、津巴布韦、比基塔和纳米比亚卡里比布。美国铷、铯矿物极少，但其盐湖卤水含有大量铷和铯。

　　我国的铷、铯资源主要存储于锂云母，铯榴石和盐湖卤水中。江西宜春的锂云母储量极为丰富。新疆产锂云母，铯榴石。此外，四川、湖北、湖南、河南、广东等地也有这类矿物存在。盐湖卤水分布于青海、西藏高原、四川和湖北等的地下卤水，藏北高原和柴达木盐湖卤水中，铷、铯储量也大。另外，自贡盐卤中含锂、铷和铯。我国西藏高原发现了大量的富含铷和铯的水热矿床，铯－硅华石。赵平等人报道羊八井的地热水含有55.1×10－6Cs，地热水每年流出的Cs就达199t。另外，海水中有着较陆地丰富的铷铯储量，仅铷在海水中就共达1900亿t。

　　已有大量的文献报道关于在地质形成体，海洋，土壤，工业上的徽粒放射物和星球及星际间形成体中铷的分布。

　　3制取方法

　　铯化合物被还原或热分解成金属的过程。金属铯是碱金属中性质最活泼的金属，常温下为液态，暴露在空气中会燃烧，遇水会爆炸。在157K温度下能分解冰。当加热到573K温度下时能置换出玻璃中的硅。因此，金属铯的制取操作必须始终在矿物油或惰性气体保护下或者在真空中进行。金属铯的制备方法有电解法，热分解法和金属热还原法。

　　电解法

　　塞特伯格(C．Setlterberg)于1881年通过电解氰化铯一氰化钡熔体首次制得金属铯，氰化钡仅起降低熔体熔点的作用。也可以先用汞阴极从含铯浓的水溶液中电解析出金属铯形成汞齐，再从汞齐中回收铯。熔盐电解最合适的电解质体系是卤化物体系。由于铯的性质极活泼和挥发性大，而卤化物的熔点又较高，因此需向熔融卤化物中加入能降低电解质熔点的助熔物质。用铅作阴极，在943～973K温度下电解熔融氯化铯可得到铯铅合金，真空蒸馏铯铅合金即可得到金属铯。由于铯的性质活泼使金属收集复杂化，且金属损失大，此法未得到广泛应用。

　　热分解法

　　制取少量高纯金属铯的一种可行方法。用叠氮化钡置换硫酸铯水溶液中的铯，或用叠氮酸中和碳酸铯均可制得叠氮化铯。叠氮化铯性质稳定，但加热时容易分解，在623K温度附近可热分解放出氮。在约10Pa真空压力和约773K温度下进行热分解，即可得到不含气体的较纯的金属铯。热分解反应为：

　　2CsN3=3N2+2Cs

　　另外，也可采用氢化铯热分解制取金属铯。

　　金属热还原法

　　金属热还原法是制取金属铯的最简便方法。以氢氧化铯、碳酸铯、卤化铯、硫酸铯、铬酸铯和硝酸铯等作原料，用强还原性金属如锂、钠、钙、镁、锆或硅等作还原剂，在较高温度下还原这些铯化物，然后用真空蒸馏法使铯由反应带中移出。金属铯蒸气在真空抽力下引导至冷凝部位，冷凝成液滴后流入收集器中。最好的金属热还原方法是用金属钙在真空下热还原氯化铯。

　　用金属钙真空热还原氯化铯是在不锈钢反应管内进行的。将不锈钢反应管及其他器皿清洗洁净，连接玻璃收集器后于423K温度下烘干2h。氯化铯于423K温度下烘干2h后，与过量200％～300％的钙屑或钙粉充分混合，装入反应皿中。将盛混合料的反应皿放入反应管内，连接真空系统并抽真空至1Pa，然后将混合料加热至973K，恒温0.5～1.0h，混合料中90％以上的氯化铯被还原成金属铯。反应为：

　　2CsCl+Ca=CaCl2+Cs

　　金属铯成蒸气状态，由真空抽力引导至冷凝带冷凝成液滴，流入收集器中。反应完毕，收集器经烧封即得金属铯。还原产出的金属铯于573K温度下进行真空蒸馏，可进一步除去杂质，获得纯度更高的产品。

　　用镁还原氢氧化铯、碳酸铯或铝酸铯(煅烧铯矾的残渣)，亦可得到金属铯。反应为：

　　2CsOH+2Mg=2MgO+H2+2Cs

　　Cs2CO3+3Mg=3MgO+C+2Cs

　　Cs2O?A12O3+Mg=MgO?A12O3+2Cs

　　用作放电管材料的铯通常是在真空管内还原铯化物制取的。如铬酸铯在973K温度的真空中用金属锆粉还原，几乎可以定量产出金属铯。反应为：

　　4Cs2CrO4+5Sr=2Cr2O3+5SiO2+8Cs

　　用金属锆还原铬酸铯可得到高质量的金属铯，但还原速度快，会产生爆炸，对反应装置和操作条件要求严格。

　　用硅还原铬酸铯，可控制铯的蒸气在恒速下排出。这种方法已广泛用于在光电管面板沉积铯。反应为：

　　4Cs2CrO4+5Si=2Cr2O3+5SiO2+8Cs

　　铯榴石(2Cs2O?2Al2O3?9SiO2?H2O)在1073K温度的真空中用钠还原，或用钙于1173K温度下还原，均可得到金属铯。先将铯榴石矿石粉碎，加热除去水分，然后加入理论量过量200％～300％的钠或钙，在1～10Pa真空压力和1073～11(垃圾分类顺口溜：干湿要分开，能卖拿去卖，有害单独放。绿厨厨，黄其其，红危危，蓝宝宝。可回收，丢蓝色，有害垃圾丢红色，厨余垃圾是绿色，其它垃圾用灰色。垃圾多，危害大，分类摆放人人夸。)73K温度下还原，可得到钠、钾和其他杂质含量较高的粗金属铯。由于钠、钾的蒸气压在一定温度下与铯的不同，粗金属铯经多次蒸馏即可得到纯度较高的金属铯。

　　4物化性质

　　物理性质

　　铯 金黄色金属，性软而轻，具有延展性。密度1.8785克/厘米3。熔点28.40±0.01℃，沸点678.4℃。化合价+1。电离能3.894电子伏特。在碱金属中它是最活泼的，能和氧发生剧烈反应，生成多种氧化物(据《元素化学》介绍至少有7种)的混合物。

　　在空气中，氧化的热量足以使铯熔化并点燃。铯不与氮反应，但在高温下能与氢反应，生成相当稳定的氢化物。

　　铯和水，甚至和温度低到-116℃的冰均可发生猛烈反应。与卤素也可生成稳定的卤化物，这是由于它的离子半径大所带来的特点。铯和有机物也会发生同其他碱金属相类似的反应，但它比较活泼。氯化铯、碳酸铯是它的主要化合物。

　　化学性质

　　晶体结构：体心立方晶格

　　铯在空气中生成一层灰蓝色的氧化铯，不到一分钟就可以燃烧起来，发出玫瑰色的火焰，生成过氧化铯和超氧化铯。

　　铯的化学性质极为活泼，在潮湿空气中容易自燃，所以必须储存在惰性气体中，如氩和氮中。

　　与水反应

　　铯和水的反应是爆炸性的，反应生成氢气和氢氧化铯：2Cs+2H2O→2CsOH+H2↑

　　和温度低到-116℃的冰也可发生猛烈反应产生氢气、氢氧化铯，生成的氢氧化铯是氢氧化碱中碱性最强的。

　　与氯气反应

　　铯可以在氯气中自燃，生成氯化铯。

　　与氧气反应

　　铯能和氧发生剧烈反应，生成多种铯氧化物。

　　铯在空气中生成一层灰蓝色的氧化铯，不到一分钟就可以燃烧起来，发出玫瑰色的火焰，生成过氧化铯和超氧化铯。

　　在潮湿空气中，氧化的热量足以使铯熔化并燃烧。

　　其他化学性质

　　铯不与氮反应，但在高温下能与氢反应，生成相当稳定的氢化物。

　　与卤素也可生成稳定的卤化物，这是由于它的离子半径大所带来的特点。

　　铯和有机物也会发生同其他碱金属相类似的反应，但它比较活泼。氯化铯是它的主要化合物。

　　铯盐跟钾盐、钠盐一样溶于所有盐溶液中。(高氯酸盐不溶)

　　铯的一些化学反应方程式如下：

　　2Cs+2H2O=2CsOH+H2（现象：产生气体）

　　Cs+O2=CsO2（铯与氧气反应）

　　HSbF6+CsOH=H2O+CsSbF6

　　5铯的用途

　　铯 铯是制造光电管的主要感光材料，使用光波范围广、灵敏度高、稳定。氧银铯、锑铯等用作低压电电池、光电倍增管，以及作真空管的吸气剂。在离子发动机、磁流发电机、热电换能器及超临界蒸气发电系统等方面都用到铯，铯原子钟的准确度已经达到500万年误差仅1秒的水平。由钠和铊激活的碘化铯可制作工业和医疗用的X射线图象增强器输出屏，碘化铯晶体在光电技术上有特殊作用，我国已研究特大单晶。用铯形成的人工铯离子云，可以进行电磁波的传播和反射。铯及其他合物，在许多反应中具有良好的催化和助催性能，铯盐还可用于生产激光用的玻璃。多种铯盐用于微量分析和医用药物。铯还可配制多种易熔合金。

　　词条图片

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标签：金属反应