צזיום (Cs): מאפיינים, יישומים, תאונה

protection click fraud

O צסיום הוא יסוד מתכתי השייך לקבוצה 1 של טהיופי פאירודי. יש לו מראה כסוף, הוא מגיב עם מים, ויש לו מספר איזוטופים. חלק מהאיזוטופים הללו הם רדיואקטיביים ויש להם זמן מחצית חיים שנעים בין שנים למיליוני שנים. המקור הטבעי של צזיום הוא המינרל פולוציט, המצוי בכמויות גדולות באזור מסוים בקנדה.

O איזוטופ הצסיום הידוע ביותר הוא צסיום-137, שהיה אחראי לתאונה הרדיואקטיבית שהתרחשה בגויאניה ב-1987.

למרות היותו רעיל לבעלי חיים ולאנשים, בטיפול נכון, איזוטופים צזיום רדיואקטיביים להביא יתרונות, יכולת לשמש בתחום הרפואי, בפיזיקה ואפילו בסטריליזציה של בוצה מזונות.

קרא גם: אורניום - יסוד רדיואקטיבי בעל חשיבות רבה לייצור אנרגיה

סיכום לגבי צסיום

  • צזיום הוא יסוד מתכתי נדיר, השייך לקבוצה 1 של הטבלה המחזורית.

  • לצסיום יש נקודת היתוך נמוך יחסית, מסוגל לעבור ממוצק לנוזל ב-28 מעלות צלזיוס.

  • צזיום מגיב מאוד עם מים ומתחמצן בקלות על ידי חַמצָן.

  • צזיום-133 הוא האיזוטופ היציב היחיד של צסיום, עם 39 האיזוטופים הרדיואקטיביים הנותרים.

  • מקור המינרלים העיקרי של צסיום הוא פולוציט, שמכרות ההפקה שלו מרוכזים בקנדה.

  • היישום העיקרי של צסיום הוא ב שעונים אטומיים, שהם ציוד למדידת זמן דיוק גבוה מאוד.

  • instagram story viewer
  • צזיום מוצא יישום גם במכשירי פליטת פוטו, במערכות הנעה של חלליות בהרכב נוזלי קידוח בארות נפט ובציוד רפואי וטיפולים תְרוּפָתִי.

תכונות צזיום

  • סֵמֶל: Cs.

  • מספר אטומי: 55.

  • מסה אטומית: 132.905 u.

  • תצורה אלקטרונית: [Xe] 6s¹.

  • מצב פיזי: מוצק (ב-20 מעלות צלזיוס) ונוזל (ב-28 מעלות צלזיוס).

  • נקודת היתוך: 28.5 מעלות צלזיוס.

  • נקודת רתיחה: 671 מעלות צלזיוס.

  • צְפִיפוּת: 1.93 גרם ס"מ-3.

  • אלקטרושליליות: 0.79 (אלקטרושליליות פאולה).

  • סדרה כימית: אלמנטים מייצגים.

  • מיקום בטבלה פאירודי: קבוצה 1, תקופה 6, בלוק ש'.

  • איזוטופים: 133Cs (100%).

מאפיינים של צסיום

צזיום הוא א מַתֶכֶת אירוע נדיר השייכים לקבוצה 1 של הטבלה המחזורית, המכונה קבוצת המתכות האלקליות. לצזיום יש מראה כסוף-זהוב, היא מתכת רכה וגמישה ובעלת נקודת התכה של כ-28 מעלות צלזיוס. מכיוון שטמפרטורת ההיתוך נמוכה יחסית, ניתן למצוא אלמנט זה במצב נוזלי, בהתאם לטמפרטורת הסביבה.

אמפולת זכוכית המכילה את היסוד צזיום
אמפולת זכוכית המכילה את היסוד צזיום

כמו שאר המתכות האלקליות, צזיום מגיב באלימות עם מים והוא כל כך תגובתי שהוא יכול אפילו להגיב עם קרח בטמפרטורות מעל -116 מעלות צלזיוס. במגע עם אוויר אטמוספרי, צזיום מתחמצן בקלות. בשל אופי מאוד תגובתי זה, צורת המניפולציה הנפוצה ביותר שלו היא בשיתוף עם חַנקָן, בצורה של צזיום אזיד (CsN). צזיום מאוחסן בצורה מתכתית על ידי טבילה בממסים לא קוטביים או בנוכחות גזים אינרטיים.

הצסיום יש 39 איזוטופים ידועים. מתוכם, רק צזיום-133 (133Cs) יציב באופן טבעי. לאחרים יש מסות אטומיות שמתפרשים בין 112 ל-151 u, ולרובם יש חצי חיים מופחת, החל משברירי שנייה ועד אפילו כמה ימים.

כמה איזוטופים רדיואקטיביים של צסיום ניתן למצוא בטבע, כפי שהם מופקים ביקוע גרעיני של אלמנטים אחרים. הרדיואיזוטופ צסיום-135 (135ל-Cs) יש זמן מחצית חיים ארוך בקנה מידה של 2.3 מיליון שנים. זמן מחצית החיים של צסיום-137 (137Cs) הוא כבן 30 וצסיום-134 (134Cs) הוא קצת יותר משנתיים.

בְּ תכונות פיזיקוכימיות של צסיום דומות לאלו של אֶשׁלָגָן זה מ רובידיום, יסוד אחרון זה הוא אחד מהמזהמים של עפרות המכילות צזיום.

בטבלה המחזורית, צסיום ממוקם בקצה השמאלי התחתון, בהיותו היסוד הכימי בעל האלקטרושליליות הנמוכה ביותר.

התרכובת צסיום הידרוקסיד (CsOH) היא הבסיס החזק ביותר הידוע, מסוגל לתקוף זכוכית. תרכובות צזיום נפוצות יותר הן צזיום חנקתי (CsNO3) וצסיום כלוריד (CsCl), שניהם בשימוש תעשייתי להשגת מוצרים כימיים אחרים.

הצסיום נחשב למרכיב נדיר, שכן הוא תופס את המקום ה-45 מבין היסודות הנפוצים ביותר בקרום כדור הארץ, עם כמות מוערכת של 2.6 ppm. הצסיום היא מתכת רעילה ורדיואקטיבית.

קראו גם: אילו יסודות כימיים הם רדיואקטיביים?

היכן נמצא צזיום?

O המינרל העיקרי הידוע כמקור לצסיום הוא פולוציט, סיליקט צסיום hydrated ו אֲלוּמִינְיוּם, שהנוסחה המולקולרית שלו היא CsAlSi2O6. פולוציט מכיל בין 5% ל-32% תחמוצת צסיום. לפידוליט יכול להיות גם עפרת מקור לצזיום, בהתאם לאתר המיצוי.

מינרלים מזהמים.
מינרלים מזהמים.

האזור של לAug Bernic, הממוקם במניטובה, קנדה, הוא אחד המקורות העיקריים של צזיום על פני כדור הארץ, המרכז סביב 82% מכלל המזהמים הקיימים בעולם, כמות שווה ערך ל-300 אלף טון עפרות. ההערכה היא כי לזיהום הקיים באזור זה יש הרכב של כ-20% בצסיום.

ישנן שמורות אחרות המכילות פולוציטים זמביה ו נמיביה, הממוקם ביבשת אפריקה. מינרלים המכילים צזיום כבר תועדו באפגניסטן, סין, איטליה, טיבט וצ'ילה.

עפרות אחרות המכילות צזיום הן בריל (Be3אל2(SiO3)6), עם כ-9% צזיום, אבוגדריט ((K, Cs) BF4), עם כמויות משתנות של צזיום, ורודיזיט (אלומיניום מויד, בריליום, נתרן וצסיום בוראט בהרכב מגוון), המכילים תכולה מקסימלית של 3% צזיום. למרות זאת, המינרל היחיד בר-קיימא כלכלית להפקת צזיום הוא פולוציט.

השגת צזיום

הצסיום הוא קיים בכמה מינרלים, כגון pollucite, מתקבל בדרך כלל בצורתו הלא טהורה. הזיהום העיקרי בצסיום המתקבל ממקורות טבעיים נובע מנוכחות היסוד רובידיום, בשל הדמיון הכימי בין שני המינים הללו.

ה מיצוי צזיום מגיע ניתן לבצע של pollucite בשלוש שיטות עיקריות: עיכול חומצה, עיכול אלקליין או הפחתה ישירה.

עיכול חומצה היא השיטה הנפוצה ביותר ומתבצעת בטמפרטורה גבוהה, והידרופרום, הידרוכלורי, גוֹפרָתִי או הידרופלואור. בתהליך זה נוצרת תמיסה המכילה צזיום וזיהומים, המטוהרת על ידי הידרוליזה, תוך קבלת מלח צזיום בטוהר גבוה.

בעיכול אלקליין, המינרל פולוציט נצלה עם תערובת של מלחי נתרן או סידן. על ידי שטיפת המוצק שנוצר במים או אמוניה מדוללת, מתקבלת תמיסה בטוהר גבוה יותר של מלחי צזיום.

בשיטת ההפחתה הישירה, בידוד הצזיום מתרחש על ידי ריסוק וחימום העפרות המכילות צזיום ורובידיום, בנוכחות נתרן מתכתי בטמפרטורה של 650 מעלות צלזיוס. בתהליך זה נוצרת סגסוגת מתכת הנתונה לתהליך הפרדה המכונה זיקוק חלקי. בזיקוק טמפרטורת הסגסוגת עולה בהדרגה ובשל טמפרטורות הרתיחה השונות של המתכות, ניתן להפריד אותן מהתערובת ולבודד אותן בנפרד.

צזיום בצורתו המתכתית הוא מאוד תגובתי, כך הוא לרוב המסחור והמניפולציה שלו בצורה של צזיום אזיד (CsN3), לפיו ניתן להחזיר צזיום על ידי חימום פשוט לכ-390 מעלות צלזיוס. צזיום אזיד מוכן על ידי תגובה בין תמיסה של צסיום סולפט לבריום אזיד.

יישומי צזיום

היישומים של צסיום מוגבלים בשל נקודת ההיתוך הנמוכה שלו, ולכן יש לו שימושים מאוד ספציפיים.

אחד השימושים העיקריים של היסוד צזיום הוא בשעונים אטומיים.,שהם שעונים בעלי דיוק גבוה המשמשים במערכות תזמון. סוג זה של ציוד משתמש במעבר של אלקטרונים בין שתי רמות שונות ומוכרות של מצב היסוד של אטום הצסיום כדי להגדיר את יחידת הזמן של השניה. השימוש במעבר מסוג זה למדידת זמן נובע מיציבותו, העובדה שהוא אינו משתנה מאטום לאטום ואינו נשחק עם הזמן.

שעון אטומי המבוסס על מעברים של אטומי צזיום הנמצאים במעבדה בגרמניה. [1]
שעון אטומי המבוסס על מעברים של אטומי צזיום הנמצאים במעבדה בגרמניה. [1]

בשל התכונות הפוטו-מפלטות, צסיום הוא משמש בתאים פוטו-אלקטריים וסולאריים, מכשירי הדמיה בטלוויזיות וציוד לראיית לילה. אלמנט זה עדיין מרכיב כמה סוגי זכוכית בעדשות מיוחדות ובסיבים אופטיים.

בתעשייה הכימית, צסיום משמש כזרז בתגובות אורגניות של הידרוגנציה ושיטות טיהור נֵפט.

נכון לעכשיו, אחד היישומים החשובים ביותר של אלמנט זה הוא בהרכב של נוזלי קידוח לתעשיות הגז הטבעי והנפט.

בשילוב עם חמצן, הוא יוצר תרכובת המשמשת לפינוי גזי פסולת בצינורות ואקום.

יוני צזיום, בשל המסה המולקולרית הגבוהה שלהם, משמשים במערכות הנעה יוניות במנועי חלליות.

האיזוטופ הרדיואקטיבי צסיום-137 מוצא יישום ברפואה ובתעשייה כפולט של קרינת גמא.

קראו גם:קוריום - יסוד סינטטי המסומן בקיבולת הרדיואקטיבית הגדולה שלו

אמצעי זהירות עם צזיום

צזיום הוא יסוד תגובתי מאוד בנוכחות מים, ולכן הוא מסווג כמסוכן, והובלתו ואחסונו חייבים להתבצע במנותק מגיבים אחרים.

במגע עם מים, צסיום יוצר צסיום הידרוקסיד. מתחם זה הוא א בסיס חזק מאוד מסוגל לתקוף את הזכוכית.

הצסיום יש כמה רדיואיזוטופים המסוכנים ביותר לבריאות אדם וחיה. O 137Cs הוא גורם לאי פוריות, סרטן, נזק למח עצם ולעור ועלול להוביל למוות.

דגימת צזיום-137 עם ציון על אריזת החומר הרדיואקטיבי
דגימת צזיום-137 עם ציון על אריזת החומר הרדיואקטיבי

יוני צסיום, בגלל הדמיון הכימי שלהם לאשלגן, אתה יכול להתקשר ה קולטני אשלגן באורגניזמים חיים, מעכב את תפקוד משאבת הנתרן-אשלגן, מנגנון המעורב במספר פונקציות ביולוגיות.

צזיום-137 והתאונה בגויאניה

צזיום-137 (137Cs) הוא אחד מה רדיואיזוטופים של היסוד צזיום, בעל זמן מחצית חיים של כ-30 שנה. כאיזוטופ של צסיום, המין 137ל-Cs יש אותו מספר של פרוטונים (Z = 55) ומספר שונה של נויטרונים. הערך "137" מתאר את סכום הפרוטונים והנייטרונים (55 + 82 = 137).

O137Cs הוא מין לא יציב ורדיואקטיבי. המשמעות היא שהליבה שלו פולטת קרינה מהסוג בטא, הופך ליסוד הכימי בריום-137 (137תוֹאַר רִאשׁוֹן). תהליך זה מיוצג על ידי התגובה הגרעינית:

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

הקרינה הנפלטת על ידי 137Cs מזיק מאוד לבריאות האדם, מכיוון שהוא נוצר על ידי חלקיקים מייננים ו קרינה אלקטרומגנטיתכאן, אשר חודרים לרקמות, מה שמוביל לסדרה של סיבוכים, כולל שינויים אפשריים ב- DNA.

התוצר של ריקבון רדיואקטיבי שֶׁל 137Cs - ה 137Ba ― משחרר קרינה מסוג גמא, שיש לה כוח חודר עמוק אפילו יותר מקרינת בטא.

הנזק שנגרם מקרינה נובע מיכולתה לעקור אלקטרונים מאטומים וליצור קטיונים (מינים עם חיובי), שהם מאוד תגובתיים ומסוגלים לקדם שינויים חמורים בתאי רקמה ואפילו ב DNA.

עם זאת, כאשר מטפלים בזהירות, הקרינה הנפלטת על ידי ה 137Cs יכול להיות יתרון, ולכן, מין כימי זה משמש בטיפולי סרטן, ב חלק מהתעשיות, בסטריליזציה של מזון, בטיפול בשפכים ובציוד כִּירוּרגִי.

אולם, ה חוסר הדרכה נכונה יכול להוביל ה תאונות סביבתיות חמורות, כמו זו שאירעה בגויאניה בשנת 1987. באותה הזדמנות מצאו שני עובדי מיחזור ציוד קרינה נטוש, שהכיל קפסולה עם צזיום-137, בצורת מלח צזיום כלורי (CsCl).

בעת מכירה חוזרת של הציוד המתכתי למגרש גרוטאות, פתחה את הקפסולה על ידי בעל המקום, שמצא אבקה לבנה שהפכה לכחול עז בחושך. בגלל יופיו של החומר שנמצא, הוא חילק אותו לתושבי האזור. לאחר מספר ימים זיהתה מערכת הבריאות בעיר טיפול בעשרות אנשים עם תסמינים של זיהום מהיסוד הרדיואקטיבי.

תמונה של המקור הרדיואקטיבי המעורב בתאונה ב-1987 בגויאניה.
תמונה של המקור הרדיואקטיבי המעורב בתאונה ב-1987 בגויאניה. החלק המתכתי הזה היה שייך למכשיר הקרנות. [2]

באותו זמן מתו ארבעה אנשים., ומאות נוספים היו או נאלצו לחיות עם הסימפטומים של הרעלת חומרים רדיואקטיביים. מכיוון שצזיום כלוריד מסיס במים והיגרוסקופי, הוא מתפשט בקלות בכל האזור, מזהם קרקעות, מים, בעלי חיים ומזון.

בפרק זה, כשבעה טונות של פסולת אטומית היו מבודדים במבנים ספציפיים כדי להכיל את הקרינה וחייבים להישאר שם לפחות 180 שנים, הזמן הנדרש לירידה בריכוז החומר הרדיואקטיבי באופן משמעותי.

צזיום-137 יכול להשתחרר לאטמוספירה גם באמצעות הפעלה של נשקים גרעיניים ו תחנות כוח גרעיניות. אחד מקור נוסף לזיהום הסביבה על ידי צסיום-137 היה האירוע שהתרחש בו צ'רנוביל, בשנת 1986, שכן יסוד רדיואקטיבי זה נגזר ממנגנוני ההתפרקות הרדיואקטיביים של האורניום.

  • שיעורי וידאו צזיום-137: התאונה הרדיולוגית הגדולה בעולם

היסטוריה של צסיום

יסוד הצזיום היה התגלה בשנת 1860 על ידי המדענים הגרמנים רוברט וילהלם בונסן וגוסטב רוברט קירכהוף באמצעות ניתוח ספקטרוסקופי של דגימות מים. צזיום היה היסוד הכימי הראשון שהתגלה בספקטרוסקופיה.

התוצאה של ניתוחים אלה הראתה שני קווים כחולים בהירים, מלווים בקווים אחרים באורכי גל אחרים, הקשורים לצבעים אדום, ירוק וצהוב. בגלל הקווים הכחולים שזוהו בספקטרום, ה מדענים השתמשו במונח "צזיום", מילה שפירושה "שמים כחולים".

קרדיט תמונה

[1] geogif / shutterstock

[2] ויקימדיה קומונס (שִׁעתוּק)

מאת אנה לואיזה לורנצן לימה
מורה לכימיה

Teachs.ru

חשבון דיגיטלי שהושק לקטינים על ידי Mercado Pago

חשבונות דיגיטליים השיקו לאחרונה את האפשרות לקטינים לרכוש חשבון וכרטיס כדי לעודד אותם לטפל בכספם. ...

read more

מוּזָר? לא עוד! גלה 30 דברים שצריכים להיות מקובלים חברתית

הזמנים הנוכחיים נחשבים מודרניים, מתקדמים ומפותחים מאוד מנקודת מבט חברתית. אבל האם זה באמת עובד כך...

read more

מה קורה לאסטרונאוטים כשהם חוזרים מהחלל?

מקצוע מעורר הערצה בו רוב הילדים חלמו להיות יום אחד. עם זאת, מה שרבים לא יודעים זה מה קורה עם אסטר...

read more
instagram viewer