السيزيوم (Cs): الخصائص والتطبيقات والحوادث

ا سيزيوم هو عنصر معدني ينتمي إلى المجموعة 1 من تيالجمال صتآكل. له مظهر فضي ، يتفاعل مع الماء ، وله عدد من النظائر. بعض هذه النظائر مشعة ولها فترات نصف عمر تتراوح من سنوات إلى ملايين السنين. المصدر الطبيعي للسيزيوم هو الملوث المعدني ، الموجود بكميات كبيرة في منطقة معينة من كندا.

ا أشهر نظير السيزيوم هو السيزيوم 137، والتي كانت مسؤولة عن الحادث الإشعاعي الذي وقع في جويانيا في عام 1987.

على الرغم من كونها سامة للحيوانات والبشر ، عند التعامل معها بشكل صحيح ، فإن نظائر السيزيوم المشعة تجلب الفوائد ، والقدرة على استخدامها في المجال الطبي ، في الفيزياء وحتى في تعقيم الحمأة و الأطعمة.

اقرأ أيضا: اليورانيوم - عنصر مشع ذو أهمية كبيرة لتوليد الطاقة

مواضيع في هذا المقال

• 1 - ملخص عن السيزيوم
• 2 - خواص السيزيوم
• 3 - خصائص السيزيوم
• 4 - أين يوجد السيزيوم؟
• 5 - الحصول على السيزيوم
• 6 - تطبيقات السيزيوم
• 7 - احتياطات السيزيوم
• 8 - السيزيوم 137 والحادث الذي وقع في جويانيا
  • درس فيديو السيزيوم 137: أكبر حادث إشعاعي في العالم
• 9- تاريخ السيزيوم

ملخص عن السيزيوم

• السيزيوم عنصر فلزي نادر ينتمي إلى المجموعة 1 في الجدول الدوري.

• يحتوي السيزيوم

  نقطة الانصهار منخفضة نسبيًا ، والقدرة على التغيير من الحالة الصلبة إلى السائلة عند 28 درجة مئوية.

• السيزيوم شديد التفاعل مع الماء ويتأكسد بسهولة الأكسجين.

• السيزيوم 133 هو النظير الوحيد المستقر للسيزيوم ، مع نظائره المشعة الـ 39 المتبقية.

• المصدر المعدني الرئيسي للسيزيوم هو البولوسيت ، الذي تتركز مناجمه في كندا.

• التطبيق الرئيسي للسيزيوم في الساعات الذرية، وهي معدات قياس الوقت عالية الدقة.

• يجد السيزيوم أيضًا تطبيقًا في أجهزة الانبعاث الضوئي ، في أنظمة دفع المركبات الفضائية في تكوين سوائل حفر آبار النفط وفي المعدات الطبية والعلاجات طبي.

خصائص السيزيوم

• رمز: سي اس.

• العدد الذري: 55.

• الكتلة الذرية: 132.905 ش.

• التكوين الإلكترونية: [Xe] 6 s¹.

• الحالة الفيزيائية: صلبة (عند 20 درجة مئوية) وسائلة (عند 28 درجة مئوية).

• نقطة الانصهار: 28.5 درجة مئوية.

• نقطة الغليان: 671 درجة مئوية.

• كثافة: 1.93 جرام سم^-3.

• كهرسلبية: 0.79 (باولينج الكهربية).

• سلسلة كيميائية: العناصر التمثيلية.

• الموقع في الجدول صتآكل: المجموعة 1 ، الفترة 6 ، كتلة ق.

• النظائر: ¹³³سي إس (100٪).

لا تتوقف الان... هناك المزيد بعد الإعلان ؛)

خصائص السيزيوم

السيزيوم أ فلز نادر الحدوث تنتمي إلى المجموعة 1 من الجدول الدوري ، والمعروفة باسم مجموعة الفلزات القلوية. السيزيوم له مظهر ذهبي فضي ، وهو معدن ناعم مطيل وله نقطة انصهار تبلغ حوالي 28 درجة مئوية. نظرًا لأن درجة حرارة الانصهار منخفضة نسبيًا ، يمكن العثور على هذا العنصر في حالته السائلة ، اعتمادًا على درجة الحرارة المحيطة.

أمبولة زجاجية تحتوي على عنصر السيزيوم

مثل المعادن القلوية الأخرى ، السيزيوم يتفاعل بعنف مع الماء وهو شديد التفاعل لدرجة أنه يمكن أن يتفاعل مع الجليد عند درجات حرارة أعلى من -116 درجة مئوية. عند ملامسته للهواء الجوي ، يتأكسد السيزيوم بسهولة. نظرًا لهذه الطبيعة التفاعلية للغاية ، فإن أكثر أشكال التلاعب شيوعًا لها يرتبط بـ نتروجين، على شكل أزيد السيزيوم (CsN). يتم تخزين السيزيوم في صورة معدنية عن طريق الغمر في مذيبات غير قطبية أو في وجود غازات خاملة.

السيزيوم لديه 39 نظيرًا معروفًا. من بين هؤلاء ، فقط السيزيوم 133 (¹³³Cs) مستقر بشكل طبيعي. الآخرون لديهم الكتل الذرية التي تمتد من 112 إلى 151 ش ، ومعظمهم يمتلكون نصف الحياة مخفضة ، تتراوح من كسور من الثانية إلى أيام قليلة.

يمكن العثور على بعض النظائر المشعة للسيزيوم في الطبيعة ، لأنها مشتقة من الانشطار النووي من العناصر الأخرى. النظائر المشعة السيزيوم -135 (¹³⁵Cs) له نصف عمر طويل بمقياس 2.3 مليون سنة. عمر النصف للسيزيوم 137 (¹³⁷Cs) يبلغ من العمر حوالي 30 عامًا والسيزيوم -134 (¹³⁴Cs) ما يزيد قليلاً عن عامين.

في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للسيزيوم مماثلة لتلك الخاصة بـ البوتاسيوم إنه من الروبيديوم، هذا العنصر الأخير هو أحد ملوثات الخامات المحتوية على السيزيوم.

في الجدول الدوري ، يقع السيزيوم في الطرف الأيسر السفلي ، كونه العنصر الكيميائي مع أدنى كهرسلبية.

مركب هيدروكسيد السيزيوم (CsOH) هو أقوى قاعدة معروفة ، فهو قادر على مهاجمة الزجاج. مركبات السيزيوم الأخرى الأكثر شيوعًا هي نترات السيزيوم (CsNO₃) وكلوريد السيزيوم (CsCl) ، وكلاهما يستخدم صناعيًا للحصول على منتجات كيميائية أخرى.

السيزيوم يعتبر عنصرًا نادرًا، حيث تحتل المرتبة 45 بين أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض ، بكمية تقدر بـ 2.6 جزء في المليون. السيزيوم هو معدن سام ومشع.

اقرأ أيضا: ما هي العناصر الكيميائية المشعة؟

أين يوجد السيزيوم؟

ا المعدن الرئيسي المعروف كمصدر للسيزيوم هو بولوسيت، سيليكات السيزيوم المميهة و الألومنيوم، الذي صيغته الجزيئية هي CsAlSi₂ا₆. يحتوي بولوسيت على ما بين 5٪ و 32٪ أكسيد السيزيوم. يمكن أن يكون Lepidolite أيضًا مصدرًا لخام السيزيوم ، اعتمادًا على موقع الاستخراج.

تلوث المعادن.

منطقة لAug Bernic ، وتقع في مانيتوبا ، كندا، هو أحد المصادر الرئيسية للسيزيوم على هذا الكوكب، بتركيز حوالي 82٪ من جميع الملوثات الموجودة في العالم ، أي ما يعادل 300 ألف طن من الخام. تشير التقديرات إلى أن الملوث الموجود في هذه المنطقة يحتوي على ما يقرب من 20 ٪ في السيزيوم.

هناك احتياطيات أخرى تحتوي على الملوثات في زامبيا و ناميبيا، وتقع في القارة الأفريقية. تم بالفعل تسجيل المعادن التي تحتوي على السيزيوم في أفغانستان والصين وإيطاليا والتبت وتشيلي.

الخامات الأخرى التي تحتوي على السيزيوم هي البريل (Be₃ال₂(SiO₃)₆) ، مع حوالي 9 ٪ من السيزيوم ، أفوغادريت ((K ، Cs) BF₄) ، بكميات متفاوتة من السيزيوم والروديزايت (الألومنيوم المائي ، البريليوم ، الصوديوم ، وبورات السيزيوم بتركيبة مختلفة) ، تحتوي على محتوى بحد أقصى 3٪ من السيزيوم. ومع ذلك ، فإن المعدن الوحيد القابل للحياة اقتصاديًا لاستخراج السيزيوم هو مادة التلويث.

الحصول على السيزيوم

السيزيوم موجود في بعض المعادن، مثل الملوثات ، التي يتم الحصول عليها عادة في شكلها غير نقي. يعود السبب الرئيسي للتلوث في السيزيوم الذي تم الحصول عليه من المصادر الطبيعية إلى وجود عنصر الروبيديوم ، بسبب التشابه الكيميائي بين هذين النوعين.

ال استخراج السيزيوم آت يمكن إجراء التلوث بثلاث طرق رئيسية: الهضم الحمضي ، الهضم القلوي أو الاختزال المباشر.

هضم الأحماض هو الأسلوب الأكثر استخدامًا ويتم إجراؤه في درجات حرارة عالية ، وهيدروبروميك ، هيدروكلوريك ، كبريتية أو الهيدروفلوريك. في هذه العملية ، يتم تكوين محلول يحتوي على السيزيوم والشوائب ، والذي يتم تنقيته عن طريق التحلل المائي ، والحصول على ملح السيزيوم عالي النقاء.

في عملية الهضم القلوي ، يتم تحميص الملوثات المعدنية بمزيج من أملاح الصوديوم أو الكالسيوم. عن طريق غسل المادة الصلبة الناتجة بالماء أو الأمونيا المخففة ، يتم الحصول على محلول أعلى نقاوة من أملاح السيزيوم.

في طريقة الاختزال المباشر ، يتم عزل السيزيوم عن طريق سحق وتسخين الخامات المحتوية على السيزيوم والروبيديوم ، في وجود الصوديوم المعدني عند درجة حرارة 650 درجة مئوية. في هذه العملية ، يتم تشكيل سبيكة معدنية تخضع لعملية فصل تعرف باسم التقطير التجزيئي. في التقطير ، تزداد درجة حرارة السبيكة تدريجيًا ، وبسبب درجات غليان المعادن المختلفة ، يمكن فصلها عن الخليط وعزلها بشكل فردي.

السيزيوم في شكله المعدني شديد التفاعل ، لذا فهو كذلك الأكثر شيوعًا تسويقها والتلاعب بها في شكل أزيد السيزيوم (CsN₃) ، حيث يمكن استعادة السيزيوم بالتسخين ببساطة إلى حوالي 390 درجة مئوية. يتم تحضير أزيد السيزيوم بالتفاعل بين محلول كبريتات السيزيوم وأزيد الباريوم.

تطبيقات السيزيوم

تطبيقات السيزيوم محدودة بسبب نقطة انصهارها المنخفضة ، وبالتالي ، لها استخدامات محددة للغاية.

أحد الاستخدامات الرئيسية لعنصر السيزيوم هو الساعات الذرية.، وهي ساعات عالية الدقة تستخدم في أنظمة التوقيت. يستخدم هذا النوع من المعدات انتقال الإلكترونات بين مستويين مختلفين ومعروفين للحالة الأرضية لذرة السيزيوم لتحديد الوحدة الزمنية للثانية. يرجع استخدام هذا النوع من الانتقال لقياس الوقت إلى ثباته ، وحقيقة أنه لا يتغير من ذرة إلى ذرة ولا يتآكل بمرور الوقت.

تعتمد الساعة الذرية على انتقالات ذرات السيزيوم الموجودة في مختبر بألمانيا. [1]

بسبب الخصائص الضوئية ، فإن السيزيوم تستخدم في الخلايا الكهروضوئية والشمسيةوأجهزة التصوير في التلفزيونات وأجهزة الرؤية الليلية. لا يزال هذا العنصر يتكون من بعض أنواع الزجاج في العدسات الخاصة والألياف الضوئية.

في الصناعة الكيميائية ، يستخدم السيزيوم كعامل مساعد في التفاعلات العضوية الهدرجة وطرق التنقية البترول.

حاليًا ، أحد أهم تطبيقات هذا العنصر هو تكوين سوائل الحفر لصناعات الغاز الطبيعي والنفط.

بالاشتراك مع الأكسجين ، فإنه يشكل مركبًا يستخدم لإزالة الغازات العادمة في الأنابيب المفرغة.

تستخدم أيونات السيزيوم ، بسبب كتلتها الجزيئية العالية ، في أنظمة الدفع الأيونية في محركات المركبات الفضائية.

يجد النظير المشع السيزيوم 137 تطبيقًا في الطب والصناعة باعتباره باعثًا لـ أشعة غاما.

اقرأ أيضا:الكوريوم - عنصر اصطناعي يتميز بقدرته الإشعاعية الكبيرة

الاحتياطات مع السيزيوم

السيزيوم عنصر شديد التفاعل في وجود الماء، لذلك فهي مصنفة على أنها خطرة ، ويجب أن يتم نقلها وتخزينها بمعزل عن الكواشف الأخرى.

عند ملامسته للماء ، ينتج السيزيوم هيدروكسيد السيزيوم. هذا المركب هو قاعدة قوي جدا قادر على مهاجمة الزجاج.

السيزيوم يحتوي على بعض النظائر المشعة التي تشكل خطورة كبيرة على الصحة الإنسان والحيوان. ا ¹³⁷Cs سبب للعقم ، سرطانونخاع العظام وتلف الجلد ويمكن أن يؤدي إلى الوفاة.

عينة السيزيوم 137 مع بيان على عبوة المادة المشعة

أيونات السيزيوم ، بسبب تشابهها الكيميائي مع البوتاسيوم ، تستطيع الاتصال ال مستقبلات البوتاسيوم في الكائنات الحية، مما يثبط عمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ، وهي آلية تشارك في العديد من الوظائف البيولوجية.

السيزيوم 137 والحادث الذي وقع في جويانيا

سيزيوم 137 (¹³⁷Cs) هي واحدة من النظائر المشعة من عنصر السيزيوم ، بعمر نصف يبلغ حوالي 30 عامًا. كنظير السيزيوم ، الأنواع ¹³⁷Cs لها نفس عدد البروتونات (Z = 55) وعدد مختلف من النيوترونات. تصف القيمة "137" مجموع البروتونات والنيوترونات (55 + 82 = 137).

ا¹³⁷Cs هو نوع غير مستقر ومشعة. هذا يعني أن لبها يصدر إشعاعات من النوع بيتا، يتحول إلى العنصر الكيميائي الباريوم 137 (¹³⁷با). هذه العملية ممثلة بالتفاعل النووي:

\ ({_ {55} ^ {137}} Cs⟶ {_ {- 1} ^ {0}} β + {_ {56} ^ {137}} Ba \)

الإشعاع المنبعث من ¹³⁷Cs ضارة للغاية بصحة الإنسان ، حيث تتكون من جزيئات مؤينة و الاشعاع الكهرومغناطيسيهنا، والتي تخترق الأنسجة ، مما يؤدي إلى سلسلة من المضاعفات ، بما في ذلك التغييرات المحتملة في الحمض النووي.

نتاج الاضمحلال الإشعاعي من ¹³⁷CS - ال ¹³⁷Ba - تطلق أشعة جاما ، والتي تتمتع بقوة اختراق أعمق من إشعاع بيتا.

يرجع الضرر الناجم عن الإشعاع إلى قدرته على إزاحة الإلكترونات من الذرات ، وتشكيل الكاتيونات (الأنواع ذات إيجابية) ، وهي شديدة التفاعل وقادرة على تعزيز التغيرات الشديدة في خلايا الأنسجة وحتى في الحمض النووي.

ومع ذلك ، عند التعامل معها بحذر ، فإن الإشعاع المنبعث من ¹³⁷يمكن أن تكون Cs مفيدة ، وبالتالي ، يتم استخدام هذه الأنواع الكيميائية في علاجات السرطان ، في بعض الصناعات في تعقيم الأغذية ومعالجة مياه الصرف الصحي والمعدات جراحي.

ومع ذلك ، فإن يمكن أن يؤدي نقص التعليمات المناسبة إلى ال الحوادث البيئية الخطيرة ، مثل تلك التي وقعت في جويانيا في عام 1987. في تلك المناسبة ، وجد اثنان من عمال إعادة التدوير جهازًا مهجورًا للعلاج الإشعاعي ، يحتوي على كبسولة من السيزيوم 137 ، على شكل ملح كلوريد السيزيوم (CsCl).

عند إعادة بيع المعدات المعدنية لساحة خردة ، فتح صاحب المكان الكبسولة ، ووجد مسحوقًا أبيض تحول إلى اللون الأزرق الساطع في الظلام. وبسبب جمال المواد الموجودة ، قام بتوزيعها على أهل المنطقة. بعد أيام قليلة ، حدد النظام الصحي بالمدينة رعاية عشرات الأشخاص الذين ظهرت عليهم أعراض التلوث بالعنصر المشع.

صورة المصدر المشع المتورط في حادث عام 1987 في جويانيا. ينتمي هذا الجزء المعدني إلى جهاز العلاج الإشعاعي. [2]

وقتل أربعة أشخاص في ذلك الوقت.ومئات آخرين عانوا أو اضطروا للتعايش مع أعراض التسمم بالمواد المشعة. نظرًا لأن كلوريد السيزيوم قابل للذوبان في الماء والرطوبة ، فإنه ينتشر بسهولة في جميع أنحاء المنطقة ، ويلوث التربة والمياه والحيوانات والغذاء.

في هذه الحلقة ، حوالي سبعة أطنان من النفايات الذرية معزولة في مبانٍ محددة لاحتواء الإشعاع ويجب أن تبقى هناك على الأقل 180 سنة ، الوقت اللازم لتقليل تركيز المواد المشعة بشكل كبير.

يمكن أيضًا إطلاق السيزيوم 137 في الغلاف الجوي من خلال تنشيط أسلحة نووية و محطات الطاقة النووية. واحد مصدر آخر لتلوث البيئة بواسطة السيزيوم 137 هو الحدث الذي وقع في تشيرنوبيل، في عام 1986 ، حيث أن هذا العنصر المشع مشتق من آليات التحلل الإشعاعي لليورانيوم.

• دروس بالفيديو السيزيوم 137: أكبر حادث إشعاعي في العالم

تاريخ السيزيوم

كان عنصر السيزيوم اكتشف في عام 1860 بواسطة العلماء الألمان روبرت فيلهلم بنسن وجوستاف روبرت كيرشوف من خلال التحليل الطيفي لعينات المياه. كان السيزيوم أول عنصر كيميائي يتم اكتشافه بواسطة التحليل الطيفي.

أظهرت نتيجة هذه التحليلات وجود خطين بلون أزرق لامع ، مصحوبين بخطوط أخرى بأطوال موجية أخرى ، مرتبطة بألوان الأحمر والأخضر والأصفر. بسبب الخطوط الزرقاء المحددة في الطيف ، فإن استخدم العلماء مصطلح "السيزيوم" ، وهي كلمة تعني "السماء الزرقاء".

اعتمادات الصورة

[1] جيوجيف / صراع الأسهم

[2] ويكيميديا ​​كومنز (استنساخ)

بقلم آنا لويزا لورينزن ليما
مدرس كيمياء

هل ترغب في الإشارة إلى هذا النص في مدرسة أو عمل أكاديمي؟ نظرة:

ليما ، آنا لويزا لورينزن. "سيزيوم (سي سي)" ؛ مدرسة البرازيل. متوفر في: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/cesio-cs.htm. تم الوصول إليه في 25 أغسطس 2022.