Cesi

Per a altres significats, vegeu «Cesi (desambiguació)».

Elcesiés l'element químicde símbolCsinombre atòmic55. Pertany al grup delsmetalls alcalins(grup 1 de lataula periòdica). És l'element méselectropositiude la taula periòdica. Fou el primer element descobert mitjançantespectroscòpia.Els descobridors foren els alemanysRobert BunseniGustav Kirchhoffel 1860. El seu únicisòtopnatural és el de cesi 133, que és utilitzat per a definir elsegon.Elcesi 137és un isòtop que es produeix en els reactors defissió nucleari és un dels principals contaminats en elsaccidents nuclears.

Cesi
55Cs
xenó←cesi→bari Rb ↑ Cs ↓ Fr Taula periòdica
Aspecte
Daurat platejat Línies espectrals del cesi
Propietats generals
Nom,símbol,nombre	Cesi, Cs, 55
Categoria d'elements	Metalls alcalins
Grup,període,bloc	1,6,s
Pes atòmic estàndard	132,9054519(2)
Configuració electrònica	[Xe] 6s1 2, 8, 18, 18, 8, 1
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat (prop de lat. a.)	1,93 g·cm−3
Densitat del líquid en elp. f.	1,843 g·cm−3
Punt de fusió	301,59K, 28,44 °C
Punt d'ebullició	944 K, 671 °C
Punt crític	1.938 K, 9,4 MPa
Entalpia de fusió	2,09kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	63,9 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	32,210 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 418 469 534 623 750 940
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	1 (òxidbàsicfort)
Electronegativitat	0,79 (escala de Pauling)
Energies d'ionització	1a: 375,7 kJ·mol−1
	2a: 2.234,3 kJ·mol−1
	3a: 3.400 kJ·mol−1
Radi atòmic	265pm
Radi covalent	244±11 pm
Radi de Van der Waals	343pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Body-centered cubic
Ordenació magnètica	Paramagnètic
Resistivitat elèctrica	(20 °C) 205 nΩ·m
Conductivitat tèrmica	35,9 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	(25 °C) 97 µm·m−1·K−1
Mòdul d'elasticitat	1,7 GPa
Mòdul de compressibilitat	1,6 GPa
Duresa de Mohs	0,2
Duresa de Brinell	0,14 MPa
Nombre CAS	7440-46-2
Isòtops més estables
Article principal:Isòtops del cesi
Iso AN Semivida MD ED(MeV) PD 133Cs 100% 133Cs ésestableamb 78neutrons 134Cs sin 2,0648a ε 1,229 134Xe β− 2,059 134Ba 135Cs traça 2,3×106a β− 0,269 135Ba 137Cs traça 30,17 a β− 1,174 137Ba

Història

Espectroscopi.

El cesi fou descobert pel químicRobert Bunsen(1811–1899) i pel físicGustav Kirchhoff(1824–1887) l'any 1860 a l'aigua mineralDürkheim,Alemanya.Recolliren uns 30 000 litres d'aigua mineral que bulliren, i de la qual separaren les sals de liti, sodi, potassi, magnesi, calci i estronci. El líquid restant es ruixà en una flama d'unbec Bunseni la llum produïda s'analitzà mitjançant unespectroscopi,mostrant dues línies blaves molt juntes. Això no s'havia vist mai, així que Bunsen i Kirchhoff deduïren de seguida que havien topat amb un element fins aleshores desconegut. Sabent que hi era, finalment foren capaços d'extreure mostres del metall.

Els dos científics escolliren el nom derivat del llatícaesius,que significa 'blau cel', a causa de les línies blaves brillants que s'observaven en el seuespectre.El cesi fou el primer element descobert mitjançant l'espectroscòpia,només un any després de la invenció de l'espectroscopiper Bunsen i Kirchhoff.

Cesi 133 pur (99,999 %).

L'any 1967 s'estableix en la conferència de pesos i mesures aParísque unsegonés igual a 9 192 631 770 períodes deradiaciócorresponent a la transició entre els dos nivells hiperfins de l'estat fonamental de l'isòtop133 de l'àtom de cesi (¹³³Cs), mesurats a 0K.

Abundància i obtenció

El cesi no és gaire abundant a l'escorça terrestre,hi ha només 7parts per milió,la qual cosa fa que estigui situat en la posició 46a pel que fa a abundància. En els sols i en l'aigua es troba en concentracions molt baixes, 0,1–5 ppb i 0,3 ppb, respectivament. No n'hi ha a l'atmosfera.

Pol·lucita.

El cesi es troba a lalepidolita,lapol·lucita${\ce {Cs(Si2Al)O6\!.\!nH2O}}$i en altres fonts.No hi ha fonts oficials de dades de producció de cesi. Les reserves s'estimen en funció de l'aparició de pol·lucita, la majoria conté entre un 5 % i un 32 % d'òxid de cesi.S'estima que Austràlia, Canadà, Xina i Namíbia tenen unes reserves inferiors a 200 000 tones.

Es pot aïllar el cesi perelectròlisidelcianur${\ce {CsCN}}$fos i per una sắc rie d'altres mètodes. Es pot preparar cesi molt pur i lliure de gas mitjançant la descomposició tèrmica de l'azida de cesi${\ce {CsN3}}$.

Característiques

Característiques físiques

El cesi és unmetalltou, lleuger i de baix punt de fusió, 29 °C, un punt d'ebullició de 685 °C i una densitat d'1,892 g/cm³. Cristal·litza en unaestructura cúbica centrada en el cos.

Característiques químiques

Hidròxid de cesi—aigua(1/1)${\ce {CsOH.H2O}}$.

És el més reactiu i menyselectronegatiude tots els elements de lataula periòdica.A l'escala de Pauling l'electronegativitat del cesi val 0,79. En reaccionar perd el seu únicelectró de valència(configuració [Xe] 6s¹) i formaenllaços iònicsamb gairebé tots els anions inorgànics i orgànics. L'hidròxid de cesi${\ce {CsOH}}$,que conté l'anió hidròxid${\ce {OH-}}$,és labasemés forta que es coneix, ataca fins i tot el vidre. El cesi forma una sắc rie d'amalgamesdemercuri.A causa de l'augment del volum específic de cesi, en comparació amb els metalls alcalins més lleugers, hi ha una menor tendència a formar sistemes d'aliatgeamb altres metalls. Elrubidii el cesi són miscibles en totes les proporcions i tenen una solubilitat sòlida completa; s'assoleix un punt de fusió mínim de 9 °C.

Superòxid de cesi${\ce {CsO2}}$.

El cesi és molt tou i es talla fàcilment deixant una superfície brillant. No obstant això, aquesta superfície aviat perd llustre a causa de la reacció amb l'oxigen i la humitat de l'aire. Si el cesi es crema a l'aire, el resultat és principalment la formació desuperòxid de cesi,de color taronja, segons la següent reacció:

.$${\ce {Cs + O2 -> CsO2}}$$

El cesi reacciona ràpidament amb l'aigua per formar una solució incolora d'hidròxid de cesii hidrogen gasós. La solució resultant és bàsica a causa de l'hidròxid dissolt. La reacció és moltexotèrmica.La reacció és tan ràpida que si la reacció es porta a terme en un recipient de vidre, el recipient de vidre es trenca. Encara que no se sap amb certesa, la reacció és probablement més lenta que la delfranci(immediatament per sota del cesi a la taula periòdica). La reacció és més ràpida que la delrubidi(immediatament per sobre del cesi a la taula periòdica).

$${\ce {Cs + H2O -> CsOH + 1/2 H2}}$$

Clorur de cesi${\ce {CsCl}}$.

El cesi reacciona vigorosament amb tots elshalògensper formarhalogenursde cesi. Així, reacciona amb fluor, clor, brom i iode, per formar respectivamentbromur de cesi,clorur de cesi,bromur de cesiiiodur de cesi,tots de color blanc:

$${\ce {2Cs + F2 -> 2CsF}}$$$${\ce {2Cs + Cl2 -> 2CsCl}}$$$${\ce {2Cs + Br2 -> 2CsBr}}$$$${\ce {2Cs + I2 -> 2CsI}}$$

El cesi es dissol fàcilment enàcid sulfúricdiluït per formar solucions que contenen el catió cesi(1+) juntament amb el gas hidrogen:

$${\ce {2Cs + H2SO4 -> 2Cs+ + SO4^2- + H2}}$$

Isòtops

Article principal:Isòtops de cesi

Desintegracions del cesi 137.

El cesi té un total de 52isòtopsconeguts, alguns d'ells sintetitzats a partir d'elements més lleugers per processos decaptura electrònicalentaS-processdins d'estrelles velles,així com a explosions desupernovaR-process.El cesi natural consisteix completament en l'isòtop no radioactiu cesi 133. S'han preparat un gran nombre d'isòtops radioactius des del cesi 112 fins al cesi 145. Aquestsradionúclidstenen un ampli rang de vides mitjanes que van des d'uns 0,57 segons (cesi 114) fins a uns 3 × 10⁶anys (cesi 135). Elcesi 137és útil enradiologiamèdica i industrial a causa de la seva llargavida mitjanade 30,17 anys. El rendiment del cesi 137 en les reaccions nuclears defissióés relativament alt, se'n produeixen uns 6 àtoms per cada 100 esdeveniments de fissió. El cesi 137 es desintegra per emissió${\ce {\beta^{-}}}$a bari 137 estable (${\ce {^137Cs -> ^137Ba + \beta^{-}}}$) o a una forma metaestable de bari (bari 137m). L'isòtop metaestable (bari 137m) es converteix ràpidament en bari 137 estable (vida mitjana d'uns 2 minuts) acompanyat d'emissió deraigs gamma,l'energia dels quals és de 0,662 MeV. El primer mode de desintegració${\ce {\beta^{-}}}$que forma bari 137m representa aproximadament el 95 % de la intensitat total, mentre que el segon mode representa aproximadament el 5%.

Com a component principal de les precipitacions nuclears i com a producte de rebuig sobrant de la producció deplutonii altrescombustibles nuclearsenriquits, el cesi 137 presenta un perill ambiental. L'eliminació de cesi radioactiu del sòl contaminat als llocs de producció d'armes nuclears, com ara elLaboratori Nacional d'Oak RidgeaOak Ridge(Tennessee) és un esforç de neteja important.

Aplicacions

Indústria química

Elformiat de cesis'utilitza com a fluid de perforació en els pous d'extracció de petroli; lubrica l'eina de perforació, manté una pressió constant al terreny i ajuda a extreure'n el detritus.

Indústria elèctrica

Per la seva característica d'elementfotosensibleque converteix la llum en flux d'electrons (electricitat) el cesi metàl·lic s'usa encèl·lules fotoelèctriques,instruments espectrogràfics,comptadors de centelleig,bulbsde ràdio, llums militars de senyalsinfraroigsi diversosaparells òpticsi de detecció.

Indústria nuclear i d'altres

Calibrat d'un aparell de detecció de radiació amb cesi 137.

L'isòtop cesi 137, amb unperíode de semidesintegracióde trenta anys, s'utilitza en petites quantitats per a calibrar equips de detecció de radiacions. Industrialment, es fa servir per a mesurar cabals de líquid i gruixos de materials, com ara el paper. També és el principaltraçador radioactiuper valorar l'erosiód'un terreny, fet que permet emprar-lo en estratègies de conservació i restauració desòls.

Medicina

Lessalsde cesi s'han fet ús en medicina com a agentsantixocdesprés de l'administració de drogues d'ar sắc nic.L'isòtop¹³⁷Cs s'utilitza habitualment, pel que fa a l'àmbit clínic, en procediments debraquiteràpiaper al tractament delcànceren petites capsuletes, anomenades llavors, que s'introdueixen dins de les zones amb tumor.

Indústria electrònica

Rellotge atòmic

És el component principal delsrellotges atòmicsde cesi, els més precisos del món, que fan servir com a punt de referència lafreqüènciade vibració del cesi 133, amb un error d'un nanosegon per dia. Es fan servir per a controlar la freqüència d'estacions de televisió i telefonia, i també en elssistemes de posicionament global(GPS). També es fan servir en la fabricació delsfotomultiplicadors(detectors de raigs X) dels escàners dels hospitals (TAC).

Altres

Els compostos de cesi s'usen en la producció devidreiceràmica,com absorbents en plantes de purificació de diòxid de carboni, enmicroquímica.

Efectes nocius

El cesi no té cap funció biològica. No obstant això, és capaç de substituir elpotassien el cos fins a cert punt a causa de la seva similitud química. Per tant, s'ha d'evitar la ingestió de qualsevol compost de cesi. A causa d'aquesta similitud, els isòtops Cs-134 iCs-137(presents a labiosferaen petites quantitats a conseqüència de les fuites de radiació) són molt tòxics. Les rates alimentades amb cesi en lloc de potassi en la seva dieta moren.Els humans poden estar exposats al cesi perrespiracióo ingerir amb aliments i begudes. En l'aire els nivells de cesi són generalment baixos, però el cesi radioactiu s'ha detectat en alguns nivells en aigües superficials i en molts tipus de menjars.

Zones contaminades per cesi 137 després de l'accident de Txernòbil.

La quantitat de cesi en menjars i aigua depèn de l'emissió de cesi radioactiu deplantes d'energia nuclear,majoritàriament a través d'accidents. Els darrers foren els accidents deTxornòbilel1986iFukushimael2011.Alguns treballadors especialitzats de la indústria de l'energia nuclearho fa en ambients amb alts nivells de cesi, però es prenen moltes mesures de seguretat per prevenir-los de la seva exposició.

Quan hi ha contacte amb cesi radioactiu, una cosa altament improbable, la persona pot experimentar dany cel·lular a causa de la radiació emesa per les partícules del cesi. Això pot portar com a conseqüència efectes com nàusees, vòmits, diarrees i hemorràgies. Si l'exposició és llarga, la gent pot perdre el coneixement, entrar acomao, fins i tot, morir.

El cesi es troba en la natura principalment a causa de l'erosiói desgast de roques i minerals. També s'allibera a l'aire, l'aigua i al sòl a través de la mineria i fàbriques de minerals.

El cesi en l'aire pot viatjar llargues distàncies abans de precipitar-se en la terra. La majoria dels compostos del cesi són moltsolublesen aigua. El cesi no s'elimina per l'aigua subterrània, sinó que roman en les capes superiors del sòl i s'uneix fortament a les seves partícules i per tant, no pot ser absorbit per les arrels de les plantes, l'única via d'entrada és en caure sobre les fulles.

Referències

Viccionari