Хімічно цезій дуже активний. На повітрі він миттєво окислюється із запалюванням, утворюючи надпероксід CsO2 з домішкою пероксиду Cs2 O2. Цезій здатний поглинати найменші сліди кисню в умовах глибокого вакууму. З водою він реагує з вибухом з утворенням гідроксиду CsOH і виділенням водню. Цезій взаємодіє навіть з льодом при -116 ° C. Його зберігання вимагає великої обережності.
Цезій взаємодіє і з вуглецем. Тільки найдосконаліша модифікація вуглецю - алмаз - в змозі протистояти цезію. Рідкий розплавлений цезій і його пари розпушують сажу, деревне вугілля та навіть графіт, проникаючи між атомами вуглецю і даючи досить міцні з'єднання золотисто-жовтого кольору. При 200-500 ° С утворюється з'єднання складу C8 Cs5. а при більш високих температурах - C24 Cs, C36 Cs. Вони спалахують на повітрі, витісняють водень із води, а при сильному нагріванні розкладаються і віддають весь поглинутий цезій.
Навіть при звичайній температурі реакції цезію з фтором, хлором і іншими галогенами супроводжуються запаленням, а з сіркою і фосфором - вибухом. При нагріванні цезій з'єднується з воднем. З азотом в звичайних умовах цезій не взаємодіє. Нітрид Cs3 N утворюється в реакції з рідким азотом при електричному розряді між електродами, виготовленими з цезію.
Цезій розчиняється в рідкому аміаку. алкіламіни і поліефірах, утворюючи сині розчини, що володіють електронною провідністю. У аміачних розчинах цезій повільно реагує з аміаком з виділенням водню і утворенням аміду CsNH2.
Сплави і интерметаллические з'єднання цезію порівняно легкоплавкі. Аурід цезію CsAu, в якому між атомами золота і цезію реалізується частково іонна зв'язок, є напівпровідником n-типу.
Найкраще рішення задачі отримання металевого цезію було знайдено в 1911 французьким хіміком А.Акспілем. За його методу, до сих пір так і залишається найбільш поширеним, хлорид цезію відновлюють металевим кальцієм у вакуумі:
2CsCl + Ca → CaCl2 + 2Cs
при цьому реакція йде практично до кінця. Процес ведуть при тиску 0,1-10 Па і температурі 700-800 ° С. Вирізняється цезій випаровується і відганяється, а хлористий кальцій повністю залишається в реакторі, так як в цих умовах летючість солі незначна (температура плавлення CaCl2 дорівнює 773 ° С). В результаті повторної дистиляції у вакуумі виходить абсолютно чистий металевий цезій.
Описано і багато інших способів отримання металевого цезію з його сполук. Металевий кальцій можна замінити його карбідом, однак при цьому температуру реакції доводиться підвищувати до 800 ° С, тому кінцевий продукт забруднюється додатковими домішками. Проводять також електроліз розплаву галогенідусрібла цезію з використанням рідкого свинцевого катода. В результаті отримують сплав цезію зі свинцем, з якого металевий цезій виділяють дистиляцією в вакуумі.
Можна розкладати азид цезію або відновлювати цирконієм його Дихромат, проте ці реакції іноді супроводжуються вибухом. При заміні дихромата цезію хроматом процес відновлення протікає спокійно, і хоча вихід не перевищує 50%, відганяється дуже чистий металевий цезій. Цей метод можна застосовувати для отримання невеликих кількостей металу в спеціальному вакуумному приладі.
Світове виробництво цезію порівняно невелика.
Металевий цезій - компонент матеріалу катодів для фотоелементів, фотоелектронних помножувачів, телевізійних передавальних електронно-променевих трубок. Фотоелементи зі складним срібно-цезієвим фотокатодом особливо цінні для радіолокації: вони чутливі не тільки до видимого світла, але і до невидимих інфрачервоних променів і, на відміну, наприклад, від селенових, працюють Безінерційна. В телебаченні і кіно широко поширені сурьмяно-цезієві фотоелементи; їх чутливість навіть після 250 годин роботи падає всього на 5-6%, вони надійно працюють в інтервалі температур від -30 ° С до + 90 ° С. З них складають так звані багатокаскадні фотоелементи; в цьому випадку під дією електронів, викликаних променями світла в одному з катодів, настає вторинна емісія - електрони випускаються додатковими фотокатодами приладу. В результаті загальний електричний струм, що виникає в фотоелементі, багаторазово посилюється. Посилення струму і підвищення чутливості досягаються також при заповненні цезієвих фотоелементів інертним газом (аргоном або неоном).
Металевий цезій служить для виготовлення спеціальних випрямлячів, у багатьох відношеннях перевершують ртутні. Його використовують в якості теплоносія в ядерних реакторах, компонента мастильних матеріалів для космічної техніки, геттера в вакуумних електронних приладах. Металевий цезій проявляє і каталітичну активність в реакціях органічних сполук.
Цезій використовується в атомних стандартах часу. «Цезієві годинник» надзвичайно точні. Їх дія заснована на переходах між двома станом атома цезію з паралельної і антипараллельной орієнтацією власних магнітних моментів ядра атома і валентного електрона. Цей перехід супроводжується коливаннями зі строго постійними характеристиками (довжина хвилі 3,26 см). У 1967 Міжнародна генеральна конференція з мір та ваг встановила: «Секунда - час, що дорівнює 9 192 631 770 періодів випромінювання, відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133».
Останнім часом велика увага приділяється цезієвої плазмі, всебічному вивченню її властивостей і умов освіти, можливо, вона стане використовуватися в плазмових двигунах майбутнього. Крім того, роботи по дослідженню цезієвої плазми тісно пов'язані з проблемою керованого термоядерного синтезу. Багато хто вважає, що доцільно створювати цезієві плазму, використовуючи теплову енергію атомних реакторів.
Зберігають цезій в скляних ампулах в атмосфері аргону або сталевих герметичних судинах під шаром зневодненого вазелінового масла. Утилізують залишки металу обробкою пентанол.
З'єднання цезію.
Цезій утворює бінарні сполуки з більшістю неметалів. Гідриди і дейтериду цезію легко спалахують на повітрі, а також в атмосфері фтору і хлору. Нестійкі, а іноді вогненебезпечні та вибухові сполуки цезію з азотом, бором, кремнієм і германієм. Галогеніди та солі більшості кислот більш стабільні.
З'єднання з киснем. Цезій утворює дев'ять з'єднань з киснем, що мають склад від Cs7 O до CsO3.
Оксид цезію Cs2 O утворює коричнево-червоні кристали, що розпливаються на повітрі. Його отримують повільним окислюванням недостатнім (2/3 від стехіометричного) кількістю кисню. Залишок, що не прореагував цезію відганяють у вакуумі при 180-200 ° С. Оксид цезію в вакуумі при 350-450 ° С переганяється, а при 500 ° С розкладається:
Енергійно реагує з водою, даючи гідроксид цезію.
Оксид цезію є компонентом складних фотокатодов, спеціальних стекол і каталізаторів. Встановлено, що при отриманні синтола (синтетичної нафти) з водяного газу і стиролу з етилбензолу, а також при деяких інших синтезах додавання до каталізатора незначної кількості оксиду цезію (замість оксиду калію) підвищує вихід кінцевого продукту і поліпшує умови процесу.
Гігроскопічні блідо-жовті кристали пероксиду цезію Cs2 O2 можна отримати окисленням цезію (або його розчину в рідкому аміаку) дозованою кількістю кисню. Вище 650 ° С пероксид цезію розкладається з виділенням атомарного кисню і енергійно окисляє нікель, срібло, платину і золото. Пероксид цезію розчиняється в крижаній воді без розкладання, а вище 25 ° С реагує з нею:
У кислотах він розчиняється з утворенням пероксиду водню.
При спалюванні цезію на повітрі або в кисні утворюється золотисто-коричневий надпероксід цезію CsO2. Вище 350 ° С він дисоціює з виділенням кисню. Надпероксід цезію - дуже сильний окислювач.
Пероксид і надпероксід цезію служать джерелами кисню і використовуються для його регенерації в космічних і підводних кораблях.