Химия - Цезий - Применение
01 марта 2011Оглавление:
1. Цезий
2. История
3. Геохимия и минералогия
4. Получение
5. Изотопы
6. Физические свойства
7. Применение
8. Биологическая роль
9. Интересные факты
Цезий нашёл применение только в начале XX века, когда были обнаружены его минералы и разработана технология получения в чистом виде. В настоящее время цезий и его соединения используются в электронике, радио-, электро-, рентгенотехнике, химической промышленности, оптике, медицине, ядерной энергетике. В основном применяется стабильный природный цезий-133, и ограниченно — его радиоактивный изотоп цезий-137, выделяемый из суммы осколков деления урана, плутония, тория в реакторах атомных электростанций.
Фотоэлементы, фотоумножители
Благодаря крайне низкой работе выхода электрона, цезий используется при производстве высокочувствительных и малоинерционных фотоэлектрических приборов — фотоэлементов, фотоумножителей. В фотоэлементах цезий обычно применяется в виде сплавов с сурьмой, кальцием, барием, алюминием, или серебром, которые вводятся для повышения эффективности устройства, а также для экономии чрезвычайно дорогого цезия. Такие фотоэлементы способны работать в широком диапазоне длин волн: от дальней инфракрасной, до коротковолновой ультрафиолетовой области электромагнитного излучения, что делает цезиевые фотоэлементы эффективнее рубидиевых.
Счётчики заряженных частиц
Йодид цезия в виде монокристаллов является чрезвычайно важным и чувствительным материалом в области регистрации излучений. Детекторы частиц на его основе применяются в атомной технике, геологии, медицине, космических исследованиях. Так, например, измерения элементного состава поверхности Марса выполнялись с помощью гамма спектрометра на основе CsI, установленного на космическом орбитальном аппарате «Марс-5».
Оптика
Йодид и бромид цезия применяются в качестве оптических материалов в специальной оптике — инфракрасные приборы, очки и бинокли ночного видения, прицелы, обнаружение техники и живой силы противника.
Источники света
В электротехнике цезий применяется в изготовлении светящихся трубок, в виде соединений с цирконием или оловом. Наряду с другими металлами цезий используется для наполнения осветительных газоразрядных металлогалогеновых ламп.
Катализаторы
Цезий нашёл большое применение в производственной химии в качестве катализатора. Каталитическая активность цезия используется в процессах получения аммиака, серной кислоты, бутилового спирта, в реакциях дегидрогенизации и при получении муравьиной кислоты. Особенно эффективным является применения цезия как промотора при каталитическом получении аммиака, синтезе бутадиена, и имеет очень большое экономическое значение так как резко увеличивает эффективность синтеза. Очень большое значение приобрел рутений-цезий-углеродный катализатор. В целом применение цезия в катализе имеет не только большую сферу его потребления но и большие перспективы дальнейшего развития. В ряде катализаторов оказалось чрезвычайно эффективным применение цезия совместно с рубидием. Цезий промотирует действие серебряного катализатора, и повышает его селективность при эпоксидировании этилена.
Химические источники тока
На основе цезия создан и применяется высокоэффективный твёрдый электролит для топливных элементов, и аккумуляторов чрезвычайно высокой энергоёмкости — цезий-бета-глинозём.
Изотопы
Радиоактивный нуклид цезий-137 претерпевает бета-распад используется в гамма-дефектоскопии, измерительной технике и при стерилизации пищевых продуктов, а также для стерилизации медицинских препаратов и лекарств, в радиотерапии для лечения злокачественных опухолей. Также цезий-137 используется в производстве радиоизотопных источников тока, где он применяется в виде хлорида цезия. Цезий-137 используется в датчиках предельных уровней сыпучих веществ в непрозрачных бункерах.
Единственный стабильный нуклид цезий-133 используется в атомных часах.
Медицина
На основе соединений цезия созданы эффективные лекарственные препараты для лечения язвенных заболеваний, дифтерии, шоков, шизофрении.
Применение цезия в энергетике и космосе
Значительной сферой применения металлического цезия являются новейшие и стремительно развивающиеся работы и производство энергетических агрегатов. Цезиевая плазма является важнейшей и неотъемлемой компонентой МГД-генераторов с повышенным КПД до 65—70 %. Ионизированые пары цезия являются лучшим рабочим телом для ионных двигателей в космосе.
Сплав цезия с барием является лучшим из известных материалов для выпрямления сверхмощных потоков электроэнергии и в будущем займёт важнейшее положение в большой энергетике и космических электроракетных установках. Одним из его отличительных особенностей является возможность выпрямления и коммутирования чудовищных мощностей в импульсном режиме. Ввиду того, что цезий имеет большую теплоёмкость, теплопроводность и ряд собственных сплавов с очень низкой температурой плавления −30 °C, то используется в качестве теплоносителя в атомных реакторах и высокотемпературных турбоэнергетических установках, а сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °C среди сплавов.
В течение последних 25 лет цезий исследуется в мире как Материя Ридберга, по предварительным оценкам, сделанным экспериментально в Швеции и России, КВС цезия при температуре менее 700 K имеет весьма высокую электропроводность и работу выхода менее 1эВ и вплоть до 0,2 эВ, что позволяет применить металлический цезий для производства высокоэффективных источников тока, электростанций, утилизации тепла. Конденсат возбуждённых состояний цезия образуется при прокачке его паров сквозь перфорированный материал коллектора, имеющий на своей поверхности тончайший слой углерода или окислов. Для исследования КВС цезия применяется растровое лазерное сканирование, оптическая спектроскопия и съёмка видеокамерой, и уже в ходе первых исследований были обнаружены аномальные явления, проявившие себя в образовании кластеров капельной плазменной фракции, окрашенной в зеленые тона, и резком уменьшении работы выхода коллектора.
Металлургия
Металлический цезий на заре поисков его ассимиляции в промышленности обнаружил свойство резко повышать жаропрочность магния и алюминия, так например добавка 0,3—0,4 % цезия к магнию в 3 раза повышает его прочность на разрыв и резко улучшает его коррозионную стойкость, но ввиду весьма высокой цены, и наличия других более дешёвых металлов для легирования он не применяется для этой цели.
Высокотемпературная сверхпроводимость
Недавно найдено, что продукты внедрения цезия в графит обладают свойством высокотемпературной сверхпроводимости и интенсивно изучаются.
Производство лазеров
В последние годы цезий так же весьма интенсивно изучается как рабочее тело и излучательная среда для создания лазеров имеющих рекордные значения пиковых мощностей как в непрерывном так и в импульсном режиме работы, и в значительной степени этот интерес и огромные капиталовложения направлены на разработку лазеров для вооружения и в области получения термоядерной энергии, но… в равной степени интересу и капиталовложениям противопоставлена закрытость и минимум информации для печати.
Производство электродов
Совершенно особое место и очень большую область применения и расхода металлического цезия в последние годы представляет его использование в качестве добавки к вольфраму для производства электродов мощных осветительных дуговых ламп и электродов применяемых для сварки алюминия, магния, титана, церия, нержавеющей стали и целого ряда активных сплавов в среде аргона, гелия и водорода. Применение этой добавки в значительной степени облегчает зажигание и горение дуги при низком напряжении.
Термоэлектрические материалы
Совсем недавно цезий приобрёл новое направление своей ассимиляции, и это направление является революционным прорывом для разработки новейшей компьютерной техники, генераторов энергии, холодильников глубокого холода и так далее. Оказалось что сплав сверхчистого висмута, сверхчистого теллура, и сверхчистого цезия обладает поистине фантастическими возможностями для создания охладителей основанных на эффекте Пельтье. Как показывает практический опыт эксплуатации этого нового полупроводникового материала, его использование наиболее эффективно именно в новейших суперпроцессорах на основе нитрида бора и монокристаллического алмаза в качестве теплоотвода и основы схемы. Применение этого материала открывает широкие возможности для повышения быстродействия — то есть «ускорения холодом». Так в опытах с этим новым полупроводниковым материалом удалось на сегодняшний день получить охлаждение вплоть до −237 °C, и это в свою очередь позволяет создавать микрохолодильники для охлаждения мощных процессоров, холодильники для глубокой заморозки тканей и клеточного материала, сжижения газов, охлаждения боевых ультрафиолетовых и инфракрасных лазерных систем, тепловизоров, а в перспективе для охлаждения высокотемпературных сверхпроводников для высокоскоростного транспорта на «магнитной подушке». Очень важным направлением использования данного полупроводника ряд специалистов рассматривает создание лазеров на монокристаллах алмаза с очень высоким КПД, и возможностью работы в пикосекундном диапазоне, что очень важно для конструирования оптоэлектронных систем для обработки информации. Ведущей страной в этой новой области использования является Япония.
Оптические материалы микроэлектроники
Триборат цезия и триборат цезия-лития, а также фосфат цезия-галлия используются как специальные оптические материалы в новейших областях радиоэлектроники.
Пьезоэлектрические материалы
Дигидрофосфат цезия в 7 раз более эффективный пьезоэлектрик, чем кварц, и, несмотря на то, что несколько уступает по эффективности сегнетовой соли, тем не менее более устойчив к влаге чем последняя.
Атомно-водородная энергетика
Совершенно исключительное значение металлический цезий играет в атомно-водородной энергетике при разложении воды термохимическим способом.
Защита воздушных судов
Очень важной областью применения цезия является производство специальных ламп с электронным управлением, для создания тепловых помех для ракет противника. Такие цезиевые лампы устанавливаются на современных боевых самолётах и в значительной степени повышают живучесть самолетов в бою.
Прочие области ассимиляции цезия
Фторид цезия применяют для получения фторорганических соединений, пьезоэлектрической керамики, специальных стекол. Хлорид цезия — электролит в топливных элементах, флюс при сварке молибдена.
Просмотров: 23964
|
|