金属铯有哪些用途

发布日期:2019/11/9 9:15:30

概述【1】【2】

金属铯是最活泼的碱金属，暴露在空气中将会燃烧，生成橙色的超氧化铯(CsO2)，遇水生成氢氧化铯并置换出氢气，在一定空间内达到总体积(4%~74.2%)地爆炸极限可发生爆炸。金属铯由于其独特的金属性质已被人们广泛应用于材料制造、航空航天等领域。

理化性质【1】【3】

纯净的铯显金黄色, 熔点 28.5 ℃, 常温下呈液态。铯的化学活性很强, 在氧及空气中能自燃, 生成超氧化物, 与水反应特别剧烈, 室温下便能引起爆炸。金属铯是最活泼的碱金属，暴露在空气中将会燃烧，生成橙色的超氧化铯(CsO2)，遇水生成氢氧化铯并置换出氢气，在一定空间内达到总体积(4%~74.2%)地爆炸极限可发生爆炸。

生物医学作用【2】

生理学研究显示,与钾和铷在小动物各种器官的作用相比较,引起心脏周期性变动的干扰中,铯有的效应。铯可被用来研究超极化活化现象以及许多细胞中离子通道的内在调节。例如,铯的引入会引发大脑神经的癫痫发作,其中的机理被推测为铯阻塞了神经胶质中的钾离子通道,从而导致钾离子在细胞外的非正常堆积引发癫痫。

铯盐在对抗癌症方面也有一定的功效。“高pH内环境治癌法”,这种方法主要是给病人注射高剂量的CsCl,并加以维生素作辅助治疗,通过增加细胞内的pH值来衰减癌细胞的生长周期。

此外,铯同位素放射线可被用于治疗恶性肿瘤。它能促使组织细胞中DNA的变化,染色体畸变或断裂,液体电离产生自由基,最终引起细胞或其子代失去活力达到破裂或抑制肿瘤生长的作用。

生理作用【2】

杜鹃花种属可以通过主动运输和细胞表面结构的非特异性吸附作用来累积铯。当介质含有醋酸铵,温度28℃,pH7.8～8.6时,Cs的迁移率达到97%。这种植物作用的累积有益于生物界的离子平衡,可用来治理工业废水中含放射性的铯。

CsCl是一种超极化活化的阳离子电流(Ih)的阻塞剂,能对兔海马趾上CA1区的胞外电流产生抑制作用。通过CsCl对于戊巴比妥麻醉的兔海马趾细胞外的影响实验,可以观察到海马趾CA1区被注射CsCl到树枝状顶端脂层后,会削弱其ω波的振幅。CsCl不影响波的频率和顶端与底端树状层之间的逆相位。结果说明在锥体状神经元的电流Ih对体内电流ω波有贡献。

制备方法【1】

1.电解法

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。

2.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。

3.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。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：

图1为合成金属铯的一种反应方程式

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1073～1173K温度下还原，可得到钠、钾和其他杂质含量较高的粗金属铯。

分析检测方法【2】

1.原子吸收光谱法

原子吸收光谱法是一种经典的测定痕量和超痕量元素含量的检测法,它包括火焰原子吸收和石墨炉原子吸收。生物样品中金属含量的测定越来越多地应用石墨炉法。因为石墨炉法除了存在与火焰法共有的优点外,还具有检出限低、精密度高、用样量小的独特优势。

2.双聚焦等离子发射-质谱联用(ICP-MS)检测法

双聚焦等离子发射-质谱联用检测法可快速地检测机体组织及体液中营养物质及毒物的含量。这种方法的适用面广,检测对象种类多,且仪器检测限很低,达到pg?ml-1以下,故此法有较宽的动力学讨论范围。

3.中子活化分析法

中子活化分析的检出限是1×10-6～1×10-14g,相对标准偏差<10%。这种方法可测定检测难度较大的镧系、锕系元素。用此法测人头发中20种微量元素(含铯),选用美国国家标准局推荐的标准物质(NBS-SRN)进行对照,取得满意的结果。中子活化分析还被用于人体组织中多种微量元素含量的测定.

4.膜片钳法

其原理是用一种直径0.001mm含特殊溶解盐的玻璃管作为电极管,使管口紧紧的同细胞膜表层相吻合,让带电离子进入管内交换,以计测离子的运动;一个放大系统与玻璃计量管内壁相连。这样,每一个电脉冲便能显示出离子通道的动态,利用这种技术,能够记录下通过单个离子通道相当于一万亿分之一安培的极微小电流。这种技术能记录一个单一的通道分子怎样改变形状,并且以怎样的方式在几百万分之一秒的时间内控制电流。

5.粒子诱发X射线发射显微成像系统(micro-PIXE)

Micro-PIXE是通过能量色散谱仪协助的扫描电子显微技术。这种方法可通过观察60nm处的光学强度来衡量铯的生理效应。当向酵母培养基中加入1mmol?L-1的Cs+,通过micro-PIXE可看出Cs+在细胞内正常平均分布,铯的光学密度增加,而细胞内其他一些元素如P,K,Fe的光学强度同时降低,但Cs+的加入并未对酵母生长产生明显的影响。实践证明micro-PIXE是一种有效的检测微生物中低浓度有害物的仪器,而且它还同时可检测微生物生长过程的变化。

6.其他方法

除以上主要方法外,分析检测方法还包括:放射性同位素示踪剂法、荧光共振能量转换技术(FRET)、核磁共振波谱法(NMR)、X射线荧光光谱分析(XRF)、原子荧光光谱法(AFS)等。

用途【1】

在碱金属中,铯的熔点和沸点最低,蒸气压最高，密度，正电性最强，电离势和电子逸出功最小。在光的作用下，铯会放出电子，金属铯主要用于制造光电管、摄谱仪、闪烁计数器、无线电电子管外信号灯以及各种光学仪器和检测仪器中。铯和其他碱金属可形成低熔点的合金，用铯形成的人工铯离子云，可以进行电磁波的传播和反射。铯在多种有机、无机合成中用作助催化剂或催化剂。铯可用于制作铯原子钟，1976年国际度量衡局规定一原子秒相当于133铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。70年代铯原子钟的准确度已经达到500万年误差仅1s的水平。在铯离子热电转换器、铯离子发动机、磁流体发电系统以及超临界蒸气发电系统等新能源研究中均用到铯。