ซีเซียม (Cs): คุณสมบัติ การใช้งาน อุบัติเหตุ

อู๋ ซีเซียม เป็นธาตุโลหะที่อยู่ในกลุ่มที่ 1 ของ ตู่สวย พีเกี่ยวกับกาม. มีลักษณะเป็นสีเงิน ทำปฏิกิริยากับน้ำ และมีไอโซโทปจำนวนหนึ่ง ไอโซโทปเหล่านี้บางส่วนมีกัมมันตภาพรังสีและมีครึ่งชีวิตตั้งแต่หลายปีจนถึงหลายล้านปี แหล่งธรรมชาติของซีเซียมคือแร่โพลูไซต์ ซึ่งพบได้ในปริมาณมากในบางภูมิภาคของแคนาดา

อู๋ ซีเซียมไอโซโทปที่รู้จักกันดีที่สุดคือ ซีเซียม-137ซึ่งเป็นผู้รับผิดชอบอุบัติเหตุกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นในโกยาเนียในปี 2530

แม้จะเป็นพิษต่อสัตว์และคน เมื่อจัดการอย่างถูกต้อง ไอโซโทปซีเซียมกัมมันตภาพรังสี ให้เกิดประโยชน์ สามารถนำมาใช้ในด้านการแพทย์ ด้านฟิสิกส์ แม้กระทั่งในการฆ่าเชื้อกากตะกอนและ อาหาร.

อ่านด้วยนะ: ยูเรเนียม — ธาตุกัมมันตรังสีที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตพลังงาน

สรุปเกี่ยวกับซีเซียม

• ซีเซียมเป็นธาตุโลหะหายาก จัดอยู่ในกลุ่มที่ 1 ของตารางธาตุ

• ซีเซียมมี จุดหลอมเหลว ค่อนข้างต่ำ สามารถเปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิ 28 °C

• ซีเซียมมีปฏิกิริยาสูงกับน้ำและออกซิไดซ์ได้ง่ายโดย ออกซิเจน.

• ซีเซียม-133 เป็นไอโซโทปที่เสถียรเพียงชนิดเดียวของซีเซียม โดยมีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีอีก 39 ไอโซโทปที่เหลืออยู่

• แหล่งแร่หลักของซีเซียมคือโพลูไซต์ ซึ่งเหมืองสกัดเข้มข้นในแคนาดา

• แอพลิเคชันหลักของซีเซียมอยู่ใน นาฬิกาอะตอมซึ่งเป็นอุปกรณ์วัดเวลาที่มีความแม่นยำสูงมาก

• ซีเซียมยังพบการประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์ปล่อยแสง ในระบบขับเคลื่อนยานอวกาศ ในองค์ประกอบของน้ำมันขุดเจาะบ่อน้ำมันและอุปกรณ์ทางการแพทย์และการบำบัด ยา

คุณสมบัติของซีเซียม

• เครื่องหมาย: ซ.

• เลขอะตอม: 55.

• มวลอะตอม: 132.905 อ.

• การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์: [Xe] 6 วินาที¹

• สภาพร่างกาย: ของแข็ง (ที่ 20 °C) และของเหลว (ที่ 28 °C)

• จุดหลอมเหลว: 28.5 องศาเซลเซียส

• จุดเดือด: 671°ซ.

• ความหนาแน่น: 1.93 ก. ซม.^-3.

• อิเล็กโตรเนกาติวีตี้: 0.79 (พอลิงอิเล็กโตรเนกาติวีตี้).

• ชุดเคมี: องค์ประกอบที่เป็นตัวแทน

• ตำแหน่งในตาราง พีเกี่ยวกับกาม: กลุ่มที่ 1 ช่วงที่ 6 บล็อก s

• ไอโซโทป: ¹³³ซีเอส (100%)

ลักษณะของซีเซียม

ซีเซียมเป็น โลหะ ของหายาก อยู่ในกลุ่มที่ 1 ของตารางธาตุเรียกว่ากลุ่มโลหะอัลคาไล ซีเซียมมีลักษณะเป็นสีเงิน-ทอง เป็นโลหะอ่อน เหนียว และมีจุดหลอมเหลวประมาณ 28 °C เนื่องจากอุณหภูมิหลอมเหลวค่อนข้างต่ำ องค์ประกอบนี้สามารถพบได้ในสถานะของเหลว ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแวดล้อม

หลอดแก้วที่มีธาตุซีเซียม

เช่นเดียวกับโลหะอัลคาไลอื่น ๆ ซีเซียม ทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ และมีปฏิกิริยาสูงจนสามารถทำปฏิกิริยากับน้ำแข็งที่อุณหภูมิสูงกว่า -116 °C ได้ เมื่อสัมผัสกับอากาศในบรรยากาศ ซีเซียมจะถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย เนื่องจากลักษณะปฏิกิริยาแบบนี้ รูปแบบทั่วไปของการจัดการจะเกี่ยวข้องกับ ไนโตรเจนในรูปของซีเซียมเอไซด์ (CsN) ซีเซียมถูกเก็บไว้ในรูปโลหะโดยการแช่ในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้วหรือในที่ที่มีก๊าซเฉื่อย

ซีเซียม มีไอโซโทปที่รู้จัก 39 ตัว. ในจำนวนนี้มีเพียงซีเซียม-133 (¹³³Cs) มีความเสถียรตามธรรมชาติ คนอื่นก็มี มวลอะตอม ที่มีช่วงตั้งแต่ 112 ถึง 151 u และส่วนใหญ่มี ครึ่งชีวิต ลดลงตั้งแต่เศษเสี้ยววินาทีจนถึงสองสามวัน

ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของซีเซียมบางชนิดสามารถพบได้ในธรรมชาติ เนื่องจากได้มาจาก นิวเคลียร์ ขององค์ประกอบอื่นๆ ไอโซโทปรังสีซีเซียม-135 (¹³⁵Cs) มีครึ่งชีวิตที่ยาวนานในระดับ 2.3 ล้านปี ค่าครึ่งชีวิตของซีเซียม-137 (¹³⁷Cs) มีอายุประมาณ 30 ปี และซีเซียม-134 (¹³⁴Cs) เป็นเวลากว่าสองปี

ที่ คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของซีเซียมคล้ายกับของ โพแทสเซียม มาจาก รูบิเดียมธาตุสุดท้ายนี้เป็นหนึ่งในสารปนเปื้อนแร่ที่มีซีเซียม

ในตารางธาตุ ซีเซียมตั้งอยู่ที่ปลายซ้ายล่าง ซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำที่สุด

สารประกอบซีเซียมไฮดรอกไซด์ (CsOH) เป็นเบสที่แข็งแรงที่สุดที่รู้จัก สามารถโจมตีกระจกได้ สารประกอบซีเซียมทั่วไปอื่นๆ ได้แก่ ซีเซียมไนเตรต (CsNO₃) และซีเซียมคลอไรด์ (CsCl) ทั้งคู่ใช้ในอุตสาหกรรมเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์เคมีอื่นๆ

ซีเซียม ถือเป็นธาตุหายากเนื่องจากอยู่ในตำแหน่งที่ 45 ในบรรดาธาตุที่มีมากที่สุดในเปลือกโลก โดยมีปริมาณประมาณ 2.6 ppm ซีเซียม เป็นโลหะที่เป็นพิษและมีกัมมันตภาพรังสี.

อ่านด้วย: องค์ประกอบทางเคมีใดที่มีกัมมันตภาพรังสี?

ซีเซียมพบได้ที่ไหน?

อู๋ แร่ธาตุหลักที่รู้จักกันว่าเป็นแหล่งของซีเซียมคือโพลูไซต์, ซีเซียมซิลิเกตไฮเดรตและ อลูมิเนียมซึ่งมีสูตรโมเลกุลคือ CsAlSi₂อู๋₆. พอลลูไซต์ประกอบด้วยซีเซียมออกไซด์ระหว่าง 5% ถึง 32% Lepidolite ยังสามารถเป็นแหล่งแร่สำหรับซีเซียม ขึ้นอยู่กับสถานที่สกัด

มลพิษจากแร่

ภูมิภาคของ lAug Bernic ตั้งอยู่ในแมนิโทบา แคนาดาเป็นหนึ่งในแหล่งหลักของซีเซียมบนโลกซึ่งมีความเข้มข้นประมาณ 82% ของมลพิษที่มีอยู่ทั้งหมดในโลก คิดเป็นปริมาณแร่ 300,000 ตัน คาดว่ามลพิษที่มีอยู่ในภูมิภาคนี้มีองค์ประกอบประมาณ 20% ในซีเซียม

มีสำรองอื่น ๆ ที่มีมลพิษใน แซมเบีย และ นามิเบียซึ่งตั้งอยู่ในทวีปแอฟริกา แร่ที่มีซีเซียมได้รับการบันทึกแล้วในอัฟกานิสถาน จีน อิตาลี ทิเบต และชิลี

แร่อื่นที่มีซีเซียม ได้แก่ เบริล (Be₃อัล₂(SiO₃)₆) มีซีเซียมประมาณ 9%, avogadrite ((K, Cs) BF₄) ด้วยปริมาณซีเซียมและโรไดไซต์ในปริมาณที่แตกต่างกัน (อะลูมิเนียมไฮเดรต เบริลเลียม โซเดียม และซีเซียมบอเรตที่มีองค์ประกอบต่างกัน) ที่มีปริมาณซีเซียมสูงสุด 3% ถึงกระนั้น แร่ที่มีประสิทธิผลทางเศรษฐกิจเพียงชนิดเดียวสำหรับการสกัดซีเซียมก็คือโพลูไซท์

ได้รับซีเซียม

ซีเซียมคือ มีอยู่ในแร่ธาตุบางชนิดเช่น สารก่อมลพิษ โดยปกติจะได้รับในรูปแบบที่ไม่บริสุทธิ์ การปนเปื้อนหลักในซีเซียมที่ได้จากแหล่งธรรมชาติเกิดจากการมีธาตุรูบิเดียมเนื่องจากความคล้ายคลึงกันทางเคมีระหว่างสองสายพันธุ์นี้

เธ การสกัดซีเซียม มา ของสารก่อมลพิษสามารถทำได้สามวิธีหลัก: การย่อยด้วยกรด การย่อยด้วยด่าง หรือการลดโดยตรง

การย่อยด้วยกรดเป็นวิธีที่ใช้มากที่สุดและดำเนินการที่อุณหภูมิสูงและไฮโดรโบรมิก ไฮโดรคลอริก กำมะถัน หรือไฮโดรฟลูออริก ในกระบวนการนี้ สารละลายที่ประกอบด้วยซีเซียมและสิ่งสกปรก ซึ่งถูกทำให้บริสุทธิ์โดยการไฮโดรไลซิส ได้เกลือซีเซียมที่มีความบริสุทธิ์สูง

ในการย่อยอาหารที่เป็นด่าง แร่พอลลูไซต์จะถูกคั่วด้วยส่วนผสมของเกลือโซเดียมหรือแคลเซียม การล้างของแข็งที่เกิดขึ้นด้วยน้ำหรือแอมโมเนียเจือจาง จะได้สารละลายซีเซียมที่มีความบริสุทธิ์สูงขึ้น

ในวิธีการรีดิวซ์โดยตรง การแยกซีเซียมเกิดขึ้นจากการบดและทำให้แร่ที่มีซีเซียมและรูบิเดียมร้อนขึ้น โดยมีโซเดียมเป็นโลหะที่อุณหภูมิ 650 °C ในกระบวนการนี้ โลหะผสมจะก่อตัวขึ้นภายใต้กระบวนการแยกที่เรียกว่า การกลั่นแบบเศษส่วน. ในการกลั่น อุณหภูมิของโลหะผสมจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น และเนื่องจากอุณหภูมิการเดือดที่แตกต่างกันของโลหะ จึงสามารถแยกพวกมันออกจากส่วนผสมและแยกพวกมันออกจากกัน

ซีเซียมในรูปของโลหะมีปฏิกิริยาสูง ดังนั้นจึงเป็น โดยทั่วไปแล้วจะนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์และการจัดการในรูปของซีเซียมเอไซด์ (CsN₃) โดยสามารถกู้คืนซีเซียมได้โดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 390 °C ซีเซียมเอไซด์จัดทำขึ้นโดยปฏิกิริยาระหว่างสารละลายซีเซียมซัลเฟตและแบเรียมเอไซด์

การประยุกต์ใช้ซีเซียม

การใช้งานของซีเซียมมีข้อจำกัดเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวต่ำ ดังนั้นจึงมีการใช้งานที่เฉพาะเจาะจงมาก

การใช้งานหลักอย่างหนึ่งของธาตุซีเซียมคือนาฬิกาอะตอมซึ่งเป็นนาฬิกาที่มีความเที่ยงตรงสูงที่ใช้ในระบบจับเวลา อุปกรณ์ประเภทนี้ใช้การเปลี่ยนแปลงของ อิเล็กตรอน ระหว่างสถานะพื้นดินของอะตอมซีเซียมสองระดับที่แตกต่างกันและเป็นที่รู้จักกันดีเพื่อกำหนดหน่วยเวลาของวินาที การใช้การเปลี่ยนแปลงประเภทนี้ในการวัดเวลาเกิดจากความเสถียร ความจริงที่ว่ามันไม่เปลี่ยนจากอะตอมเป็นอะตอมและไม่เสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไป

นาฬิกาอะตอมตามการเปลี่ยนแปลงของอะตอมซีเซียมที่ตั้งอยู่ในห้องปฏิบัติการในประเทศเยอรมนี [1]

เนื่องจากคุณสมบัติ photoemissive ซีเซียมคือ ใช้ในโฟโตอิเล็กทริกและเซลล์แสงอาทิตย์, อุปกรณ์สร้างภาพในโทรทัศน์และอุปกรณ์มองกลางคืน องค์ประกอบนี้ยังคงประกอบด้วยแก้วบางประเภทในเลนส์พิเศษและใยแก้วนำแสง

ในอุตสาหกรรมเคมี ซีเซียมถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ในปฏิกิริยาอินทรีย์ของ ไฮโดรจิเนชัน และวิธีการทำให้บริสุทธิ์ ปิโตรเลียม.

ปัจจุบัน หนึ่งในการใช้งานที่สำคัญที่สุดขององค์ประกอบนี้คือองค์ประกอบของน้ำมันเจาะสำหรับอุตสาหกรรมก๊าซธรรมชาติและน้ำมัน

เมื่อใช้ร่วมกับออกซิเจน จะสร้างสารประกอบที่ใช้สำหรับกำจัดก๊าซเสียในหลอดสุญญากาศ

ซีเซียมไอออนเนื่องจากมวลโมเลกุลสูง ถูกใช้ในระบบขับเคลื่อนไอออนิกในเครื่องยนต์ยานอวกาศ

ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี ซีเซียม-137 พบการประยุกต์ใช้ในยาและอุตสาหกรรมเป็นตัวปล่อยของ รังสีแกมมา.

อ่านด้วย:Curium — ธาตุสังเคราะห์ที่มีความจุกัมมันตภาพรังสีสูง

ข้อควรระวังเกี่ยวกับซีเซียม

ซีเซียมเป็นธาตุ มีปฏิกิริยาอย่างมากเมื่อมีน้ำดังนั้นจึงจัดอยู่ในประเภทที่เป็นอันตราย และต้องดำเนินการขนส่งและเก็บรักษาโดยแยกจากสารทำปฏิกิริยาอื่นๆ

เมื่อสัมผัสกับน้ำ ซีเซียมจะก่อให้เกิดซีเซียมไฮดรอกไซด์ สารประกอบนี้คือ a ฐาน แข็งแกร่งมากสามารถโจมตีกระจกได้

ซีเซียม มีไอโซโทปรังสีที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพอย่างมาก มนุษย์และสัตว์ อู๋ ¹³⁷Cs เป็นสาเหตุของภาวะมีบุตรยาก โรคมะเร็ง,ไขกระดูกและผิวหนังเสียหายและอาจถึงแก่ชีวิตได้

ตัวอย่างซีเซียม-137 พร้อมข้อบ่งชี้บนบรรจุภัณฑ์สารกัมมันตภาพรังสี

ซีเซียมไอออน เนื่องจากมีความคล้ายคลึงทางเคมีกับโพแทสเซียม คุณสามารถโทร ดิ ตัวรับโพแทสเซียมในสิ่งมีชีวิตยับยั้งการทำงานของปั๊มโซเดียมโพแทสเซียมซึ่งเป็นกลไกที่เกี่ยวข้องกับการทำงานทางชีวภาพหลายอย่าง

ซีเซียม-137 และอุบัติเหตุในโกยาเนีย

ซีเซียม-137 (¹³⁷Cs) เป็นหนึ่งใน ไอโซโทปรังสี ของธาตุซีเซียมซึ่งมีครึ่งชีวิตประมาณ 30 ปี ในฐานะที่เป็นไอโซโทปของซีเซียม สปีชีส์ ¹³⁷Cs มีจำนวนโปรตอนเท่ากัน (Z = 55) และจำนวนนิวตรอนต่างกัน ค่า “137” หมายถึงผลรวมของโปรตอนและนิวตรอน (55 + 82 = 137)

อู๋¹³⁷Cs เป็นสปีชีส์ที่ไม่เสถียรและมีกัมมันตภาพรังสี. ซึ่งหมายความว่าแกนกลางของมันปล่อยรังสีของประเภท เบต้า, แปรสภาพเป็นธาตุเคมีแบเรียม-137 (¹³⁷บ) กระบวนการนี้แสดงโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์:

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

รังสีที่ปล่อยออกมาจาก ¹³⁷Cs เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์อย่างมาก เนื่องจากเกิดจากอนุภาคไอออไนซ์และ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่นี่ซึ่งแทรกซึมเข้าไปในเนื้อเยื่อ ทำให้เกิดโรคแทรกซ้อนต่างๆ รวมทั้งการเปลี่ยนแปลงใน ดีเอ็นเอ.

ผลิตภัณฑ์ของ การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี ของ ¹³⁷Cs - the ¹³⁷Ba ― ปล่อยรังสีประเภทแกมมา ซึ่งมีพลังทะลุทะลวงได้ลึกกว่ารังสีบีตา

ความเสียหายที่เกิดจากรังสีเกิดจากความสามารถในการแทนที่อิเล็กตรอนจากอะตอม ทำให้เกิดไอออนบวก (สปีชีส์ที่มี บวก) ซึ่งมีปฏิกิริยาสูงและสามารถส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงในเซลล์เนื้อเยื่อและแม้กระทั่งใน ดีเอ็นเอ.

อย่างไรก็ตาม เมื่อจัดการด้วยความระมัดระวัง รังสีที่ปล่อยออกมาจาก ¹³⁷Cs สามารถเป็นประโยชน์ได้ ดังนั้น สารเคมีชนิดนี้จึงถูกใช้ในการรักษาโรคมะเร็งใน บางอุตสาหกรรม ในการฆ่าเชื้อในอาหาร ในระบบบำบัดน้ำเสีย และในอุปกรณ์ การผ่าตัด

อย่างไรก็ตาม การขาดคำแนะนำที่ถูกต้องสามารถนำไปสู่ ดิ อุบัติเหตุสิ่งแวดล้อมร้ายแรง เช่น ที่เกิดขึ้นในโกยาเนีย ในปี 2530 ในโอกาสนั้น พนักงานรีไซเคิลสองคนพบอุปกรณ์ฉายรังสีที่ถูกทิ้งร้างซึ่งมีแคปซูลซีเซียม-137 ในรูปของเกลือซีเซียมคลอไรด์ (CsCl)

เมื่อขายอุปกรณ์โลหะเป็นลานขยะ เจ้าของสถานที่เปิดแคปซูลออก ซึ่งพบผงสีขาวที่เปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินสดใสในความมืด เนื่องจากความสวยงามของวัสดุที่หามาได้จึงได้แจกจ่ายให้ชาวภาค หลังจากนั้นไม่กี่วัน ระบบสาธารณสุขของเมืองได้ระบุการดูแลผู้คนหลายสิบคนที่มีอาการปนเปื้อนจากธาตุกัมมันตภาพรังสี

ภาพถ่ายของแหล่งกำเนิดกัมมันตภาพรังสีที่เกี่ยวข้องกับอุบัติเหตุปี 1987 ที่โกยาเนีย ส่วนที่เป็นโลหะนี้เป็นของอุปกรณ์ฉายรังสี [2]

ในเวลานั้นมีผู้เสียชีวิตสี่คนและอีกหลายร้อยคนต้องมีชีวิตอยู่กับอาการพิษของสารกัมมันตภาพรังสี เนื่องจากซีเซียมคลอไรด์ละลายในน้ำและดูดความชื้น จึงแพร่กระจายได้ง่ายทั่วทั้งภูมิภาค ทำให้ดิน น้ำ สัตว์ และอาหารปนเปื้อน

ในตอนนี้ประมาณเจ็ดตันของ ของเสียปรมาณู ถูกแยกในอาคารเฉพาะเพื่อกักเก็บรังสีและต้องอยู่ที่นั่นเป็นเวลาอย่างน้อย 180 ปี เวลาที่ความเข้มข้นของสารกัมมันตภาพรังสีจะลดลง อย่างมีนัยสำคัญ

ซีเซียม-137 ยังสามารถถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศผ่านการกระตุ้นของ อาวุธนิวเคลียร์ และ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์. หนึ่ง อีกแหล่งหนึ่งของการปนเปื้อนของสิ่งแวดล้อมโดยซีเซียม-137 คือเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นใน เชอร์โนบิลในปี 1986 เนื่องจากธาตุกัมมันตภาพรังสีนี้ได้มาจากกลไกการสลายกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียม

• บทเรียนวิดีโอ Cesium-137: อุบัติเหตุทางรังสีที่ใหญ่ที่สุดในโลก

ประวัติของซีเซียม

ธาตุซีเซียมคือ ค้นพบในปี พ.ศ. 2403 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Robert Wilhelm Bunsen และ Gustav Robert Kirchhoff ผ่านการวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปีของตัวอย่างน้ำ ซีเซียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีแรกที่ค้นพบโดยสเปกโทรสโกปี

ผลการวิเคราะห์เหล่านี้แสดงให้เห็นเส้นสีน้ำเงินสว่างสองเส้น พร้อมด้วยเส้นอื่นๆ ที่ความยาวคลื่นอื่น ซึ่งสัมพันธ์กับสีแดง สีเขียว และสีเหลือง เนื่องจากเส้นสีน้ำเงินที่ระบุในสเปกตรัม นักวิทยาศาสตร์ใช้คำว่า "ซีเซียม" ซึ่งหมายถึง "ท้องฟ้าสีคราม".

เครดิตภาพ

[1] geogif / shutterstock

[2] วิกิมีเดียคอมมอนส์ (การสืบพันธุ์)

โดย Ana Luiza Lorenzen Lima
ครูสอนเคมี