O césium est un élément métallique appartenant au groupe 1 de la JLa beauté Pérodique. Il a un aspect argenté, est réactif avec l'eau et possède un certain nombre d'isotopes. Certains de ces isotopes sont radioactifs et ont des demi-vies allant de plusieurs années à des millions d'années. La source naturelle de césium est la pollucite minérale, présente en grande quantité dans une certaine région du Canada.
O L'isotope du césium le plus connu est césium-137, responsable de l'accident radioactif survenu à Goiânia en 1987.
Bien qu'ils soient toxiques pour les animaux et les humains, lorsqu'ils sont manipulés correctement, les isotopes radioactifs du césium apporter des avantages, pouvant être utilisé dans le domaine médical, en physique et même dans la stérilisation des boues et nourriture.
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Résumé sur le césium
Le césium est un élément métallique rare, appartenant au groupe 1 du tableau périodique.
Le césium a point de fusion relativement faible, pouvant passer de solide à liquide à 28 °C.
Le césium est très réactif avec l'eau et facilement oxydé par oxygène.
Le césium-133 est le seul isotope stable du césium, avec les 39 isotopes radioactifs restants.
La principale source minérale de césium est la pollucite, dont les mines d'extraction sont concentrées au Canada.
La principale application du césium est dans atomique horloges, qui sont des équipements de mesure du temps de très haute précision.
Le césium trouve également une application dans les dispositifs de photoémission, dans les systèmes de propulsion des engins spatiaux dans la composition des fluides de forage de puits de pétrole et dans les équipements médicaux et thérapeutiques médicinal.
Propriétés du césium
Symbole: Cs.
Numéro atomique: 55.
masse atomique: 132.905 unités.
Configuration électronique: [Xe] 6s¹.
état physique: solide (à 20 °C) et liquide (à 28 °C).
Point de fusion : 28,5°C.
Point d'ébullition: 671°C.
Densité: 1,93 g cm-3.
électronégativité: 0,79 (électronégativité de Pauling).
série chimique: éléments représentatifs.
Emplacement dans le tableau Pérodique: groupe 1, période 6, bloc s.
isotopes: 133Cs (100%).
caractéristiques du césium
Le césium est un métal d'occurrence rare appartenant au groupe 1 du tableau périodique, connu sous le nom de groupe des métaux alcalins. Le césium a un aspect argenté-doré, est un métal mou et ductile et a un point de fusion d'environ 28 °C. La température de fusion étant relativement basse, cet élément peut se trouver à l'état liquide, en fonction de la température ambiante.
Comme les autres métaux alcalins, le césium réagit violemment avec l'eau et est si réactif qu'il peut même réagir avec de la glace à des températures supérieures à -116 °C. Au contact de l'air atmosphérique, le césium s'oxyde facilement. En raison de cette nature très réactive, sa forme de manipulation la plus courante est en association avec le azote, sous forme d'azoture de césium (CsN). Le césium est stocké sous forme métallique par immersion dans des solvants apolaires ou en présence de gaz inertes.
le césium a 39 isotopes connus. Parmi ceux-ci, seul le césium-133 (133Cs) est naturellement stable. Les autres ont masses atomiques qui s'étendent de 112 à 151 u, et la plupart d'entre eux ont demi vie réduite, allant de quelques fractions de seconde à quelques jours.
Certains isotopes radioactifs du césium peuvent être trouvés dans la nature, car ils sont dérivés de fission nucléaire d'autres éléments. Le radio-isotope césium-135 (135Cs) a une longue demi-vie à l'échelle de 2,3 millions d'années. La demi-vie du césium-137 (137Cs) a environ 30 ans et le césium-134 (134Cs) est un peu plus de deux ans.
À propriétés physico-chimiques du césium sont similaires à celles du potassium C'est de rubidium, ce dernier élément étant l'un des contaminants des minerais contenant du césium.
Dans le tableau périodique, le césium est situé à l'extrémité inférieure gauche, étant l'élément chimique avec l'électronégativité la plus faible.
Le composé hydroxyde de césium (CsOH) est la base la plus forte connue, pouvant attaquer le verre. D'autres composés de césium plus courants sont le nitrate de césium (CsNO3) et le chlorure de césium (CsCl), tous deux utilisés industriellement pour obtenir d'autres produits chimiques.
le césium est considéré comme un élément rare, car il occupe la 45e position parmi les éléments les plus abondants de la croûte terrestre, avec une quantité estimée à 2,6 ppm. le césium est un métal toxique et radioactif.
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Où trouve-t-on le césium ?
O Le principal minéral connu comme source de césium est la pollucite, un silicate de césium hydraté et aluminium, dont la formule moléculaire est CsAlSi2O6. La pollucite contient entre 5% et 32% d'oxyde de césium. La lépidolite peut également être une source de minerai de césium, selon le site d'extraction.
la région de jeAug Bernic, situé au Manitoba, Canada, est l'une des principales sources de césium de la planète, concentrant environ 82% de toute la pollucite existante dans le monde, une quantité équivalente à 300 000 tonnes de minerai. On estime que la pollucite existante dans cette région a une composition d'environ 20% en césium.
Il existe d'autres réserves contenant de la pollucite dans le Zambie et namibie, situé sur le continent africain. Des minerais contenant du césium ont déjà été recensés en Afghanistan, en Chine, en Italie, au Tibet et au Chili.
Les autres minerais contenant du césium sont le béryl (Be3Al2(SiO3)6), avec environ 9% de césium, l'avogadrite ((K, Cs) BF4), avec des quantités variables de césium, et de la rhodizite (borate d'aluminium, de béryllium, de sodium et de césium hydraté de composition variée), contenant au maximum 3 % de césium. Même ainsi, le seul minéral économiquement viable pour l'extraction du césium est la pollucite.
Obtention du césium
le césium est présent dans certains minéraux, comme la pollucite, étant normalement obtenue sous sa forme impure. La principale contamination en césium obtenu à partir de sources naturelles est due à la présence de l'élément rubidium, en raison des similitudes chimiques entre ces deux espèces.
LA extraction de césium à venir de la pollucite peut être réalisée par trois méthodes principales: digestion acide, digestion alcaline ou réduction directe.
La digestion acide est la méthode la plus utilisée et est réalisée à haute température, et bromhydrique, chlorhydrique, sulfurique ou fluorhydrique. Dans ce procédé, une solution contenant du césium et des impuretés est formée, qui est purifiée par hydrolyse, obtenant un sel de césium de haute pureté.
Dans la digestion alcaline, la pollucite minérale est grillée avec un mélange de sels de sodium ou de calcium. En lavant le solide résultant avec de l'eau ou de l'ammoniac dilué, une solution de sels de césium de pureté supérieure est obtenue.
Dans la méthode de réduction directe, l'isolement du césium se fait par broyage et chauffage des minerais contenant du césium et du rubidium, en présence de sodium métallique à une température de 650 °C. Dans ce processus, un alliage métallique est formé qui est soumis à un processus de séparation connu sous le nom de distillation fractionnée. Lors de la distillation, la température de l'alliage est progressivement augmentée et, en raison des différentes températures d'ébullition des métaux, il est possible de les séparer du mélange et de les isoler individuellement.
Le césium sous sa forme métallique est très réactif, il est donc le plus souvent sa commercialisation et sa manipulation sous forme d'azide de césium (CsN3), le césium pouvant être récupéré par simple chauffage à environ 390 °C. L'azoture de césium est préparé par la réaction entre une solution de sulfate de césium et d'azoture de baryum.
Applications au césium
Les applications du césium sont limitées en raison de son point de fusion bas et, par conséquent, il a des utilisations très spécifiques.
L'une des principales utilisations de l'élément césium est dans les horloges atomiques., qui sont des montres de haute précision utilisées dans les systèmes de chronométrage. Ce type d'équipement utilise la transition de électrons entre deux niveaux différents et bien connus de l'état fondamental de l'atome de césium pour définir l'unité de temps de la seconde. L'utilisation de ce type de transition pour mesurer le temps est due à sa stabilité, au fait qu'elle ne change pas d'atome en atome et ne s'use pas avec le temps.
![Horloge atomique basée sur les transitions d'atomes de césium située dans un laboratoire en Allemagne. [1]](/f/b929677c7ce47f86150f2774f63c4f16.jpg)
En raison de ses propriétés photoémissives, le césium est utilisé dans les cellules photoélectriques et solaires, dispositifs d'imagerie dans les téléviseurs et les équipements de vision nocturne. Cet élément compose encore certains types de verre dans des lentilles spéciales et de la fibre optique.
Dans l'industrie chimique, le césium est utilisé comme catalyseur dans les réactions organiques de hydrogénation et méthodes de purification Pétrole.
Actuellement, l'une des applications les plus importantes de cet élément est dans la composition des fluides de forage pour les industries du gaz naturel et du pétrole.
En combinaison avec l'oxygène, il forme un composé utilisé pour l'élimination des gaz résiduaires dans les tubes à vide.
Les ions césium, en raison de leur masse moléculaire élevée, sont utilisés dans les systèmes de propulsion ionique des moteurs d'engins spatiaux.
L'isotope radioactif césium-137 trouve une application en médecine et dans l'industrie en tant qu'émetteur de rayonnement gamma.
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Précautions avec le césium
Le césium est un élément extrêmement réactif en présence d'eau, il est donc classé comme dangereux, et son transport et son stockage doivent être effectués isolés des autres réactifs.
Au contact de l'eau, le césium donne naissance à de l'hydroxyde de césium. Ce composé est un base très fort capable d'attaquer le verre.
le césium contient des radio-isotopes extrêmement dangereux pour la santé humain et animal. O 137Cs est une cause d'infertilité, cancer, endommagent la moelle osseuse et la peau et peuvent entraîner la mort.
Les ions césium, en raison de leur similitude chimique avec le potassium, tu peux appeler La récepteurs de potassium dans les organismes vivants, inhibant le fonctionnement de la pompe sodium-potassium, mécanisme impliqué dans plusieurs fonctions biologiques.
Le césium 137 et l'accident de Goiânia
Césium-137 (137Cs) est l'un des radio-isotopes de l'élément césium, ayant une demi-vie d'environ 30 ans. En tant qu'isotope du césium, l'espèce 137Cs a le même nombre de protons (Z = 55) et un nombre différent de neutrons. La valeur « 137 » décrit la somme des protons et des neutrons (55 + 82 = 137).
O137Le Cs est une espèce instable et radioactive. Cela signifie que son cœur émet un rayonnement du type bêta, se transformant en l'élément chimique baryum-137 (137Ba). Ce processus est représenté par la réaction nucléaire :
\({_{55}^{137}}Cs⟶{_{-1}^{0}}β+{_{56}^{137}}Ba\)
Le rayonnement émis par le 137Le Cs est très nocif pour la santé humaine, car il est formé par des particules ionisantes et un rayonnement électromagnétiqueici, qui pénètrent dans les tissus, entraînant une série de complications, dont d'éventuelles altérations du ADN.
le produit de désintégration radioactive de 137Cs - le 137Ba ― libère un rayonnement de type gamma, qui a un pouvoir de pénétration encore plus profond que le rayonnement bêta.
Les dommages causés par le rayonnement sont dus à sa capacité à déplacer les électrons des atomes, formant des cations (espèces avec positifs), qui sont hautement réactifs et capables de provoquer des changements sévères dans les cellules tissulaires et même dans le ADN.
Cependant, lorsqu'il est manipulé avec soin, le rayonnement émis par le 137Cs peut être avantageux et, par conséquent, cette espèce chimique est utilisée dans les thérapies contre le cancer, en certaines industries, en stérilisation alimentaire, en traitement des eaux usées et en équipement chirurgical.
Cependant, le le manque d'instructions appropriées peut conduire à La accidents environnementaux graves, comme celui qui s'est produit à Goiânia en 1987. A cette occasion, deux recycleurs ont trouvé un équipement de radiothérapie abandonné, qui contenait une capsule de césium-137, sous forme de sel de chlorure de césium (CsCl).
Lors de la revente du matériel métallique pour une casse, la capsule a été ouverte par le propriétaire des lieux, qui a trouvé une poudre blanche qui virait au bleu vif dans le noir. En raison de la beauté du matériel trouvé, il le distribua aux habitants de la région. Au bout de quelques jours, le système de santé de la ville a identifié la prise en charge de dizaines de personnes présentant des symptômes de contamination par l'élément radioactif.
À l'époque, quatre personnes sont décédées., et des centaines d'autres ont eu ou doivent vivre avec les symptômes d'une intoxication par des matières radioactives. Comme le chlorure de césium est soluble dans l'eau et hygroscopique, il se propage facilement dans toute la région, contaminant les sols, l'eau, les animaux et les aliments.
Dans cet épisode, environ sept tonnes de déchets atomiques ont été isolés dans des bâtiments spécifiques pour contenir le rayonnement et doivent y rester au moins 180 ans, temps nécessaire pour que la concentration de matières radioactives diminue significativement.
Le césium 137 peut également être libéré dans l'atmosphère par l'activation de armes nucléaires et centrales nucléaires. Une une autre source de contamination de l'environnement par le césium 137 est l'événement survenu à Tchernobyl, en 1986, puisque cet élément radioactif est issu des mécanismes de désintégration radioactive de l'uranium.
Cours vidéo Césium-137: le plus grand accident radiologique au monde
histoire du césium
L'élément césium était découverte en 1860 par les scientifiques allemands Robert Wilhelm Bunsen et Gustav Robert Kirchhoff grâce à l'analyse spectroscopique d'échantillons d'eau. Le césium a été le premier élément chimique découvert par spectroscopie.
Le résultat de ces analyses a montré deux raies bleues brillantes, accompagnées d'autres raies à d'autres longueurs d'onde, associées aux couleurs rouge, vert et jaune. En raison des lignes bleues identifiées dans le spectre, le Les scientifiques ont utilisé le terme « césium », un mot qui signifie « ciel bleu ».
Crédits image
[1] géogif / obturateur
[2] Wikimédia Commons (la reproduction)
Par Ana Luiza Lorenzen Lima
Professeur de chimie