Ö Cäsium ist ein metallisches Element der Gruppe 1 der TDie Schönheit Perodisch. Es hat ein silbriges Aussehen, reagiert mit Wasser und hat eine Reihe von Isotopen. Einige dieser Isotope sind radioaktiv und haben Halbwertszeiten von Jahren bis zu Millionen von Jahren. Die natürliche Cäsiumquelle ist das Mineral Pollucite, das in einer bestimmten Region Kanadas in großen Mengen vorkommt.
Ö Das bekannteste Cäsiumisotop ist Cäsium-137, das 1987 für den radioaktiven Unfall in Goiânia verantwortlich war.
Obwohl sie für Tiere und Menschen giftig sind, sind sie bei sachgemäßer Handhabung radioaktive Cäsiumisotope Vorteile bringen, die im medizinischen Bereich, in der Physik und sogar bei der Schlammsterilisation eingesetzt werden können und Lebensmittel.
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Zusammenfassung über Cäsium
Cäsium ist ein seltenes metallisches Element, das zur Gruppe 1 des Periodensystems gehört.
Cäsium hat Fusionspunkt relativ niedrig, da es bei 28 °C von fest zu flüssig wechseln kann.
Cäsium ist sehr reaktiv mit Wasser und wird dadurch leicht oxidiert Sauerstoff.
Cäsium-133 ist das einzige stabile Isotop von Cäsium, mit den restlichen 39 radioaktiven Isotopen.
Die wichtigste Mineralquelle für Cäsium ist Pollucit, dessen Abbauminen sich auf Kanada konzentrieren.
Die Hauptanwendung von Cäsium liegt in Atomuhren, die sehr hochpräzise Zeitmessgeräte sind.
Cäsium findet auch Anwendung in Photoemissionsgeräten, in Antriebssystemen von Raumfahrzeugen in der Zusammensetzung von Ölbohrspülungen und in medizinischen Geräten und Therapien medizinisch.
Cäsium Eigenschaften
Symbol: Cs.
Ordnungszahl: 55.
Atommasse: 132.905 u.
Elektronische Konfiguration: [Xe] 6s¹.
Körperlicher Status: fest (bei 20 °C) und flüssig (bei 28 °C).
Schmelzpunkt: 28,5 °C.
Siedepunkt: 671 °C.
Dichte: 1,93 gcm-3.
Elektronegativität: 0,79 (Elektronegativität nach Pauling).
chemische Reihe: repräsentative Elemente.
Position in der Tabelle Perodisch: Gruppe 1, Stunde 6, Block s.
Isotope: 133CS (100 %).
Eigenschaften von Cäsium
Cäsium ist ein Metall von seltenem Vorkommen gehören zur Gruppe 1 des Periodensystems, die als Alkalimetallgruppe bekannt ist. Cäsium hat ein silbrig-goldenes Aussehen, ist ein weiches, duktiles Metall und hat einen Schmelzpunkt von etwa 28 °C. Da die Schmelztemperatur relativ niedrig ist, befindet sich dieses Element je nach Umgebungstemperatur im flüssigen Zustand.
Wie die anderen Alkalimetalle Cäsium reagiert heftig mit Wasser und ist so reaktiv, dass es sogar bei Temperaturen über -116 °C mit Eis reagieren kann. In Kontakt mit atmosphärischer Luft wird Cäsium leicht oxidiert. Aufgrund dieser sehr reaktiven Natur ist die häufigste Form der Manipulation in Verbindung mit der Stickstoff-, in Form von Cäsiumazid (CsN). Cäsium wird in metallischer Form durch Eintauchen in unpolare Lösungsmittel oder in Gegenwart von Inertgasen gelagert.
das Cäsium hat 39 bekannte Isotope. Davon ist nur Cäsium-133 (133Cs) ist von Natur aus stabil. Die anderen haben Atommassen die sich von 112 bis 151 u erstrecken, und die meisten von ihnen haben Halbwertszeit reduziert und reicht von Bruchteilen einer Sekunde bis hin zu einigen Tagen.
Einige radioaktive Isotope des Cäsiums kommen in der Natur vor, da sie aus ihnen stammen Kernspaltung von anderen Elementen. Das Radioisotop Cäsium-135 (135Cs) hat eine lange Halbwertszeit in der Größenordnung von 2,3 Millionen Jahren. Die Halbwertszeit von Cäsium-137 (137Cs) ist etwa 30 Jahre alt und Cäsium-134 (134Cs) beträgt etwas mehr als zwei Jahre.
Bei Die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Cäsium sind denen von ähnlich Kalium Es ist von Rubidium, wobei dieses letzte Element eine der Verunreinigungen von Erzen ist, die Cäsium enthalten.
Im Periodensystem befindet sich Cäsium am unteren linken Ende und ist das chemische Element mit der niedrigsten Elektronegativität.
Die Verbindung Cäsiumhydroxid (CsOH) ist die stärkste bekannte Base, die Glas angreifen kann. Andere häufigere Cäsiumverbindungen sind Cäsiumnitrat (CsNO3) und Cäsiumchlorid (CsCl), die beide industriell zur Gewinnung anderer chemischer Produkte verwendet werden.
das Cäsium gilt als seltenes Element, da es mit einer geschätzten Menge von 2,6 ppm den 45. Platz unter den am häufigsten vorkommenden Elementen in der Erdkruste einnimmt. das Cäsium ist ein giftiges und radioaktives Metall.
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Wo kommt Cäsium vor?
Ö Das wichtigste Mineral, das als Cäsiumquelle bekannt ist, ist Pollucit, ein hydratisiertes Cäsiumsilikat und Aluminium, dessen Summenformel CsAlSi ist2Ö6. Pollucite enthält zwischen 5 % und 32 % Cäsiumoxid. Lepidolith kann je nach Abbauort auch ein Quellerz für Cäsium sein.
die Region von lAug Bernic mit Sitz in Manitoba, Kanada, ist eine der Hauptquellen für Cäsium auf dem Planeten, das rund 82 % aller weltweit vorhandenen Pollucite konzentriert, eine Menge, die 300.000 Tonnen Erz entspricht. Es wird geschätzt, dass der vorhandene Pollucit in dieser Region eine Zusammensetzung von ungefähr 20 % in Cäsium hat.
Es gibt andere Reserven, die Pollucit enthalten Sambia und Namibia, befindet sich auf dem afrikanischen Kontinent. Cäsiumhaltige Mineralien wurden bereits in Afghanistan, China, Italien, Tibet und Chile nachgewiesen.
Weitere cäsiumhaltige Erze sind Beryll (Be3Al2(SiO3)6), mit ca. 9 % Cäsium, Avogadrit ((K, Cs) BF4) mit unterschiedlichen Cäsiumgehalten und Rhodizit (hydratisiertes Aluminium-, Beryllium-, Natrium- und Cäsiumborat unterschiedlicher Zusammensetzung) mit einem Höchstgehalt von 3 % Cäsium. Trotzdem ist Pollucit das einzige wirtschaftlich nutzbare Mineral für die Gewinnung von Cäsium.
Cäsium erhalten
das Cäsium ist in einigen Mineralien vorhanden, wie Pollucit, normalerweise in seiner unreinen Form erhalten werden. Die Hauptkontamination in aus natürlichen Quellen gewonnenem Cäsium ist auf das Vorhandensein des Elements Rubidium aufgrund der chemischen Ähnlichkeiten zwischen diesen beiden Arten zurückzuführen.
DAS Cäsium-Extraktion Kommen von Pollucite kann durch drei Hauptmethoden durchgeführt werden: saurer Aufschluss, alkalischer Aufschluss oder Direktreduktion.
Säureaufschluss ist die am häufigsten verwendete Methode und wird bei hoher Temperatur und Bromwasserstoff-, Salzsäure-, Schwefel oder Flusssäure. Bei diesem Verfahren wird eine Lösung gebildet, die Cäsium und Verunreinigungen enthält, die durch Hydrolyse gereinigt wird, wodurch ein Cäsiumsalz von hoher Reinheit erhalten wird.
Beim alkalischen Aufschluss wird das Mineral Pollucite mit einer Mischung aus Natrium- oder Calciumsalzen geröstet. Durch Waschen des resultierenden Feststoffs mit Wasser oder verdünntem Ammoniak wird eine Lösung von Cäsiumsalzen höherer Reinheit erhalten.
Beim Direktreduktionsverfahren erfolgt die Isolierung von Cäsium durch Zerkleinern und Erhitzen der Cäsium- und Rubidium-haltigen Erze in Gegenwart von metallischem Natrium bei einer Temperatur von 650 °C. Dabei entsteht eine Metalllegierung, die einem sogenannten Trennprozess unterzogen wird fraktionierte Destillation. Bei der Destillation wird die Temperatur der Legierung allmählich erhöht und aufgrund der unterschiedlichen Siedetemperaturen der Metalle ist es möglich, diese aus dem Gemisch abzutrennen und einzeln zu isolieren.
Cäsium in seiner metallischen Form ist sehr reaktiv, also ist es so am häufigsten seine Kommerzialisierung und Manipulation in Form von Cäsiumazid (CsN3), wobei Cäsium durch einfaches Erhitzen auf ca. 390 °C zurückgewonnen werden kann. Cäsiumazid wird durch die Reaktion zwischen einer Lösung von Cäsiumsulfat und Bariumazid hergestellt.
Cäsium-Anwendungen
Die Anwendungen von Cäsium sind aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes begrenzt und daher hat es sehr spezifische Verwendungen.
Eine der Hauptverwendungen des Elements Cäsium ist in Atomuhren., bei denen es sich um hochpräzise Uhren handelt, die in Zeitmesssystemen verwendet werden. Diese Art von Ausrüstung verwendet den Übergang von Elektronen zwischen zwei verschiedenen und wohlbekannten Niveaus des Grundzustands des Cäsiumatoms, um die Zeiteinheit Sekunde zu definieren. Die Verwendung dieser Art von Übergang zur Zeitmessung beruht auf ihrer Stabilität, der Tatsache, dass sie sich nicht von Atom zu Atom ändert und sich mit der Zeit nicht abnutzt.
![Atomuhr basierend auf den Übergängen von Cäsiumatomen in einem Labor in Deutschland. [1]](/f/b929677c7ce47f86150f2774f63c4f16.jpg)
Aufgrund der photoemittierenden Eigenschaften ist Cäsium in photoelektrischen und Solarzellen verwendet, bildgebende Geräte in Fernsehgeräten und Nachtsichtgeräten. Dieses Element besteht immer noch aus einigen Glasarten in speziellen Linsen und Lichtwellenleitern.
In der chemischen Industrie wird Cäsium als Katalysator verwendet bei organischen Reaktionen von Hydrierung und Reinigungsverfahren Petroleum.
Derzeit ist eine der wichtigsten Anwendungen dieses Elements die Zusammensetzung von Bohrspülungen für die Erdgas- und Ölindustrie.
In Verbindung mit Sauerstoff bildet es eine Verbindung, die zur Entfernung von Abgasen in Vakuumröhren verwendet wird.
Cäsiumionen werden aufgrund ihrer hohen Molekülmasse in ionischen Antriebssystemen in Raumfahrzeugtriebwerken verwendet.
Das radioaktive Isotop Cäsium-137 findet als Emitter Anwendung in Medizin und Industrie Gammastrahlung.
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Vorsichtsmaßnahmen mit Cäsium
Cäsium ist ein Element extrem reaktiv in Gegenwart von Wasser, daher wird es als gefährlich eingestuft, und sein Transport und seine Lagerung müssen getrennt von anderen Reagenzien erfolgen.
In Kontakt mit Wasser entsteht aus Cäsium Cäsiumhydroxid. Diese Verbindung ist a Base sehr stark in der Lage, das Glas anzugreifen.
das Cäsium hat einige Radioisotope, die extrem gesundheitsgefährdend sind Mensch und Tier. Ö 137Cs ist eine Ursache für Unfruchtbarkeit, Krebs, Knochenmark und Hautschäden und kann zum Tod führen.
Cäsium-Ionen, wegen ihrer chemischen Ähnlichkeit mit Kalium, Du kannst anrufen Das Kaliumrezeptoren in lebenden Organismen, Hemmung der Funktion der Natrium-Kalium-Pumpe, ein Mechanismus, der an mehreren biologischen Funktionen beteiligt ist.
Cäsium-137 und der Unfall in Goiânia
Cäsium-137 (137Cs) ist einer der Radioisotope des Elements Cäsium mit einer Halbwertszeit von etwa 30 Jahren. Als Isotop des Cäsiums ist die Spezies 137Cs hat die gleiche Anzahl an Protonen (Z = 55) und eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen. Der Wert „137“ beschreibt die Summe von Protonen und Neutronen (55 + 82 = 137).
Ö137Cs ist eine instabile und radioaktive Spezies. Dies bedeutet, dass sein Kern Strahlung des Typs emittiert Beta, die sich in das chemische Element Barium-137 (137Ba). Dieser Prozess wird durch die Kernreaktion dargestellt:
\({_{55}^{137}}Cs⟶{_{-1}^{0}}β+{_{56}^{137}}Ba\)
Die von der emittierte Strahlung 137Cs ist hochgradig gesundheitsschädlich, da es durch ionisierende Partikel gebildet wird elektromagnetische Strahlunghier, die in das Gewebe eindringen und zu einer Reihe von Komplikationen führen, einschließlich möglicher Veränderungen der DNS.
das Produkt von radioaktiver Zerfall von 137Cs - die 137Ba ― setzt Strahlung vom Gamma-Typ frei, die eine noch tiefere Durchdringungskraft hat als Beta-Strahlung.
Der durch Strahlung verursachte Schaden beruht auf ihrer Fähigkeit, Elektronen aus Atomen zu verdrängen und Kationen zu bilden (Spezies mit positiv), die hochreaktiv sind und in der Lage sind, schwere Veränderungen in Gewebezellen und sogar in den Zellen zu fördern DNS.
Bei sorgsamer Handhabung wird jedoch die von der emittierte Strahlung reduziert 137Cs kann vorteilhaft sein und deshalb wird diese chemische Spezies in Krebstherapien eingesetzt, z in einigen Branchen, in der Lebensmittelsterilisation, in der Abwasserbehandlung und in der Ausrüstung chirurgisch.
Allerdings ist die Mangel an angemessener Unterweisung kann dazu führen Das schwere Umweltunfälle, wie der in Goiânia 1987. Bei dieser Gelegenheit fanden zwei Recyclingarbeiter ein verlassenes Strahlentherapiegerät, das eine Kapsel mit Cäsium-137 in Form von Cäsiumchloridsalz (CsCl) enthielt.
Beim Weiterverkauf der metallischen Ausrüstung für einen Schrottplatz wurde die Kapsel vom Besitzer des Ortes geöffnet, der ein weißes Pulver fand, das sich im Dunkeln hellblau verfärbte. Wegen der Schönheit des gefundenen Materials verteilte er es an die Menschen in der Region. Nach einigen Tagen identifizierte das Gesundheitssystem der Stadt die Versorgung von Dutzenden von Menschen mit Symptomen einer Kontamination durch das radioaktive Element.
Damals starben vier Menschen., und Hunderte weitere hatten oder müssen mit den Symptomen einer radioaktiven Materialvergiftung leben. Da Cäsiumchlorid wasserlöslich und hygroskopisch ist, verbreitet es sich leicht in der gesamten Region und kontaminiert Böden, Wasser, Tiere und Lebensmittel.
In dieser Folge etwa sieben Tonnen Atommüll wurden in bestimmten Gebäuden isoliert, um die Strahlung einzudämmen und müssen dort mindestens bleiben 180 Jahre, Zeit, die benötigt wird, bis die Konzentration radioaktiver Stoffe abnimmt bedeutend.
Cäsium-137 kann auch durch die Aktivierung von in die Atmosphäre freigesetzt werden Atomwaffen und Atomkraftwerke. Einer Eine weitere Quelle der Kontamination der Umwelt durch Cäsium-137 war das Ereignis, das in stattfand Tschernobyl, im Jahr 1986, da dieses radioaktive Element aus den radioaktiven Zerfallsmechanismen von Uran stammt.
Videounterricht Cäsium-137: der größte radiologische Unfall der Welt
Geschichte des Cäsiums
Das Element Cäsium war 1860 entdeckt von den deutschen Wissenschaftlern Robert Wilhelm Bunsen und Gustav Robert Kirchhoff durch spektroskopische Analyse von Wasserproben. Cäsium war das erste chemische Element, das spektroskopisch entdeckt wurde.
Das Ergebnis dieser Analysen zeigte zwei hellblaue Linien, begleitet von anderen Linien bei anderen Wellenlängen, die den Farben Rot, Grün und Gelb zugeordnet sind. Aufgrund der im Spektrum identifizierten blauen Linien, die Wissenschaftler verwendeten den Begriff „Cäsium“, ein Wort, das „blauer Himmel“ bedeutet..
Bildnachweis
[1] geogif / Shutterstock
[2] Wikimedia Commons (Reproduktion)
Von Ana Luiza Lorenzen Lima
Chemielehrer
