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| 銫 |
金屬銫是一種金黃色，熔點低的活潑金屬，在空氣中極易被氧化，能與水劇烈反應生成氫氣且爆炸。銫在自然界沒有單質形態，銫元素以鹽的形式極少的分布於陸地和海洋中。銫也是製造真空件器、光電管等的重要材料。放射性核素Cs-137是日本福島第一核電站泄露出的放射性污染中的一種。
基本信息
中文名； 銫
外文名； Caesium
元素符號； Cs
原子量； 132.90543
元素類型； 金屬元素
原子序數； 55
發現人； 本生、基爾霍夫
危險性； 遇濕易燃，自燃
CAS號； 7440-46-2
熔點； 28.44℃
沸點； 671℃
基本介紹
中文名：銫
符號：Cs
序號：55
族；ⅠA
周期：6
元素分區；s
密度：1879.8785 kg／m³
硬度：0.2
顏色：金黃色
地殼含量：3ppm
原子量： 132.9
原子半徑：260（298）pm
共價半徑：225 pm
物質狀態；固態
熔點；301.59 K（28.44°C）
摩爾體積： 70.94×10⁻⁶m³/mol 沸點： 944 K（671 .4°C）
電負性；0.79(鮑林標度)
CAS號：7440-46-2
比熱：240 J/(kg·K)
電導率；4.89×10^6/(米歐姆)
熱導率：35.9 W/(m·K)
電離能；第一電離能 375.7 kJ/mol 第二電離能 2234.3 kJ/mol 第三電離能 3400 kJ/mol
元素介紹
銫（sè)(舊譯作鏭) 英文名是Caesium 或 Cesium是一種化學元素，它的化學符號是Cs，它的原子序數是55，是一種帶銀金色的鹼金屬。 命名是由其發現者Robert Bunsen和Gustav Kichhoff以拉丁文「coesius」（意為天藍色）命名了銫。銫的顏色是金色的，質地非常軟，熔點低，28.44 °C時即會熔化(隔着玻璃管在手中攥拳一會就會熔化)。
銫的化學性質極為活潑，在潮濕空氣中容易自燃:2Cs+3O₂==2CsO₃.在空氣中容易氧化:Cs+O₂==CsO₂。銫和水的反應是爆炸性的，反應生成氫氣和氫氧化銫：2Cs+2H₂O==2CsOH+H₂↑。銫可以在氯氣中立即自燃，生成氯化銫:2Cs+Cl₂==2CsCl.銫與水和-116°C的冰反應都很劇烈；碘化銫與三碘化鉍反應能生成難溶的亮紅色復鹽，此反應用來定性和定量測定銫；銫的火焰成比鉀深的紫紅色，可用來檢驗銫。元素名來源於拉丁文，原意是「天藍」。
自然界中銫鹽存在於礦物中，也有少量氯化銫存在於光鹵石。由氯化銫高溫用鈣還原製取。
歷史簡介
在1846年，當Carl Plattner研究銫榴石（銫硅酸鋁）時幾乎就要發現銫。他可以僅僅依靠其含的93%的銫，但之後他沒有原料來分析了。（後來他意識到他錯把銫當作鈉和鉀了。）
銫最終被Gustav Kirchhoff和Robert Bunsen於1860年在德國的海德堡被發現。他們檢測了來自Durkheim的礦物質水，並且在光譜中觀察到了他們不能認出的線，這意味着一個新的元素的出現。他們從這個來源生產出了約7克氯化銫，但沒能生產出這種新金屬自身的樣本。這個榮譽歸屬于波恩大學的Carl Theodor Setterberg，他由電解熔融的氰化銫（CsCN）獲取了它。[1]
發現過程
1860年，德國的本生和基爾霍夫，在對礦泉水的提取物進行光譜實驗時，發現了銫。
光譜分析比化學分析靈敏度高，在地殼中含量較少的銫、銣、鉈、銦，在逃過了分析化學家們的手之後，就被光譜分析的關卡逮捕住了。 1860年，本生和基爾霍夫創建光譜分析的這一年，他們用分光鏡在濃縮的杜克海姆礦泉水中發現有一個新的鹼金屬存在。他們在一篇報告中敘述着：「蒸發掉40噸礦泉水，把石灰、鍶土和苦土沉澱後，用碳酸銨除去鋰土，得到的濾液在分光鏡中除顯示出鈉、鉀和鋰的譜線外，還有兩條明亮的藍線，在鍶線附近。現在並無已知的簡單物質能在光譜的這一部分顯現出這兩條藍線。經過研究可以得出結論，必有一未知的簡單物質存在，屬於鹼金屬族。我們建議把這一物質叫做Cesium(銫)，符號為Cs。命名來自拉丁文Caesius，古代人們用它指晴朗天空的藍色……」
其實早在1846年，德國弗賴貝格（Freiberg）冶金學教授普拉特勒曾經分析了鱗雲母（又稱紅雲母）礦石時，誤將硫酸銫當成了硫酸鈉和硫酸鉀的混合物了。銫從他手中溜走了。
金屬銫一直到1882年才由德國化學家塞特貝格電解氰化銫和氰化鋇的混合物獲得。[2]
物化性質
化學性質
晶體結構：體心立方晶格。銫在空氣中生成一層灰藍色的氧化銫，不到一分鐘就可以自燃起來，發出深紫紅色的火焰，生成很複雜的銫的氧化物。銫在鹼金屬中是最活潑的，能和氧發生劇烈反應，生成多種銫氧化物。在潮濕空氣中，氧化的熱量足以使銫熔化並燃燒。銫不與氮反應，但在高溫下能與氫反應，生成相當穩定的氫化物。
銫能與水發生劇烈的反應，如果把銫放進盛有水的水槽中，馬上就會爆炸，所以做反應時一定要小心。甚至和溫度低到-116℃的冰均可發生猛烈反應產生氫氣、氫氧化銫，生成的氫氧化銫是無放射性的氫氧化鹼中鹼性最強的。與鹵素也可生成穩定的鹵化物，這是由於它的離子半徑大所帶來的特點。銫和有機物也會發生同其他鹼金屬相類似的反應，但它比較活潑。
銫鹽跟鉀鹽、鈉鹽一樣溶於所有鹽溶液中。（高氯酸鹽不溶）
物理性質
金黃色金屬，性軟而輕，具有延展性。密度1.8785克/厘米³。熔點28.40±0.01℃，沸點678.4℃。化合價+1。電離能3.894電子伏特。在鹼金屬中它是最活潑的，能和氧發生劇烈反應，生成多種氧化物(據《元素化學》介紹至少有7種)的混合物。
在空氣中，氧化的熱量足以使銫熔化並點燃。銫不與氮反應，但在高溫下能與氫反應，生成相當穩定的氫化物。
銫和水，甚至和溫度低到-116℃的冰均可發生猛烈反應。與鹵素也可生成穩定的鹵化物，這是由於它的離子半徑大所帶來的特點。銫和有機物也會發生同其他鹼金屬相類似的反應，但它比較活潑。氯化銫、碳酸銫是它的主要化合物。
作用用途
為了探索宇宙，必須有一種嶄新的、飛行速度極快的交通工具。一般的火箭、飛船都達不到這樣的速度，最多只能衝出地月系；只有每小時能飛行十幾萬公里的「離子火箭」才能滿足要求。
前面我們已經說過，銫原子的最外層電子極不穩定，很容易被激發放射出來，變成為帶正電的銫離子，所以是宇宙航行離子火箭發動機理想的「燃料」。銫離子火箭的工作原理是這樣的：發動機開動後，產生大量的銫蒸氣，銫蒸氣經過離化器的「加工」，變成了帶正電的銫離子，接着在磁場的作用下加速到每秒一百五十公里，從噴管噴射出去，同時給離子火箭以強大的推動力，把火箭高度推向前進。
計算表明，用這種銫離子作宇宙火箭的推進劑，單位重量產生的推力要比現在使用的液體或固體燃料高出上百倍。這種銫離子火箭可以在宇宙太空遨遊一二年甚至更久。
相關介紹
化合物
CsCl中Cs和Cl的配位立方體的球棍模型，銫化合物多數都含有Cs離子，它能與很多種離子形成離子鍵。一個值得注意的例外是鹼化物中含有(Cs)。 其他例外還包括一些低氧化物（參見下面的氧化物章節）。
回到普通的銫化合物，Cs的鹽通常是無色的，除非陰離子有顏色。 許多簡單的鹽具有潮解性，但比更輕的其他鹼金屬弱。銫的乙酸鹽、碳酸鹽、鹵化物、氧化物、硝酸鹽和硫酸鹽可溶於水。 復鹽通常溶解度較小，硫酸鋁銫溶解度較小的性質常用來從礦石中提純銫。與銻（例如CsSbCl4）、鉍、鎘、銅、鐵和鉛形成的復鹽通常溶解度很小。
氫氧化銫（CsOH）是一種具有強烈吸水性的強鹼。它能迅速腐蝕半導體材料（例如硅）的表面。 過去化學家曾認為CsOH是「最強的鹼」，因為大陽離子Cs與OH的相互作用很微弱。許多化合物的鹼性遠比CsOH強，例如正丁基鋰和氨基鈉。
金化銫（CsAu）為離子化合物，含有罕見的Au⁻離子，成黃色。與水劇烈反應，生成氫氧化銫、金單質和氫氣。
2CsAu+2H₂O=2CsOH+H₂+Au
低熔點的金屬銫
最軟的金屬——銫。如果有人問，最軟的金屬元素是什麼？你可以這樣回答，銫就是最軟的金屬。銫的莫氏硬度只有0.2。銫具有活潑的個性，它本來披着一件漂亮的金黃色的「外衣」，可是一與空氣接觸，馬上就換成了灰暗色，甚至不到一分鐘就自動地燃燒起來，發出玫瑰般的紫紅色或藍色的光輝，把它投到水裡，會立即發生強烈的化學反應，發生爆炸。即使把它放在冰上，也會燃燒起來。正因為它這麼地「不老實」，平時人們就把他保存在充灌稀有氣體的玻璃管或安瓿瓶里，以免與空氣、水接觸。最有意思的是，銫的熔點很低，很容易就能變成液體。一般的金屬只有在熊熊的爐火中才能熔化。可是銫卻十分特別，熔點只有28.5攝氏度，除了水銀之外，它就是熔點最低的金屬了。
銫原子鐘
銫原子的第六層——即最外層的電子繞着原子核旋轉的速度，總是極其精確地在幾十億分之一秒的時間內轉完一圈，穩定性比地球繞軸自轉高得多。利用銫原子的這個特點，人們製成了一種新型的鐘——銫原子鐘，規定一秒就是銫原子「振動」9192601770次（即相當於銫原子的最外層電子旋轉這麼多圈）所需要的時間。這就是「秒」的最新定義。
利用銫原子鐘，人們可以十分精確地測量出十億分之一秒的時間，精確度和穩定性遠遠地扭過世界上以前有過的任何一種表，也超過了許多年來一直以地球自轉作基準的天文時間。人類創造性的勞動得到了收穫。大家知道，在我們日常生活里，只要知道年、月、日以至時、分、秒就可以了。但是現代的科學技術卻往往需要精確地計量更為短暫的時間，比如毫秒（千分之一秒）、微秒（百萬分之一秒）等 銫束管等。有了像銫原子鐘這樣一類的鐘表，人類就有可能從事更為精細的科學研究和生產實踐，比如對原子彈和氫彈的爆炸、火箭和導彈的發射以及宇宙航行等等，實行高度精確的控制，當然也可以用於遠程飛行和航海。
銫原子的最外層電子極不穩定，很容易被激發放射出來，變成為帶正電的銫離子，所以是宇宙航行離子火箭發動機理想的「燃料」。銫離子火箭的工作原理是這樣的：發動機開動後，產生大量的銫蒸氣，銫蒸氣經過離化器的「加工」，變成了帶正電的銫離子，接着在磁場的作用下加速到每秒一百五十公里，從噴管噴射出去，同時繪離子火箭以強大的推動力，把火箭高度推向前進。計算表明，用這種銫離子作宇宙火箭的推進劑，單位重量產生的推力要比現在使用的液體或固體燃料高出上百倍。
這種銫離子火箭可以在宇宙太空遨遊一二年甚至更久！用銫作成的原子鐘,可以精確的測出十億分之一秒的一剎那,它連續走上三十萬年,誤差也不超過1s，精確度相當高.，另外,銫在醫學上、導彈上、宇宙飛船上及各種高科技行業中都有廣泛應用。銫是鹼金屬的一種。與水發生強烈反應，產生氫氣、氫氧化物。生成的氫氧化銫是氫氧化鹼中鹼性最強的。
放射性銫的危害
3月29日，在安徽省、廣東省、廣西壯族自治區和寧夏回族自治區的監測點氣溶膠取樣中還檢測到了極微量的人工放射性核素銫-137和銫-134，其濃度均在10-5貝克/立方米量級及以下。環境中銫-137進入人體後易被吸收，均勻分布於全身；由於銫-137能釋放γ射線，很容易在體外測出。進入體內的放射性銫主要滯留在全身軟組織中，尤其是肌肉中，在骨和脂肪中濃度較低；較大量放射性銫攝入體內後可引起急、慢性損傷。
銫-137可作為γ輻射源，用於輻射育種、輻照儲存食品、醫療器械的殺菌、癌症的治療以及工業設備的γ探傷等。由於銫源的半衰期較長及其易造成擴散的弱點，故近年來銫-137源已漸被鈷-60源所取代。
礦藏分布
國產金屬銫
銫在地殼中含量為3×10%，銫榴石是含銫礦物，也是提取銫的主要原料。已發現34種銫的同位素，除銫–133是唯一存在於自然界的穩定同位素；其餘皆是鈾裂變產生的放射性同位素。
Durkheim的礦物質水中含有豐富的銫化合物，所以可以從Durkheim的礦物質水提取。
銫元素一般分布在含礦物質較多的水中。
裂變產物
長壽命的銫–137是鈾-235的裂變產物。半衰期30.17年，可輻射β射線和γ射線，用作β和γ輻射源，用於工農業和醫療。隨着核燃料放射性廢物儲放的時間，其輻射的γ射線比例增加；是儲存的主要對象。
離子火箭
為了探索宇宙，必須有一種嶄新的、飛行速度極快的交通工具。一般的火箭、飛船都達不到這樣的速度，最多只能衝出地月系；只有每小時能飛行十幾萬公里的「離子火箭」才能滿足要求。
銫原子的最外層電子極不穩定，很容易被激發放射出來，變成為帶正電的銫離子，所以是宇宙航行離子火箭發動機理想的「燃料」。銫離子火箭的工作原理是這樣的：發動機開動後，產生大量的銫蒸氣，銫蒸氣經過離化器的「加工」，變成了帶正電的銫離子，接着在磁場的作用下加速到每秒一百五十公里，從噴管噴射出去，同時給離子火箭以強大的推動力，把火箭高度推向前進。
計算表明，用這種銫離子作宇宙火箭的推進劑，單位重量產生的推力要比使用的液體或固體燃料高出上百倍。這種銫離子火箭可以在宇宙太空遨遊一二年甚至更久！
原子鐘
銫原子的最外層的電子繞着原子核旋轉的速度，總是極其精確地在幾十億分之一秒的時間內轉完一圈，穩定性比地球繞軸自轉高得多。利用銫原子的這個特點，人們製成了一種新型的鐘——銫原子鐘，規定一秒就是銫原子「振動」9192601770次（即相當於銫原子的兩個超精細電子遷躍9192601770次）所需要的時間。這就是「秒」的最新定義。
利用銫原子鐘，人們可以十分精確地測量出十億分之一秒的時間，精確度和穩定性遠遠地超過世界上以前有過的任何一種表，也超過了許多年來一直以地球自轉作基準的天文時間。有了像銫原子鐘這樣一類的鐘表，人類就有可能從事更為精細的科學研究和生產實踐，比如對原子彈和氫彈的爆炸、火箭和導彈的發射以及宇宙航行等等，實行高度精確的控制，當然也可以用於遠程飛行和航海。用銫作成的原子鐘,可以精確的測出十億分之一秒的一剎那,它連續走上三十萬年,誤差也不超過1s，精確度相當高.，另外,銫在醫學上、導彈上、宇宙飛船上及各種高科技行業中都有廣泛應用。[1]