Cesium (Cs): eigenschappen, toepassingen, ongeval

protection click fraud

O cesium is een metallisch element dat behoort tot groep 1 van de TDe schoonheid Perodisch. Het heeft een zilverachtig uiterlijk, is reactief met water en heeft een aantal isotopen. Sommige van deze isotopen zijn radioactief en hebben halfwaardetijden die variëren van jaren tot miljoenen jaren. De natuurlijke bron van cesium is het mineraal polluciet, dat in een bepaalde regio van Canada in grote hoeveelheden wordt aangetroffen.

O De bekendste cesiumisotoop is cesium-137, die verantwoordelijk was voor het radioactieve ongeval dat in 1987 in Goiânia plaatsvond.

Ondanks dat ze giftig zijn voor dieren en mensen, kunnen radioactieve cesiumisotopen, indien correct behandeld, voordelen opleveren, kunnen worden gebruikt in de medische sector, in de natuurkunde en zelfs bij de sterilisatie van slib en voedingsmiddelen.

Lees ook: Uranium — radioactief element van groot belang voor energieopwekking

Samenvatting over cesium

  • Cesium is een zeldzaam metaalachtig element, behorend tot groep 1 van het periodiek systeem.

  • instagram story viewer
  • Cesium heeft fusiepunt relatief laag, in staat om bij 28 °C van vast naar vloeibaar te veranderen.

  • Cesium is zeer reactief met water en wordt gemakkelijk geoxideerd door zuurstof.

  • Cesium-133 is de enige stabiele isotoop van cesium, met de overige 39 radioactieve isotopen.

  • De belangrijkste minerale bron van cesium is polluciet, waarvan de winningsmijnen geconcentreerd zijn in Canada.

  • De belangrijkste toepassing van cesium is in atoomklokken, die zeer nauwkeurige tijdmeetapparatuur zijn.

  • Cesium vindt ook toepassing in foto-emissie-apparaten, in voortstuwingssystemen voor ruimtevaartuigen in de samenstelling van boorvloeistoffen voor oliebronnen en in medische apparatuur en therapieën geneeskrachtig.

Cesium eigenschappen

  • Symbool: Cs.

  • Atoom nummer: 55.

  • atoom massa: 132.905 u.

  • Elektronische configuratie: [Xe] 6s¹.

  • fysieke toestand: vast (bij 20 °C) en vloeibaar (bij 28 °C).

  • Fusiepunt: 28,5 °C.

  • Kookpunt: 671°C.

  • Dikte: 1,93 g cm-3.

  • elektronegativiteit: 0,79 (Pauling-elektronegativiteit).

  • chemische reeks: Representatieve elementen.

  • Locatie in tabel Perodisch: groep 1, periode 6, blok s.

  • isotopen: 133Cs (100%).

kenmerken van cesium

Cesium is een metaal zeldzaam voorkomend behorend tot groep 1 van het periodiek systeem, bekend als de alkalimetaalgroep. Cesium heeft een zilver-gouden uitstraling, is een zacht, kneedbaar metaal en heeft een smeltpunt van ongeveer 28 °C. Omdat de smelttemperatuur relatief laag is, bevindt dit element zich in vloeibare toestand, afhankelijk van de omgevingstemperatuur.

Glazen ampul met het element cesium
Glazen ampul met het element cesium

Net als de andere alkalimetalen, cesium reageert heftig met water en is zo reactief dat het zelfs kan reageren met ijs bij temperaturen boven -116 °C. In contact met atmosferische lucht wordt cesium gemakkelijk geoxideerd. Vanwege dit zeer reactieve karakter is de meest voorkomende vorm van manipulatie in verband met de stikstof-, in de vorm van cesiumazide (CsN). Cesium wordt opgeslagen in metallische vorm door onderdompeling in niet-polaire oplosmiddelen of in aanwezigheid van inerte gassen.

het cesium heeft 39 bekende isotopen. Hiervan is alleen cesium-133 (133Cs) is van nature stabiel. De anderen hebben atoommassa's die zich uitstrekken van 112 tot 151 u, en de meeste hebben halveringstijd verminderd, variërend van fracties van een seconde tot zelfs een paar dagen.

Sommige radioactieve isotopen van cesium kunnen in de natuur worden gevonden, omdat ze zijn afgeleid van: kernsplijting van andere elementen. De radio-isotoop cesium-135 (135Cs) heeft een lange halfwaardetijd op de schaal van 2,3 miljoen jaar. De halfwaardetijd van cesium-137 (137Cs) is ongeveer 30 jaar oud en cesium-134 (134Cs) is iets meer dan twee jaar.

Bij fysisch-chemische eigenschappen van cesium zijn vergelijkbaar met die van potassium Het is van rubidium, waarbij dit laatste element een van de verontreinigingen is van ertsen die cesium bevatten.

In het periodiek systeem bevindt cesium zich linksonder, het chemische element met de laagste elektronegativiteit.

De verbinding cesiumhydroxide (CsOH) is de sterkste bekende base die glas kan aantasten. Andere, meer gebruikelijke cesiumverbindingen zijn cesiumnitraat (CsNO3) en cesiumchloride (CsCl), beide industrieel gebruikt om andere chemische producten te verkrijgen.

het cesium wordt als een zeldzaam element beschouwd, omdat het de 45e positie inneemt van de meest voorkomende elementen in de aardkorst, met een geschatte hoeveelheid van 2,6 ppm. het cesium is een giftig en radioactief metaal.

Lees ook: Welke chemische elementen zijn radioactief?

Waar wordt cesium gevonden?

O Het belangrijkste mineraal dat bekend staat als een bron van cesium is polluciet, een gehydrateerd cesiumsilicaat en aluminium, waarvan de molecuulformule CsAlSi. is2O6. Pollucite bevat tussen 5% en 32% cesiumoxide. Lepidoliet kan ook een ertsbron zijn voor cesium, afhankelijk van de winningslocatie.

Minerale vervuilt.
Minerale vervuilt.

de regio van ikAug Bernic, gevestigd in Manitoba, Canada, is een van de belangrijkste bronnen van cesium op aarde, waar ongeveer 82% van alle bestaande vervuiling in de wereld wordt geconcentreerd, een hoeveelheid die overeenkomt met 300 duizend ton erts. Geschat wordt dat het bestaande polluciet in deze regio een samenstelling heeft van ongeveer 20% in cesium.

Er zijn andere reserves met vervuilende stoffen in de Zambia en Namibië, gelegen op het Afrikaanse continent. Mineralen die cesium bevatten, zijn al geregistreerd in Afghanistan, China, Italië, Tibet en Chili.

Andere ertsen die cesium bevatten zijn beryl (Be3Al2(SiO3)6), met ongeveer 9% cesium, avogadriet ((K, Cs) BF4), met variërende hoeveelheden cesium en rhodiziet (gehydrateerd aluminium, beryllium, natrium en cesiumboraat van verschillende samenstelling), met een maximumgehalte van 3% cesium. Toch is het enige economisch haalbare mineraal voor de winning van cesium polluciet.

Cesium verkrijgen

het cesium is aanwezig in sommige mineralen, zoals pollucite, dat normaal gesproken in zijn onzuivere vorm wordt verkregen. De belangrijkste verontreiniging in cesium verkregen uit natuurlijke bronnen is te wijten aan de aanwezigheid van het element rubidium, vanwege de chemische overeenkomsten tussen deze twee soorten.

DE cesium extractie komt eraan van polluciet kan worden uitgevoerd door drie hoofdmethoden:: zure ontsluiting, alkalische ontsluiting of directe reductie.

Zure ontsluiting is de meest gebruikte methode en wordt uitgevoerd bij hoge temperatuur, en broomwaterstof, zoutzuur, zwavelzuur of fluorwaterstof. In dit proces wordt een oplossing gevormd die cesium en onzuiverheden bevat, die wordt gezuiverd door hydrolyse, waardoor een cesiumzout van hoge zuiverheid wordt verkregen.

Bij alkalische vergisting wordt het mineraal verontreiniging geroosterd met een mengsel van natrium- of calciumzouten. Door de resulterende vaste stof met water of verdunde ammoniak te wassen, wordt een oplossing van cesiumzouten met een hogere zuiverheid verkregen.

Bij de directe reductiemethode vindt de isolatie van cesium plaats door de ertsen die cesium en rubidium bevatten te pletten en te verhitten in aanwezigheid van metallisch natrium bij een temperatuur van 650 °C. In dit proces wordt een metaallegering gevormd die wordt onderworpen aan een scheidingsproces dat bekend staat als: gefractioneerde destillatie. Bij destillatie wordt de temperatuur van de legering geleidelijk verhoogd en door de verschillende kooktemperaturen van de metalen is het mogelijk ze van het mengsel te scheiden en afzonderlijk te isoleren.

Cesium in zijn metallische vorm is zeer reactief, dus dat is het ook meestal de commercialisering en manipulatie ervan in de vorm van cesiumazide (CsN3), waarbij cesium kan worden teruggewonnen door simpelweg te verwarmen tot ongeveer 390 °C. Cesiumazide wordt bereid door de reactie tussen een oplossing van cesiumsulfaat en bariumazide.

Cesium toepassingen

Cesium's toepassingen zijn beperkt vanwege het lage smeltpunt en daarom heeft het zeer specifieke toepassingen.

Een van de belangrijkste toepassingen van het element cesium is in atoomklokken., dit zijn zeer nauwkeurige horloges die worden gebruikt in timingsystemen. Dit type apparatuur maakt gebruik van de overgang van: elektronen tussen twee verschillende en bekende niveaus van de grondtoestand van het cesiumatoom om de tijdseenheid van de seconde te definiëren. Het gebruik van dit type overgang om tijd te meten is te wijten aan zijn stabiliteit, het feit dat het niet van atoom tot atoom verandert en niet verslijt na verloop van tijd.

Atoomklok gebaseerd op de overgangen van cesiumatomen in een laboratorium in Duitsland. [1]
Atoomklok gebaseerd op de overgangen van cesiumatomen in een laboratorium in Duitsland. [1]

Vanwege de foto-emitterende eigenschappen is cesium gebruikt in foto-elektrische en zonnecellen, beeldapparatuur in televisies en nachtzichtapparatuur. Dit element vormt nog steeds een aantal soorten glas in speciale lenzen en optische vezels.

In de chemische industrie wordt cesium gebruikt als katalysator in organische reacties van hydrogenering en zuiveringsmethoden Aardolie.

Momenteel is een van de belangrijkste toepassingen van dit element de samenstelling van boorvloeistoffen voor de aardgas- en olie-industrie.

In combinatie met zuurstof vormt het een verbinding die wordt gebruikt voor het verwijderen van rookgassen in vacuümbuizen.

Cesiumionen worden vanwege hun hoge molecuulmassa gebruikt in ionische voortstuwingssystemen in ruimtevaartuigmotoren.

De radioactieve isotoop cesium-137 vindt toepassing in de geneeskunde en de industrie als emitter van gammastraling.

Lees ook:Curium — synthetisch element gekenmerkt door zijn grote radioactieve capaciteit

Voorzorgsmaatregelen met cesium

Cesium is een element extreem reactief in aanwezigheid van water, dus het is geclassificeerd als gevaarlijk, en het transport en de opslag ervan moeten geïsoleerd van andere reagentia worden uitgevoerd.

In contact met water geeft cesium aanleiding tot cesiumhydroxide. Deze verbinding is een baseren zeer sterk in staat om het glas aan te vallen.

het cesium heeft enkele radio-isotopen die extreem gevaarlijk zijn voor de gezondheid mens en dier. O 137Cs is een oorzaak van onvruchtbaarheid, kanker, beenmerg- en huidbeschadiging en kan tot de dood leiden.

Cesium-137 monster met vermelding op de verpakking van radioactieve stof
Cesium-137 monster met vermelding op de verpakking van radioactieve stof

Cesiumionen, vanwege hun chemische gelijkenis met kalium, je kan bellen De kaliumreceptoren in levende organismen, remming van de werking van de natrium-kaliumpomp, een mechanisme dat betrokken is bij verschillende biologische functies.

Cesium-137 en het ongeval in Goiânia

Cesium-137 (137Cs) is een van de radio-isotopen van het element cesium, met een halfwaardetijd van ongeveer 30 jaar. Als een isotoop van cesium is de soort 137Cs heeft hetzelfde aantal protonen (Z = 55) en een verschillend aantal neutronen. De waarde "137" beschrijft de som van protonen en neutronen (55 + 82 = 137).

O137Cs is een onstabiele en radioactieve soort. Dit betekent dat de kern straling uitzendt van het type bèta, transformerend in het scheikundige element barium-137 (137Ba). Dit proces wordt weergegeven door de kernreactie:

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

De straling die wordt uitgezonden door de 137Cs is zeer schadelijk voor de menselijke gezondheid, omdat het wordt gevormd door ioniserende deeltjes en electromagnetische stralinghier, die de weefsels binnendringen, wat leidt tot een reeks complicaties, waaronder mogelijke veranderingen in de DNA.

het product van radioactief verval van 137Cs - de 137Ba ― geeft gammastraling af, die een nog dieper doordringend vermogen heeft dan bètastraling.

De schade veroorzaakt door straling is te wijten aan het vermogen om elektronen van atomen te verdringen en kationen te vormen (soorten met positief), die zeer reactief zijn en in staat zijn om ernstige veranderingen in weefselcellen en zelfs in de DNA.

Bij voorzichtige behandeling kan de straling die door de 137Cs kan voordelig zijn en daarom wordt deze chemische soort gebruikt in kankertherapieën, in sommige industrieën, in voedselsterilisatie, in rioolwaterzuivering en in apparatuur chirurgisch.

echter, de gebrek aan goede instructie kan leiden tot: De ernstige milieuongevallen, zoals die in Goiânia in 1987. Bij die gelegenheid vonden twee recyclingmedewerkers een achtergelaten radiotherapie-apparaat met daarin een capsule met cesium-137, in de vorm van cesiumchloridezout (CsCl).

Bij het doorverkopen van de metalen apparatuur voor een autokerkhof, werd de capsule geopend door de eigenaar van de plaats, die een wit poeder vond dat in het donker helderblauw werd. Vanwege de schoonheid van het gevonden materiaal verspreidde hij het onder de mensen in de regio. Na een paar dagen identificeerde het gezondheidssysteem van de stad de zorg voor tientallen mensen met symptomen van besmetting door het radioactieve element.

Foto van de radioactieve bron die betrokken was bij het ongeval in Goiânia in 1987.
Foto van de radioactieve bron die betrokken was bij het ongeval in Goiânia in 1987. Dit metalen onderdeel behoorde tot een radiotherapie-apparaat. [2]

Er kwamen toen vier mensen om het leven., en honderden anderen hebben de symptomen van vergiftiging door radioactief materiaal gehad of moeten ermee leven. Omdat cesiumchloride in water oplosbaar en hygroscopisch is, verspreidt het zich gemakkelijk door de regio en vervuilt het bodem, water, dieren en voedsel.

In deze aflevering, ongeveer zeven ton atoomafval werden geïsoleerd in specifieke gebouwen om de straling in te dammen en moeten daar minstens blijven 180 jaar, tijd die nodig is om de concentratie radioactief materiaal te laten afnemen aanzienlijk.

Cesium-137 kan ook in de atmosfeer vrijkomen door de activering van atoomwapens en kerncentrales. Een een andere bron van verontreiniging van het milieu door cesium-137 was de gebeurtenis die plaatsvond in Tsjernobyl, in 1986, omdat dit radioactieve element is afgeleid van de radioactieve vervalmechanismen van uranium.

  • Videolessen Cesium-137: het grootste radiologische ongeval ter wereld

geschiedenis van cesium

Het cesium-element was ontdekt in 1860 door Duitse wetenschappers Robert Wilhelm Bunsen en Gustav Robert Kirchhoff door middel van spectroscopische analyse van watermonsters. Cesium was het eerste chemische element dat door spectroscopie werd ontdekt.

Het resultaat van deze analyses toonde twee helderblauwe lijnen, vergezeld van andere lijnen op andere golflengten, geassocieerd met de kleuren rood, groen en geel. Vanwege de blauwe lijnen die in het spectrum zijn geïdentificeerd, is de Wetenschappers gebruikten de term "cesium", een woord dat "blauwe lucht" betekent.

Afbeeldingscredits

[1] geogif / rolluiken

[2] Wikimedia Commons (reproductie)

Door Ana Luiza Lorenzen Lima
Scheikundeleraar

Teachs.ru
Puberteit - versnelling van fysieke transformaties

Puberteit - versnelling van fysieke transformaties

Rond de leeftijd van elf of twaalf jaar komen kinderen in een fase die we de puberteit noemen, wa...

read more
Engels absolutisme. Geschiedenis van het Engelse absolutisme

Engels absolutisme. Geschiedenis van het Engelse absolutisme

Het Engelse absolutisme was de periode van versterking van de monarchale staat van Engeland, die ...

read more

Segregatie en ongelijkheden in stedelijke centra

Tegenwoordig hebben alle grote stedelijke centra een fractionele ruimtelijke ordening, dit beteke...

read more
instagram viewer