Cæsium (Cs): egenskaber, anvendelser, ulykke

O cæsium er et metallisk grundstof, der tilhører gruppe 1 af TSkønheden Perodisk. Det har et sølvfarvet udseende, reagerer med vand og har en række isotoper. Nogle af disse isotoper er radioaktive og har halveringstider fra år til millioner af år. Den naturlige kilde til cæsium er mineralet pollucit, der findes i store mængder i en bestemt region i Canada.

O Den mest kendte cæsiumisotop er cæsium-137, som var ansvarlig for den radioaktive ulykke, der fandt sted i Goiânia i 1987.

På trods af at det er giftigt for dyr og mennesker, når det håndteres korrekt, radioaktive cæsiumisotoper give fordele, at kunne bruges på det medicinske område, i fysik og endda i sterilisering af slam og fødevarer.

Læs også: Uran - radioaktivt element af stor betydning for energiproduktion

Emner i denne artikel

• 1 - Sammenfatning om cæsium
• 2 - Cæsiumegenskaber
• 3 - Karakteristika af cæsium
• 4 - Hvor findes cæsium?
• 5 - Opnåelse af cæsium
• 6 - Anvendelser af cæsium
• 7 - Forholdsregler med cæsium
• 8 - Cæsium-137 og ulykken i Goiânia
  • Cæsium-137 videolektion: den største radiologiske ulykke i verden
• 9 - Cæsiums historie

Sammenfatning om cæsium

• Cæsium er et sjældent metallisk grundstof, der tilhører gruppe 1 i det periodiske system.

• Cæsium har fusionspunkt relativt lav, idet den er i stand til at skifte fra fast til flydende ved 28 °C.

• Cæsium er meget reaktivt med vand og oxideres let af ilt.

• Cæsium-133 er den eneste stabile isotop af cæsium, med de resterende 39 radioaktive isotoper.

• Den vigtigste mineralkilde til cæsium er pollucit, hvis udvindingsminer er koncentreret i Canada.

• Den vigtigste anvendelse af cæsium er i atomure, som er meget høj præcision tidsmålingsudstyr.

• Cæsium finder også anvendelse i fotoemissionsenheder, i rumfartøjers fremdrivningssystemer i sammensætningen af ​​oliebrøndsborevæsker og i medicinsk udstyr og terapier medicinske.

Cæsium egenskaber

• Symbol: Cs.

• Atom nummer: 55.

• atommasse: 132.905 u.

• Elektronisk konfiguration: [Xe] 6s¹.

• fysisk tilstand: fast (ved 20 °C) og flydende (ved 28 °C).

• Fusionspunkt: 28,5°C.

• Kogepunkt: 671°C.

• Massefylde: 1,93 g cm^-3.

• elektronegativitet: 0,79 (Pauling elektronegativitet).

• kemisk serie: repræsentative elementer.

• Placering i tabel Perodisk: gruppe 1, periode 6, blok s.

• isotoper: ¹³³Cs (100%).

Stop ikke nu... Der er mere efter annoncen ;)

egenskaber ved cæsium

Cæsium er en metal sjældent forekommende tilhører gruppe 1 i det periodiske system, kendt som alkalimetalgruppen. Cæsium har et sølvgyldent udseende, er et blødt, duktilt metal og har et smeltepunkt på cirka 28 °C. Fordi smeltetemperaturen er relativt lav, kan dette element findes i sin flydende tilstand, afhængigt af den omgivende temperatur.

Glasampul indeholdende grundstoffet cæsium

Ligesom de andre alkalimetaller, cæsium reagerer voldsomt med vand og er så reaktiv, at den endda kan reagere med is ved temperaturer over -116 °C. I kontakt med atmosfærisk luft oxideres cæsium let. På grund af denne meget reaktive natur er dens mest almindelige form for manipulation i forbindelse med nitrogeni form af cæsiumazid (CsN). Cæsium opbevares i metallisk form ved nedsænkning i upolære opløsningsmidler eller i nærvær af inerte gasser.

cæsium har 39 kendte isotoper. Heraf er kun cæsium-133 (¹³³Cs) er naturligt stabil. Det har de andre atommasser der spænder fra 112 til 151 u, og de fleste af dem har halvt liv reduceret, lige fra brøkdele af et sekund til endda et par dage.

Nogle radioaktive isotoper af cæsium kan findes i naturen, som de er afledt af nuklear fission af andre elementer. Radioisotopen cæsium-135 (¹³⁵Cs) har en lang halveringstid på skalaen 2,3 millioner år. Halveringstiden for cæsium-137 (¹³⁷Cs) er omkring 30 år gammel og cæsium-134 (¹³⁴Cs) er lidt over to år.

På cæsiums fysisk-kemiske egenskaber ligner dem kalium Den er fra rubidium, hvilket sidste grundstof er et af forureningen af ​​malme indeholdende cæsium.

I det periodiske system er cæsium placeret i den nederste venstre ende, og er det kemiske grundstof med den laveste elektronegativitet.

Forbindelsen cæsiumhydroxid (CsOH) er den stærkeste kendte base, idet den er i stand til at angribe glas. Andre mere almindelige cæsiumforbindelser er cæsiumnitrat (CsNO₃) og cæsiumchlorid (CsCl), begge brugt industrielt til at opnå andre kemiske produkter.

cæsium betragtes som et sjældent element, da den indtager den 45. position blandt de mest udbredte grundstoffer i jordskorpen, med en anslået mængde på 2,6 ppm. cæsium er et giftigt og radioaktivt metal.

Læs også: Hvilke kemiske grundstoffer er radioaktive?

Hvor findes cæsium?

O Det vigtigste mineral kendt som en kilde til cæsium er pollucitet hydratiseret cæsiumsilicat og aluminium, hvis molekylære formel er CsAlSi₂O₆. Pollucite indeholder mellem 5% og 32% cæsiumoxid. Lepidolite kan også være en kildemalm til cæsium, afhængigt af udvindingsstedet.

Mineral forurener.

regionen af lAug Bernic, beliggende i Manitoba, Canada, er en af ​​de vigtigste kilder til cæsium på planeten, der koncentrerer omkring 82% af al eksisterende forurening i verden, en mængde svarende til 300 tusinde tons malm. Det anslås, at den eksisterende forurening i denne region har en sammensætning på ca. 20% i cæsium.

Der er andre reserver, der indeholder pollucit i Zambia og Namibia, beliggende på det afrikanske kontinent. Mineraler indeholdende cæsium er allerede blevet registreret i Afghanistan, Kina, Italien, Tibet og Chile.

Andre malme, der indeholder cæsium, er beryl (Be₃Al₂(SiO₃)₆9% cæsium, avogadrit ((K, Cs) BF₄), med varierende mængder af cæsium og rhodizit (hydreret aluminium, beryllium, natrium og cæsiumborat af varieret sammensætning), indeholdende et maksimumindhold på 3% cæsium. Alligevel er det eneste økonomisk levedygtige mineral til udvinding af cæsium forurenet.

At opnå cæsium

cæsium er findes i nogle mineraler, såsom pollucit, der normalt opnås i sin urene form. Den største forurening i cæsium opnået fra naturlige kilder skyldes tilstedeværelsen af ​​elementet rubidium på grund af de kemiske ligheder mellem disse to arter.

DET cæsium ekstraktion kommer af pollucit kan udføres ved tre hovedmetoder: syrefordøjelse, basisk fordøjelse eller direkte reduktion.

Syrefordøjelse er den mest anvendte metode og udføres ved høj temperatur og brombrinte, saltsyre, svovlsyre eller flussyre. I denne proces dannes en opløsning indeholdende cæsium og urenheder, som renses ved hydrolyse, hvorved der opnås et cæsiumsalt af høj renhed.

Ved alkalisk fordøjelse ristes mineralet pollucit med en blanding af natrium- eller calciumsalte. Ved at vaske det resulterende faste stof med vand eller fortyndet ammoniak opnås en opløsning af cæsiumsalte med højere renhed.

I den direkte reduktionsmetode sker isoleringen af ​​cæsium ved at knuse og opvarme malmene, der indeholder cæsium og rubidium, i nærværelse af metallisk natrium ved en temperatur på 650 °C. I denne proces dannes en metallegering, der udsættes for en separationsproces kendt som fraktioneret destillation. Ved destillation øges legeringens temperatur gradvist, og på grund af metallernes forskellige kogetemperaturer er det muligt at adskille dem fra blandingen og isolere dem individuelt.

Cæsium i sin metalliske form er meget reaktivt, så det er det oftest dets kommercialisering og manipulation i form af cæsiumazid (CsN₃), hvorved cæsium kan genvindes ved blot at opvarme til ca. 390 °C. Cæsiumazid fremstilles ved reaktion mellem en opløsning af cæsiumsulfat og bariumazid.

Cæsium applikationer

Cæsiums anvendelser er begrænset på grund af dets lave smeltepunkt, og derfor har det meget specifikke anvendelser.

En af de vigtigste anvendelser af grundstoffet cæsium er i atomure., som er højpræcisionsure, der bruges i tidsstyringssystemer. Denne type udstyr bruger overgangen af elektroner mellem to forskellige og velkendte niveauer af cæsiumatomets grundtilstand for at definere tidsenheden for sekund. Brugen af ​​denne type overgang til at måle tid skyldes dens stabilitet, det faktum, at den ikke ændrer sig fra atom til atom og ikke slides over tid.

Atomur baseret på overgangene af cæsiumatomer placeret i et laboratorium i Tyskland. [1]

På grund af de fotoemissive egenskaber er cæsium bruges i fotoelektriske og solceller, billedbehandlingsenheder i fjernsyn og nattesynsudstyr. Dette element sammensætter stadig nogle typer glas i specielle linser og optisk fiber.

I den kemiske industri bruges cæsium som katalysator i organiske reaktioner af hydrogenering og oprensningsmetoder Petroleum.

I øjeblikket er en af ​​de vigtigste anvendelser af dette element i sammensætningen af ​​borevæsker til naturgas- og olieindustrien.

I kombination med oxygen danner det en forbindelse, der bruges til fjernelse af affaldsgasser i vakuumrør.

Cæsiumioner bruges på grund af deres høje molekylære masse i ioniske fremdrivningssystemer i rumfartøjsmotorer.

Den radioaktive isotop cæsium-137 finder anvendelse i medicin og industri som udleder af gammastråling.

Læs også:Curium — syntetisk grundstof præget af sin store radioaktive kapacitet

Forholdsregler med cæsium

Cæsium er et grundstof ekstremt reaktiv i nærvær af vand, så det er klassificeret som farligt, og dets transport og opbevaring skal udføres isoleret fra andre reagenser.

I kontakt med vand giver cæsium anledning til cæsiumhydroxid. Denne forbindelse er en grundlag meget stærk i stand til at angribe glasset.

cæsium har nogle radioisotoper, der er ekstremt sundhedsfarlige menneske og dyr. O ¹³⁷Cs er en årsag til infertilitet, Kræft, knoglemarv og hudskader og kan føre til døden.

Cæsium-137 prøve med angivelse på pakken af ​​radioaktivt stof

Cæsiumioner på grund af deres kemiske lighed med kalium, du kan ringe Det kaliumreceptorer i levende organismer, hæmmer funktionen af ​​natrium-kalium pumpen, en mekanisme involveret i flere biologiske funktioner.

Cæsium-137 og ulykken i Goiânia

Cæsium-137 (¹³⁷Cs) er en af ​​de radioisotoper af grundstoffet cæsium, der har en halveringstid på omkring 30 år. Som en isotop af cæsium, arten ¹³⁷Cs har det samme antal protoner (Z = 55) og forskelligt antal neutroner. Værdien "137" beskriver summen af ​​protoner og neutroner (55 + 82 = 137).

O¹³⁷Cs er en ustabil og radioaktiv art. Det betyder, at dens kerne udsender stråling af typen beta, omdannelse til det kemiske grundstof barium-137 (¹³⁷Ba). Denne proces er repræsenteret ved kernereaktionen:

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

Den stråling, der udsendes af ¹³⁷Cs er meget sundhedsskadeligt, da det dannes af ioniserende partikler og elektromagnetisk strålingher, som trænger ind i vævene, hvilket fører til en række komplikationer, herunder mulige ændringer i DNA.

produktet af Radioaktivt henfald af ¹³⁷Cs - den ¹³⁷Ba ― frigiver gamma-type stråling, som har endnu dybere gennemtrængende kraft end betastråling.

Skaden forårsaget af stråling skyldes dens evne til at fortrænge elektroner fra atomer og danne kationer (arter med positive), som er meget reaktive og i stand til at fremme alvorlige ændringer i vævsceller og endda i DNA.

Men når den håndteres med forsigtighed, vil strålingen, der udsendes af ¹³⁷Cs kan være fordelagtige, og derfor bruges denne kemiske art i kræftbehandlinger, i nogle industrier, inden for fødevaresterilisering, inden for spildevandsbehandling og inden for udstyr kirurgisk.

Imidlertid manglende ordentlig instruktion kan føre til Det alvorlige miljøulykker, som den der skete i Goiânia i 1987. Ved den lejlighed fandt to genbrugsarbejdere et forladt strålebehandlingsudstyr, som indeholdt en kapsel med cæsium-137, i form af cæsiumchloridsalt (CsCl).

Ved videresalg af det metalliske udstyr til en skrotplads blev kapslen åbnet af stedets ejer, som fandt et hvidt pulver, der blev lyseblåt i mørket. På grund af skønheden ved det fundne materiale distribuerede han det til befolkningen i regionen. Efter et par dage identificerede byens sundhedssystem plejen af ​​snesevis af mennesker med symptomer på forurening med det radioaktive element.

Foto af den radioaktive kilde involveret i ulykken i 1987 i Goiânia. Denne metalliske del tilhørte et strålebehandlingsudstyr. [2]

På det tidspunkt døde fire mennesker., og flere hundrede har haft eller må leve med symptomerne på radioaktivt materialeforgiftning. Da cæsiumchlorid er vandopløseligt og hygroskopisk, spredes det let i hele regionen og forurener jord, vand, dyr og fødevarer.

I denne episode, omkring syv tons atomaffald blev isoleret i specifikke bygninger for at indeholde strålingen og skal forblive der i mindst 180 år, det tager tid for koncentrationen af ​​radioaktivt materiale at falde væsentligt.

Cæsium-137 kan også frigives til atmosfæren gennem aktivering af Atom våben og atomkraftværker. En en anden kilde til forurening af miljøet med cæsium-137 var den begivenhed, der fandt sted i Tjernobyl, i 1986, da dette radioaktive grundstof er afledt af urans radioaktive henfaldsmekanismer.

• Video lektioner Cæsium-137: den største radiologiske ulykke i verden

cæsiums historie

Cæsiumelementet var opdaget i 1860 af de tyske videnskabsmænd Robert Wilhelm Bunsen og Gustav Robert Kirchhoff gennem spektroskopisk analyse af vandprøver. Cæsium var det første kemiske grundstof, der blev opdaget ved spektroskopi.

Resultatet af disse analyser viste to klare blå linjer, ledsaget af andre linjer ved andre bølgelængder, forbundet med farverne rød, grøn og gul. På grund af de blå linjer, der er identificeret i spektret, er Forskere brugte udtrykket "cæsium", et ord, der betyder "blå himmel".

Billedkreditter

[1] geogif / shutterstock

[2] Wikimedia Commons (reproduktion)

Af Ana Luiza Lorenzen Lima
Kemi lærer

Vil du referere til denne tekst i et skole- eller akademisk arbejde? Se:

LIMA, Ana Luiza Lorenzen. "Cæsium (Cs)"; Brasilien skole. Tilgængelig i: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/cesio-cs.htm. Tilgået den 25. august 2022.