O cesiu este un element metalic aparținând grupei 1 a TFrumusetea Perodic. Are un aspect argintiu, este reactiv cu apa și are o serie de izotopi. Unii dintre acești izotopi sunt radioactivi și au timpi de înjumătățire cuprins între ani și milioane de ani. Sursa naturală de cesiu este polucitul mineral, găsit în cantități mari într-o anumită regiune a Canadei.
O Cel mai cunoscut izotop de cesiu este cesiu-137, care a fost responsabil pentru accidentul radioactiv petrecut la Goiânia în 1987.
În ciuda faptului că sunt toxici pentru animale și oameni, atunci când sunt manipulați corect, izotopii radioactivi de cesiu aduce beneficii, putând fi folosit în domeniul medical, în Fizică și chiar în sterilizarea nămolului și alimente.
Citeste si tu: Uraniu – element radioactiv de mare importanță pentru generarea de energie
Rezumat despre cesiu
Cesiul este un element metalic rar, aparținând grupei 1 din Tabelul Periodic.
Cesiu are punct de fuziune relativ scăzut, putând trece de la solid la lichid la 28 °C.
Cesiul este foarte reactiv cu apa și ușor oxidat de oxigen.
Cesiu-133 este singurul izotop stabil al cesiului, cu restul de 39 de izotopi radioactivi.
Principala sursă minerală de cesiu este polucitul, ale cărui mine de extracție sunt concentrate în Canada.
Aplicația principală a cesiului este în ceasuri atomice, care sunt echipamente de măsurare a timpului de foarte mare precizie.
Cesiul își găsește aplicație și în dispozitivele de fotoemisie, în sistemele de propulsie a navelor spațiale în compoziția fluidelor de foraj de puțuri de petrol și în echipamente și terapii medicale medicinal.
Proprietățile cesiului
Simbol: Cs.
Numar atomic: 55.
masă atomică: 132.905 u.
Configuratie electronica: [Xe] 6s¹.
stare fizica: solid (la 20 °C) și lichid (la 28 °C).
Punct de fuziune: 28,5°C.
Punct de fierbere: 671°C.
Densitate: 1,93 g cm-3.
electronegativitatea: 0,79 (electronegativitate Pauling).
serie chimică: elemente reprezentative.
Locația în tabel Perodic: grupa 1, perioada 6, bloc s.
izotopi: 133Cs (100%).
caracteristicile cesiului
Cesiul este a metal de apariție rară aparținând grupului 1 al Tabelului Periodic, cunoscut sub numele de grupa metalelor alcaline. Cesiul are un aspect argintiu-auriu, este un metal moale, ductil și are un punct de topire de aproximativ 28 °C. Deoarece temperatura de topire este relativ scăzută, acest element poate fi găsit în stare lichidă, în funcție de temperatura ambiantă.
Ca și celelalte metale alcaline, cesiu reactioneaza violent cu apa și este atât de reactiv încât poate reacționa chiar și cu gheața la temperaturi de peste -116 °C. În contact cu aerul atmosferic, cesiul este ușor oxidat. Datorită acestei naturi foarte reactive, cea mai comună formă de manipulare este în asociere cu azot, sub formă de azidă de cesiu (CsN). Cesiul este stocat sub formă metalică prin scufundare în solvenți nepolari sau în prezența gazelor inerte.
cesiul are 39 de izotopi cunoscuți. Dintre acestea, numai cesiu-133 (133Cs) este stabil în mod natural. Ceilalți au mase atomice care se întind de la 112 la 151 u, iar majoritatea au jumătate de viață redus, variind de la fracțiuni de secundă până la câteva zile.
Unii izotopi radioactivi ai cesiului pot fi găsiți în natură, deoarece sunt derivați din Fisiune nucleara a altor elemente. Radioizotopul cesiu-135 (135Cs) are un timp de înjumătățire lung pe scara de 2,3 milioane de ani. Timpul de înjumătățire al cesiu-137 (137Cs) are aproximativ 30 de ani și cesiu-134 (134Cs) este puțin peste doi ani.
La Proprietățile fizico-chimice ale cesiului sunt similare cu cele ale potasiu Este din rubidiu, acest ultim element fiind unul dintre contaminanții minereurilor care conțin cesiu.
În Tabelul Periodic, cesiul este situat la capătul din stânga jos, fiind elementul chimic cu cea mai mică electronegativitate.
Compusul hidroxid de cesiu (CsOH) este cea mai puternică bază cunoscută, putând ataca sticla. Alți compuși de cesiu mai comuni sunt nitratul de cesiu (CsNO3) și clorură de cesiu (CsCl), ambele utilizate industrial pentru obținerea altor produse chimice.
cesiul este considerat un element rar, întrucât ocupă poziția 45 printre cele mai abundente elemente din scoarța terestră, cu o cantitate estimată de 2,6 ppm. cesiul este un metal toxic și radioactiv.
Citeste si: Ce elemente chimice sunt radioactive?
Unde se găsește cesiu?
O Principalul mineral cunoscut ca sursă de cesiu este polucitul, un silicat de cesiu hidratat și aluminiu, a cărui formulă moleculară este CsAlSi2O6. Polucitul conține între 5% și 32% oxid de cesiu. Lepidolitul poate fi, de asemenea, o sursă de minereu pentru cesiu, în funcție de locul de extracție.
regiunea de lAug Bernic, situat în Manitoba, Canada, este una dintre principalele surse de cesiu de pe planetă, concentrând aproximativ 82% din totalul polucitului existent în lume, o cantitate echivalentă cu 300 de mii de tone de minereu. Se estimează că poluitul existent în această regiune are o compoziție de aproximativ 20% în cesiu.
Există și alte rezerve care conțin poluit în Zambia și namibia, situat pe continentul african. Mineralele care conțin cesiu au fost deja înregistrate în Afganistan, China, Italia, Tibet și Chile.
Alte minereuri care conțin cesiu sunt berilul (Be3Al2(SiO3)6), cu aproximativ 9% cesiu, avogadrit ((K, Cs) BF4), cu cantitati variabile de cesiu, si rodizit (aluminiu hidratat, beriliu, sodiu si borat de cesiu de compozitie variata), cu continut de maxim 3% cesiu. Chiar și așa, singurul mineral viabil din punct de vedere economic pentru extracția cesiului este polucitul.
Obținerea cesiului
cesiul este prezente în unele minerale, precum polucitul, fiind obținut în mod normal sub forma sa impură. Principala contaminare în cesiu obţinută din surse naturale se datorează prezenţei elementului rubidiu, datorită asemănărilor chimice dintre aceste două specii.
THE extractia de cesiu venire de polucit poate fi realizat prin trei metode principale: digestia acidă, digestia alcalină sau reducerea directă.
Digestia acidă este cea mai utilizată metodă și se efectuează la temperatură ridicată, iar bromhidric, clorhidric, sulfuric sau fluorhidric. În acest proces se formează o soluție care conține cesiu și impurități, care se purifică prin hidroliză, obținându-se o sare de cesiu de înaltă puritate.
În digestia alcalină, poluitul mineral este prăjit cu un amestec de săruri de sodiu sau de calciu. Prin spălarea solidului rezultat cu apă sau amoniac diluat, se obține o soluție de puritate mai mare de săruri de cesiu.
În metoda reducerii directe, izolarea cesiului are loc prin zdrobirea și încălzirea minereurilor care conțin cesiu și rubidiu, în prezența sodiului metalic la o temperatură de 650 °C. În acest proces, se formează un aliaj metalic care este supus unui proces de separare cunoscut sub numele de distilație fracțională. La distilare, temperatura aliajului este crescută treptat și, datorită temperaturilor diferite de fierbere ale metalelor, este posibilă separarea acestora din amestec și izolarea lor individuală.
Cesiul în forma sa metalică este foarte reactiv, așa că este cel mai frecvent comercializarea și manipularea acestuia sub formă de azidă de cesiu (CsN3), prin care cesiul poate fi recuperat prin simpla încălzire la aproximativ 390 °C. Azida de cesiu este preparată prin reacția dintre o soluție de sulfat de cesiu și azidă de bariu.
Aplicații cu cesiu
Aplicațiile cesiului sunt limitate datorită punctului său de topire scăzut și, prin urmare, are utilizări foarte specifice.
Una dintre principalele utilizări ale elementului cesiu este ceasurile atomice.,care sunt ceasuri de înaltă precizie utilizate în sistemele de cronometrare. Acest tip de echipament folosește tranziția de electroni între două niveluri diferite și binecunoscute ale stării fundamentale a atomului de cesiu pentru a defini unitatea de timp a secundei. Utilizarea acestui tip de tranziție pentru măsurarea timpului se datorează stabilității sale, faptului că nu se schimbă de la atom la atom și nu se uzează în timp.
![Ceas atomic bazat pe tranzițiile atomilor de cesiu situat într-un laborator din Germania. [1]](/f/b929677c7ce47f86150f2774f63c4f16.jpg)
Datorită proprietăților fotoemisive, cesiul este utilizate în celulele fotoelectrice și solare, dispozitive de imagistică în televizoare și echipamente de vedere pe timp de noapte. Acest element încă mai compune unele tipuri de sticlă în lentile speciale și fibră optică.
În industria chimică, cesiul este folosit ca catalizator în reacţii organice ale hidrogenare și metode de purificare Petrol.
În prezent, una dintre cele mai importante aplicații ale acestui element este în compoziția fluidelor de foraj pentru industria gazelor naturale și a petrolului.
În combinație cu oxigenul, formează un compus utilizat pentru îndepărtarea gazelor reziduale din tuburile vidate.
Ionii de cesiu, datorită masei lor moleculare ridicate, sunt utilizați în sistemele de propulsie ionică din motoarele navelor spațiale.
Izotopul radioactiv cesiu-137 își găsește aplicație în medicină și industrie ca emițător de radiații gama.
Citeste si:Curium — element sintetic marcat de marea sa capacitate radioactivă
Precauții cu cesiu
Cesiul este un element extrem de reactiv în prezența apei, deci este clasificat drept periculos, iar transportul și depozitarea acestuia trebuie efectuate izolat de alți reactivi.
În contact cu apa, cesiul dă naștere hidroxid de cesiu. Acest compus este a baza foarte puternic capabil să atace sticla.
cesiul are niște radioizotopi care sunt extrem de periculoși pentru sănătate umană și animală. O 137Cs este o cauză a infertilității, cancer, leziuni ale măduvei osoase și ale pielii și pot duce la moarte.
Ionii de cesiu, din cauza asemănării lor chimice cu potasiul, poti suna The receptorii de potasiu din organismele vii, inhibând funcționarea pompei de sodiu-potasiu, mecanism implicat în mai multe funcții biologice.
Cesiu-137 și accidentul de la Goiânia
cesiu-137 (137Cs) este unul dintre radioizotopi a elementului cesiu, având un timp de înjumătățire de aproximativ 30 de ani. Ca izotop al cesiului, specia 137Cs are același număr de protoni (Z = 55) și un număr diferit de neutroni. Valoarea „137” descrie suma protonilor și neutronilor (55 + 82 = 137).
O137Cs este o specie instabilă și radioactivă. Aceasta înseamnă că miezul său emite radiații de acest tip beta, transformându-se în elementul chimic bariu-137 (137Ba). Acest proces este reprezentat de reacția nucleară:
\({_{55}^{137}}Cs⟶{_{-1}^{0}}β+{_{56}^{137}}Ba\)
Radiația emisă de 137Cs este foarte dăunător pentru sănătatea umană, deoarece este format din particule ionizante și radiatie electromagneticaAici, care pătrund în țesuturi, ducând la o serie de complicații, inclusiv posibile modificări ale ADN.
produsul de dezintegrare radioactivă de 137Cs - cel 137Ba ― eliberează radiații de tip gamma, care au o putere de penetrare chiar mai profundă decât radiația beta.
Daunele cauzate de radiații se datorează capacității sale de a deplasa electronii din atomi, formând cationi (specii cu pozitive), care sunt foarte reactive și capabile să promoveze modificări severe în celulele țesuturilor și chiar în ADN.
Cu toate acestea, atunci când sunt manipulate cu grijă, radiațiile emise de 137Cs poate fi avantajos și, prin urmare, această specie chimică este utilizată în terapiile cancerului, în unele industrii, în sterilizarea alimentelor, în tratarea apelor uzate și în echipamente chirurgical.
Însă lipsa unei instruiri adecvate poate duce la The accidente grave de mediu, precum cel petrecut la Goiânia în 1987. Cu acea ocazie, doi lucrători din reciclare au găsit un echipament de radioterapie abandonat, care conținea o capsulă cu cesiu-137, sub formă de sare de clorură de cesiu (CsCl).
La revânzarea echipamentului metalic pentru un depozit de vechituri, capsula a fost deschisă de proprietarul localului, care a găsit o pulbere albă care a devenit albastru strălucitor în întuneric. Datorită frumuseții materialului găsit, el l-a distribuit oamenilor din regiune. După câteva zile, sistemul de sănătate al orașului a identificat îngrijirea a zeci de persoane cu simptome de contaminare cu elementul radioactiv.
În acel moment, patru persoane au murit.și alte sute au avut sau trebuie să trăiască cu simptomele intoxicației cu materiale radioactive. Deoarece clorura de cesiu este solubilă în apă și higroscopică, se răspândește cu ușurință în întreaga regiune, contaminând solurile, apa, animalele și alimentele.
În acest episod, aproximativ șapte tone de deșeuri atomice au fost izolate în clădiri specifice pentru a reține radiațiile și trebuie să rămână acolo cel puțin 180 de ani, timp necesar pentru ca concentrația de material radioactiv să scadă semnificativ.
Cesiu-137 poate fi, de asemenea, eliberat în atmosferă prin activarea arme nucleare și centrale nucleare. unu o altă sursă de contaminare a mediului cu cesiu-137 a fost evenimentul care a avut loc în Cernobîl, în 1986, deoarece acest element radioactiv este derivat din mecanismele de descompunere radioactivă a uraniului.
Lecții video Cesiu-137: cel mai mare accident radiologic din lume
istoric de cesiu
Elementul cesiu a fost descoperit în 1860 de oamenii de știință germani Robert Wilhelm Bunsen și Gustav Robert Kirchhoff prin analiza spectroscopică a probelor de apă. Cesiu a fost primul element chimic descoperit prin spectroscopie.
Rezultatul acestor analize a arătat două linii albastre strălucitoare, însoțite de alte linii la alte lungimi de undă, asociate cu culorile roșu, verde și galben. Din cauza liniilor albastre identificate în spectru, Oamenii de știință au folosit termenul „cesiu”, un cuvânt care înseamnă „cer albastru”.
Credite de imagine
[1] geogif / oblon
[2] Wikimedia Commons (reproducere)
De Ana Luiza Lorenzen Lima
Profesor de chimie