銫,元素符號Cs,原子序數為55,位于(yu)第六周(zhou)期(qi),IA族,其單質是一(yi)種淡金(jin)黃(huang)色的(de)(de)活潑(po)金(jin)屬,熔點低(di),在空氣中(zhong)極易被氧(yang)化,能與水劇(ju)烈反應生成(cheng)氫氣且(qie)爆炸。銫在自(zi)然界沒有(you)單質形(xing)態,僅以鹽的(de)(de)形(xing)式(shi)極少的(de)(de)分布于(yu)陸地和海洋中(zhong)。銫是制(zhi)造真空件器、光電(dian)管等的(de)(de)重要(yao)材料。放射性核(he)素Cs-137是日本福島第一(yi)核(he)電(dian)站(zhan)泄漏出的(de)(de)放射性污染中(zhong)的(de)(de)一(yi)種。
銫是(shi)已(yi)知元素(su)中(包括放射性(xing)(xing)(xing)元素(su))金屬(shu)性(xing)(xing)(xing)最(zui)(zui)強的(注意不是(shi)金屬(shu)活動性(xing)(xing)(xing),活動性(xing)(xing)(xing)最(zui)(zui)強的是(shi)鋰)。
外觀 銀金色的金屬
硬度 非常柔軟(它的(de)莫氏硬度是所(suo)有元素中最低的(de))
元(yuan)素表位(wei)置 位(wei)于第(di)六(liu)周期(qi)的IA族
延(yan)(yan)展性 具有延(yan)(yan)展性
放射性 沒有放射性
密度 1.87g/cm3
熔點 28.40℃,接(jie)近室溫
沸點 668-705℃
危(wei)險(xian)性 金屬(shu)銫屬(shu)于危(wei)險(xian)化學(xue)品(pin),屬(shu)遇濕易燃和(he)自燃物品(pin)。使(shi)用時(shi)應小(xiao)心
銫的生(sheng)物行為與(yu)鉀相似,食(shi)用(yong)了含銫-137的生(sheng)物可溶化合物24小時后,銫–137可被人體充分吸(xi)收并結合在細胞內(nei),造成內(nei)照射。
銫-137可作為γ輻射源(yuan),用于輻射育種、輻照儲(chu)存(cun)食(shi)品、醫療(liao)器械的(de)殺菌、癌癥的(de)治療(liao)以及(ji)工業設(she)備(bei)的(de)γ探傷等(deng)。由于銫源(yuan)的(de)半衰(shuai)期較長(chang)及(ji)其(qi)易(yi)造(zao)成(cheng)擴散的(de)弱點(dian),故銫-137源(yuan)已漸被鈷-60源(yuan)所取代。
2011年3月29日,在(zai)安徽(hui)省、廣東省、廣西壯族自(zi)治區和寧(ning)夏回族自(zi)治區的(de)監測點氣溶膠(jiao)取樣中還檢測到了極微量的(de)人工放射性核(he)素銫-137和銫-134,其(qi)濃度均(jun)(jun)在(zai)10-5貝克/立方米量級及以下。環境(jing)中銫-137進入人體(ti)后易(yi)被吸收,均(jun)(jun)勻分布于(yu)全(quan)身(shen);由(you)于(yu)銫-137能釋放γ射線,很容易(yi)在(zai)體(ti)外(wai)測出。進入體(ti)內的(de)放射性銫主要滯留在(zai)全(quan)身(shen)軟組織中,尤其(qi)是肌肉中,在(zai)骨和脂肪中濃度較(jiao)低;較(jiao)大(da)量放射性銫攝入體(ti)內后可引起急(ji)、慢性損傷。
核素 化學符號 原子序數(shu) 主要放射性(xing)(xing)同位(wei)素 半(ban)衰期 來源 毒性(xing)(xing)
銫 Cs 55 137Cs 30.0年 人(ren)工(gong) 中毒
銫(se)的(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)性質極(ji)為活(huo)潑,銫(se)在空氣(qi)中生成(cheng)一層(ceng)灰藍色的(de)(de)氧化(hua)(hua)物(wu),不到一分鐘就可(ke)以(yi)自燃起(qi)來,發出(chu)深紫(zi)紅色的(de)(de)火焰,生成(cheng)很復雜的(de)(de)銫(se)的(de)(de)氧化(hua)(hua)物(wu)。
銫(se)在堿(jian)金屬(shu)中(zhong)(zhong)是最(zui)活潑的(de),能和(he)氧發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)劇烈反應(ying),生(sheng)(sheng)成多種銫(se)氧化(hua)物(wu)(wu)。在潮(chao)濕(shi)空氣(qi)中(zhong)(zhong),氧化(hua)的(de)熱量足以使銫(se)熔化(hua)并燃燒。銫(se)不與(yu)(yu)氮反應(ying),但(dan)在高溫下(xia)能與(yu)(yu)氫(qing)(qing)化(hua)合,生(sheng)(sheng)成相當(dang)穩定(ding)的(de)氫(qing)(qing)化(hua)物(wu)(wu)。銫(se)能與(yu)(yu)水發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)劇烈的(de)反應(ying),如果把銫(se)放(fang)進盛(sheng)有水的(de)水槽中(zhong)(zhong),馬上就會(hui)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)爆炸。甚至和(he)溫度低到-116℃的(de)冰均(jun)可發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)猛烈反應(ying)產生(sheng)(sheng)氫(qing)(qing)氣(qi)、氫(qing)(qing)氧化(hua)銫(se),生(sheng)(sheng)成的(de)氫(qing)(qing)氧化(hua)銫(se)是無放(fang)射(she)性的(de)氫(qing)(qing)氧化(hua)物(wu)(wu)中(zhong)(zhong)堿(jian)性最(zui)強的(de)。與(yu)(yu)鹵(lu)素也可生(sheng)(sheng)成穩定(ding)的(de)鹵(lu)化(hua)物(wu)(wu),這是由于它(ta)的(de)離子半徑大所帶來的(de)特點。銫(se)和(he)有機物(wu)(wu)也會(hui)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)同其他堿(jian)金屬(shu)相類似的(de)反應(ying),但(dan)它(ta)比(bi)較活潑。
銫鹽(yan)跟鉀(jia)鹽(yan)、鈉(na)鹽(yan)一(yi)樣溶于所有鹽(yan)溶液中。但是不溶于高(gao)氯酸鹽(yan)。
碘化(hua)(hua)銫與三碘化(hua)(hua)鉍反應能生成難溶的亮紅(hong)色(se)復(fu)鹽(yan),此(ci)反應用來(lai)定性(xing)和定量測定銫;銫的火焰呈比(bi)鉀(jia)深的紫紅(hong)色(se),可用來(lai)檢驗銫。
化(hua)(hua)合物:銫在空(kong)氣中(zhong)氧(yang)化(hua)(hua)不僅僅得到氧(yang)化(hua)(hua)銫、過氧(yang)化(hua)(hua)銫,還(huan)有超(chao)氧(yang)化(hua)(hua)銫、臭氧(yang)化(hua)(hua)銫等復雜(za)的非整比化(hua)(hua)合物產生(sheng)。
銫(se)鹽(yan)通(tong)常(chang)是無色的(de)(de),除非陰離子有顏色(如高錳酸銫(se)是紫色的(de)(de))。許多簡(jian)單的(de)(de)鹽(yan)具有潮解(jie)性,但比更輕的(de)(de)其(qi)他堿(jian)金屬弱。銫(se)的(de)(de)乙酸鹽(yan)、碳酸鹽(yan)、鹵化(hua)(hua)物、氧(yang)化(hua)(hua)物、硝酸鹽(yan)和硫酸鹽(yan)可(ke)溶于水。復(fu)鹽(yan)通(tong)常(chang)溶解(jie)度較小,硫酸鋁銫(se)溶解(jie)度較小的(de)(de)性質常(chang)用來從礦石中提純銫(se)。與銻(例如CsSbCl4)、鉍、鎘、銅、鐵和鉛形成的(de)(de)復(fu)鹽(yan)通(tong)常(chang)溶解(jie)度很(hen)小。
氫(qing)(qing)氧化銫(se)(CsOH)是一種具有強(qiang)(qiang)烈吸水性(xing)的強(qiang)(qiang)堿。它能迅速腐蝕半導體(ti)材料(例如硅(gui))的表面。化學家曾認為(wei)CsOH是“最強(qiang)(qiang)的堿”,但(dan)是許多化合(he)物的堿性(xing)(質子堿性(xing))遠比CsOH強(qiang)(qiang),例如正(zheng)丁基鋰,氫(qing)(qing)化銫(se)和氨基鈉。
銫(se)可以用(yong)電(dian)解(jie)法(fa)和(he)熱還原(yuan)法(fa)制(zhi)備。但(dan)是(shi)(shi)由于(yu)對電(dian)極有強腐蝕性,工業上一般不用(yong)電(dian)解(jie)法(fa)。所以工業上是(shi)(shi)由氯化銫(se)高溫用(yong)金(jin)屬(shu)鈣還原(yuan)制(zhi)取金(jin)屬(shu)銫(se)。
長(chang)壽命的銫(se)–137是鈾-235的裂變(bian)產物。半衰期30.17年,可輻(fu)射(she)(she)(she)β射(she)(she)(she)線(xian)和γ射(she)(she)(she)線(xian),用作β和γ輻(fu)射(she)(she)(she)源,用于工(gong)農業和醫療。隨(sui)著(zhu)核(he)燃(ran)料放射(she)(she)(she)性(xing)廢物儲放的時(shi)間,其輻(fu)射(she)(she)(she)的γ射(she)(she)(she)線(xian)比例增加,是儲存的主要對(dui)象。
為了探(tan)索(suo)宇宙,必須(xu)有(you)一種嶄新的、飛(fei)行速度(du)極快的交通工(gong)具。一般的火箭、飛(fei)船都達不到這樣的速度(du),最多只(zhi)能沖出地(di)月系(xi);只(zhi)有(you)每小時能飛(fei)行十(shi)幾萬公里(li)的“離(li)子火箭”才能滿足(zu)要求(qiu)。
銫(se)(se)原子的(de)(de)最外(wai)層電子極不穩定,很容易被激發(fa)放射(she)出來,變(bian)成(cheng)為帶(dai)(dai)正(zheng)電的(de)(de)銫(se)(se)離(li)子,所以是宇宙(zhou)航行(xing)離(li)子火(huo)(huo)箭發(fa)動機理(li)想的(de)(de)“燃料”。銫(se)(se)離(li)子火(huo)(huo)箭的(de)(de)工(gong)作原理(li):發(fa)動機開動后,產生大量的(de)(de)銫(se)(se)蒸氣,銫(se)(se)蒸氣經過離(li)化器的(de)(de)“加工(gong)”,變(bian)成(cheng)了帶(dai)(dai)正(zheng)電的(de)(de)銫(se)(se)離(li)子,接著在磁場(chang)的(de)(de)作用下加速到每秒(miao)一百五十公里,從(cong)噴(pen)管噴(pen)射(she)出去,同時給離(li)子火(huo)(huo)箭以強大的(de)(de)推動力,把火(huo)(huo)箭高(gao)度推向(xiang)前進。
計算表明,用(yong)這(zhe)(zhe)種銫離子(zi)作宇宙火箭的(de)推(tui)進劑,單位重量產生的(de)推(tui)力要(yao)比使用(yong)的(de)液體(ti)或固體(ti)燃料(liao)高出上百倍。這(zhe)(zhe)種銫離子(zi)火箭可以在(zai)宇宙太空遨游(you)一二年甚至更久。
銫原子(zi)的(de)最(zui)外層的(de)電(dian)子(zi)繞著原子(zi)核(he)旋轉的(de)速度,總是(shi)極其精確地(di)在幾十億分(fen)之一(yi)(yi)秒(miao)的(de)時間(jian)內轉完一(yi)(yi)圈,穩定(ding)性比(bi)地(di)球繞軸自轉高得多。利用銫原子(zi)的(de)這(zhe)(zhe)個(ge)特點,人們(men)制成(cheng)了一(yi)(yi)種新型(xing)的(de)鐘——銫原子(zi)鐘,規定(ding)一(yi)(yi)秒(miao)就(jiu)是(shi)銫原子(zi)“振動”9192631770次(即相當于銫原子(zi)的(de)兩(liang)個(ge)超精細電(dian)子(zi)遷躍9192631770次)所(suo)需(xu)要的(de)時間(jian)。這(zhe)(zhe)就(jiu)是(shi)“秒(miao)”的(de)最(zui)新定(ding)義。
利用(yong)(yong)銫(se)原(yuan)子鐘,人們可(ke)以十分(fen)精(jing)確(que)地測(ce)量(liang)出十億分(fen)之一(yi)秒(miao)的(de)(de)時間(jian),精(jing)確(que)度(du)和穩定性遠(yuan)(yuan)遠(yuan)(yuan)地超(chao)過世界(jie)上(shang)(shang)以前(qian)有(you)過的(de)(de)任何一(yi)種表(biao),也超(chao)過了許多年(nian)來一(yi)直(zhi)以地球自轉作基準的(de)(de)天文時間(jian)。有(you)了像銫(se)原(yuan)子鐘這樣一(yi)類的(de)(de)鐘表(biao),人類就有(you)可(ke)能(neng)從(cong)事(shi)更為精(jing)細的(de)(de)科學(xue)研究和生產實踐,比如對原(yuan)子彈和氫彈的(de)(de)爆(bao)炸、火箭和導彈的(de)(de)發射以及宇宙航行(xing)等等,實行(xing)高度(du)精(jing)確(que)的(de)(de)控制(zhi),當然也可(ke)以用(yong)(yong)于遠(yuan)(yuan)程飛(fei)行(xing)和航海。用(yong)(yong)銫(se)作成的(de)(de)原(yuan)子鐘,可(ke)以精(jing)確(que)的(de)(de)測(ce)出十億分(fen)之一(yi)秒(miao)的(de)(de)一(yi)剎那,它連續(xu)走上(shang)(shang)三十萬年(nian),誤(wu)差也不超(chao)過1s,精(jing)確(que)度(du)相當高。另外,銫(se)在醫學(xue)上(shang)(shang)、導彈上(shang)(shang)、宇宙飛(fei)船上(shang)(shang)及各種高科技行(xing)業中都有(you)廣泛(fan)應(ying)用(yong)(yong)。
2023年2月(yue),澳大(da)利亞科學家在最(zui)新(xin)一期《物理評論快報》雜志(zhi)上(shang)撰文稱,他(ta)們借助(zhu)由(you)一個普通的(de)銫原子(zi)和(he)名為繆(mou)子(zi)的(de)基(ji)本(ben)粒(li)子(zi)組成的(de)一種不(bu)尋常的(de)原子(zi),通過理論研究,提高了對銫原子(zi)核的(de)磁性結構、在銫原子(zi)中的(de)作用以及繆(mou)子(zi)效(xiao)應的(de)理解。最(zui)新(xin)方法有望提供一種不(bu)同于大(da)型強子(zi)對撞(zhuang)機(ji)的(de)方式發現新(xin)粒(li)子(zi),或有助(zhu)揭示占據宇宙總質(zhi)量95%的(de)暗物質(zhi)的(de)秘密。
銫噴泉鐘,是世界(jie)上(shang)最精確的時鐘之一(yi)。
銫最終被基爾霍夫(fu)教授(shou)和本生(sheng)于(yu)1860年在德(de)國的(de)海(hai)德(de)堡被發(fa)現。他們檢測了(le)來自Durkheim的(de)礦物質(zhi)水,并且在光譜中觀察到了(le)他們不能認出的(de)線,這(zhe)意味著(zhu)一(yi)個(ge)新的(de)元素的(de)出現。他們從這(zhe)個(ge)來源生(sheng)產(chan)出了(le)約(yue)7克氯化(hua)銫,但(dan)沒能生(sheng)產(chan)出這(zhe)種新金(jin)屬自身的(de)樣本。第一(yi)個(ge)成(cheng)功制(zhi)出金(jin)屬銫的(de)這(zhe)個(ge)榮(rong)譽歸屬于(yu)波恩大學的(de)考爾·希歐(ou)多(duo)爾·賽特(te)伯(bo)格(Carl Theodor Setterberg)教授(shou),他由電解熔(rong)融的(de)氰化(hua)銫(CsCN)獲取了(le)它。
命名(ming)是由其(qi)發(fa)現者基(ji)爾霍夫(fu)教授和本生以拉丁文“coesius”(意為天藍色(se))命名(ming)了(le)銫(se)。
銫(se)在地殼中含量為2×10-3%。銫(se)榴(liu)石是含銫(se)礦物(wu),也(ye)是提取銫(se)的(de)主要原料。已(yi)發(fa)現34種(zhong)銫(se)的(de)同(tong)位素,其中銫(se)–133是唯一存在于自(zi)然界的(de)穩(wen)定同(tong)位素,其余皆是鈾裂(lie)變產(chan)生的(de)放射(she)性(xing)同(tong)位素。
Durkheim的(de)(de)礦物(wu)(wu)質(zhi)水中含(han)有豐富的(de)(de)銫化合(he)物(wu)(wu),所以(yi)可以(yi)從Durkheim的(de)(de)礦物(wu)(wu)質(zhi)水提取金屬(shu)銫。
銫元素一般分布在含礦(kuang)物(wu)質較多的(de)水中。