Cezijum

Cs-Ba Rh Cs Fr periodni sistem
Opšti podaci
Ime, simbol,atomski broj	Cezijum, Cs, 55
Pripadnost skupu	alkalnih metala
grupa, perioda	IA,6,
gustina,tvrdoća	1879kg/m3,0,2
Boja	srebrnobela
Osobine atoma
atomska masa	132,90545u
atomski radijus	260 (298)pm
kovalentni radijus	225 pm
van der Valsov radijus	bez podataka
elektronska konfiguracija	[Xe]6s1
e-naenergetskim nivooma	2, 8, 18, 18, 8, 1
oksidacioni broj	1
Osobine oksida	jako bazni
kristalna struktura	regularna prostorno centrirana
fizičke osobine
agregatno stanje	čvrsto
temperatura topljenja	301,59K (28,44°C)
temperatura ključanja	944 K (671 °C)
molska zapremina	70,94×10−3m3/mol
toplota isparavanja	67,74kJ/mol
toplota topljenja	2,092 kJ/mol
pritisak zasićene pare	2500Pa
brzina zvuka	bez podataka
Ostale osobine
Elektronegativnost	0,79 (Pauling) 0,86 (Alred)
specifična toplota	240J/(kg*K)
specifična provodljivost	4,89×106S/m
toplotna provodljivost	35,9W/(m*K)
Ienergija jonizacije	375,7 kJ/mol
IIenergija jonizacije	2234,3 kJ/mol
IIIenergija jonizacije	3400 kJ/mol
Najstabilniji izotopi
izotop zast. v.p.r. n.r. e.r.MeV p.r. 133Cs 100% stabilni izotor sa 78neutrona 134Cs (veš.) 2,0648godina z.e. 1,229 134Xe β- 2,059 134Ba 135Cs (veš.) 2,3×106godina β- 0,269 135Ba 137Cs (veš.) 30,07godina β- 1,176 137Ba
Tamo gde drugačije nije naznačeno, upotrebljene suSIjedinice inormalni uslovi.
Objašnjenja skraćenica: zast.=zastupljenost u prirodi, v.p.r.=vreme polu raspada, n.r.=način raspada, e.r.=energija raspada, p.r.=proizvod raspada, z.e=zarobljavanje elektrona

Cezijumilicezij(Cs,latinski-caesium) -alkalni metalIA grupe. Ime potiče od latinske reči plavičasto.Mineralcezijuma je polucit (CsAlSi₂O₆). Zastupljen je uzemljinojkori u količini od 3 ppm (eng.parts per million). Gori plavo-ljubicastim plamenom.

To je meki, srebrno zlatnialkalijski metal,stalištemna 28 °C, što ga čini jednim od petmetalaelemenata koji sutekućina sobnim temperaturama. Budući je cezij alkalijski metal, njegova fizička i kemijska svojstva su sličnarubidijuikaliju.Izuzetno je reaktivan i u doticaju sazrakomna sobnoj temperaturi ili blago povišenoj temperaturioksidirai sam se zapali (piroforni metali). Reagira svodomčak i na −116 °C. Cezij kao stabilni element ima najmanjuelektronegativnost(0,79 po Paulingovoj ljestvici) od svihelemenata.Od mnogobrojnih cezijevihizotopa,jedino je cezij-133 stabilan. Proizvodi se uglavnom odmineralapolucita. Radioaktivni cezij-137 se dobiva izradioaktivnogotpada, koji nastaje unuklearnim reaktorima.

Cezij su1860.godine otkriliRobert Wilhelm BunseniGustav Kirchhoff(Njemačka). Ime mu dolazi od latinske riječicaesiusza nebesko plavu boju. To je veoma mekani, srebrno bijeli metal. Burno reagira s vodom. Na zraku izgara do superoksida (CsO₂). Prva manja primjena je bila uelektronskim cijevima(vezanjekisika) i usolarnim ćelijama.1967. je određenafrekvencijacezija-133 izabrana odMeđunarodnog sustava mjernih jedinicaza određivanje trajanja jednesekunde,budući se cezij već tada dosta koristio zaatomske satove.Radioaktivni izotop cezij-137 imavrijeme poluraspadaoko 30 godina, a koristi se umedicini,industrijiihidrologiji.Iako je cezij srednjeotrovan,vrlo je opasan kao metal i njegovi izotopi prestavljaju veliku opasnost zazdravlje,u slučajuradioaktivnogispuštanja.

Karakteristike

Fizička svojstva

Cezij je vrlo mekan (naMohsovoj ljestviciima najmanju vrijednost od svih elemenata – 0,2), vrlo rastezljiv (duktilan) srebrno-bijeli metal, koji razvija srebrno-zlatnu boju u malom prisustvukisika.Imatalištena 28,4 °C, što ga čini jednim od pet metala elemenata koji su tekući na sobnim temperaturama.Živaje jedini metal koji ima talište niže od cezija. Osim toga, cezij ima niskovrelištena 641 °C, najniže od svih metala osim žive. Njegovi spojeviizgarajus plavom bojom.

Cezij stvaraleguresa svim ostalimalkalijskim metalima,ali i sazlatomi živinim amalgamima. Na temperaturama ispod 650 °C stvara legure skobaltom,željezom,molibdenom,niklom,platinom,tantalomilivolframom.On stvara dobro utvrđene međumetalne spojeve santimonom,galijem,indijemitorijem,koji sufotoosjetljivi.S ostalim alkalijskim metalima se vrlo dobro miješa (osim slitijem), a legura s 41 % cezija, 47 %kalijai 12 % natrija ima najniže talište od svih poznatih legura, samo −78 °C. Proučavano je samo nekoliko spojeva s amalgamima: CsHg₂je crn s ljubičastim metalnim sjajem, dok CsHg je zlatne boje i isto ima metalni sjaj.

Kemijska svojstva

Cezij je izuzetno reaktivan i u doticaju sazrakomna sobnoj temperaturi ili blago povišenoj temperaturioksidirai sam se zapali (piroforni metali). Osim toga, reagira vrloeksplozivnos vodom, čak i kod niskih temperatura. Cezij je reaktivniji od svih alkalijskih metala. Reagira sledomvodečak i na temperaturi od −116 °C. Zbog toga se kao metal smatra opasnim materijalom. Skladišti se i prevozi u suhim zasićenimugljikovodicima,kao što je mineralno ulje. Može se slično zaštititi u inertnom plinu, kao što suargonilidušik.Može se spremiti u malim vakuumskim ampulama od borosilikatnogstakla.U količinama većim od 100grama,cezij se prevozi u nepropusnim spremnicima odnehrđajućeg čelika.

Po kemijskim svojstvima je sličan ostalim alkalijskim metalima, a najviše srubidijem.Male razlike nastaju budući da ima većuatomsku masui više je elektropozitivan od ostalih alkalijskih metala.

Kemijski spojevi s cezijem

U velikoj većini cezijevih spojeva, cezij je u oblikukationaCs⁺,koji imaionsku vezus velikom većinomaniona.Iznimka su alkidi i neki suboksidi. Cezijevesolisu uglavnom bezbojne. Većina jednostavnih soli je higroskopična i može vezatimolekulevode na sebe, ali manje od soli drugih alkalijskih metala. Cezijevi acetati,karbonati,halidi,oksidi,nitratiisulfatisutopiviu vodi. Dvostruke soli su često slabije topive i to se svojstvo koristi za izdvajanje iz rude ilimineralnih sirovina.Dvostruke soli santimonom(kao što je CsSbCl₄),bizmutom,kadmijem,bakrom,željezomiolovomsu vrlo slabo topive.

Cezijevhidroksid(CsOH) je higroskopičan i vrlo jakabaza.On vrlo brzo nagriza površinepoluvodiča,kao što jesilicij.Prije se smatralo da je cezijev hidroksid (CsOH) najjača baza, zbog vrlo slabe veze izmedu velikog Cs⁺iona i OH^–,ali ima i još jačih baza.

Izotopi

Cezij ima ukupno 39 poznatihizotopai njihovaatomska masase kreće od 112 do 151. Neki od njih nastaju od lakših elemenata, sporim hvatanjemneutronaunutar starihzvijezdaili unutar eksplozijasupernova.Ipak, jedini stabilan izotop je cezij-133, koji ima 78 neutrona i 55 protona. Iako ima velikispinjezgre (7/2+), proučavanjenuklearne magnetne rezonancijemože se obaviti kodrezonantnefrekvencije11,7MHz.

Radioaktivnicezij-135 ima vrlo dugovrijeme poluraspadaod 2,3 milijuna godina, dok cezij-137 ima 30 godina, a cezij-134 dvije godine. Cezij-137 se raspada u kratkotrajnibarij-137, uz oslobađanjebeta-čestica,a zatim prelazi u neradioaktivni barij-134. Izotop cezij-134 odmah prelazi u barij-134. Izotopi s atomskom masom 129, 131, 132 i 136 imaju vrijeme poluraspada između jednog dana i dva tjedna. Ostali izotopi imaju vrijeme poluraspada od dijela sekunde do sekunde. Postoji najmanje 21 metastabilan nuklearni izomer, i jedino cezij-134m ima vrijeme poluraspada ispod 3 sata, dok su ostali vrlo nestabilni i raspadaju se za nekoliko minuta ili manje.

Izotop cezij-135 je jedan od najtrajnijih produkatanuklearne fisijeurana,koji se stvara unuklearnim reaktorima.Ipak, stvaranje tog izotopa je smanjeno u većini nuklearnih reaktora, budući da njegov prethodnikksenon-135, snažno reagira sneutronimai pretvara se u stabilni ksenon-136, prije nego se raspadne u cezij-135.

Kada se cezij-137 raspada u barij-137m i oslobađa beta-čestice, on isto snažno emitiragama-čestice.Zajedno sastroncijem-90, čini osnovni izvor dugotrajnogradioaktivnog zračenjau potrošenom nuklearnom gorivu, koji nakon nekoliko godina hlađenja emitira još nekoliko stotina godina. Tako na primjer, cezij-137 zajedno sa stroncijem-90, trenutno stvara najveći izvor radioaktivnosti nastao nakonČernobilske nesreće.Ne može se proces ubrzati s neutronima, jer slabo hvataju neutrone, pa se moraju ostaviti do potpunog raspada.

Gotovo sav cezij dobiven iznuklearne fisije,koji stvara ibeta-čestice,nastaje od prethodnika bogatih neutronima, posebnojodaiksenona.Ali jod i ksenon su hlapljivi i mogu izaći iznuklearnog goriva,pa se radioaktivni cezij može naći i dosta daleko od nuklearnog reaktora. Kada je počelo testiranjenuklearnog oružja1945., cezij je oslobođen uZemljinu atmosferu,a zatim se vratio na površinu Zemlje u obliku radioaktivne prašine.

Nalazišta

Polucit, mineral cezija

Cezij je relativno rijedak element uZemljinoj kori,budući ga ima oko 0,0003 %. To ga čini 45elementompo zastupljenosti i 36 od svih metala. Ipak, ima ga više odantimona,kadmija,kositraivolframa,i puno više odživeilisrebra,ali ima ga 30 puta manje odrubidija,koji je kemijski vrlo sličan element.

Zbog velikogionskog polumjera,za vrijemekristalizacijemagme,cezij se kristalizira među posljednjima. Zbog toga, cezij ćemo naći samo u nekoliko minerala. Jedini ekonomski isplativ mineral je polucit Cs(AlSi₂O₆), koji se može naći samo na nekoliko mjesta u svijetu i često zajedno slitijevimmineralima. Jedan od najvećih rudnika cezija je uKanadi,gdje ga ima oko 66 % svjetskih rezervi. Da bi polucit bio isplativ za vađenje, treba imati više od 19 % cezija. Ostala značajna nalazišta su uZimbabveuiNamibiji.

Historija

Gustav Kirchhoff (lijevo) i Robert Bunsen (u centru) su otkrili cezij uz pomoć spektroskopije

1860. suGustav KirchhoffiRobert Bunsenotkrili cezij u mineralnoj vodi iz Dürkheima (Njemačka). Zbog jake plave linije u emisionomspektru,nazvali su ga polatinskoj riječicaesius,što znači plavo nebo. To je bio prvi element koji je otkriven uz pomoćspektroskopije,samo godinu dana nakon otkričaspektrometra.

Da bi dobili čisti uzorak cezija, bilo je potrebnoishlapiti44 000litaramineralne vode, da bi se dobilo 240kilogramakoncentrirane otopinesoli.Zemnoalkalijski metalisu se odlobodili kao talog, ostavljajućialkalijske metaleuotopini.Zatim je dodavanetanol,da bi se soli pretvorile unitratei tako oslobodilinatrija.Iz te preostale smjese,litijje odvojen s amonijevim karbonatom [(NH₄)2CO₃].Kalij,rubidiji cezij stvaraju netopive soli s kloroplatinskom kiselinom [H₂PtC_l6•(H₂O)₆], ali te soli pokazuju laganu razliku u topivosti u vrućoj vodi. Zbog toga, slabije topivi cezij i rubidij heksakloroplatinat ((Cs,Rb)2PtC_l6) se može izdvojiti djelomičnomkristalizacijom.Nakon redukcije heksakloroplatinata svodikom,cezij i rubidij se mogu razdvojiti zbog razlike u topivosti njihovihkarbonataualkoholu.Na kraju, Kirchhoff i Bunsen su dobili 9,2 grama rubidijevog klorida i 7,3 grama cezijevog klorida, iz 44 000 litara mineralne vode.

U početku, cezij se više koristio uistraživačkesvrhe. Prva primjena je počela oko 1920., kada se cezij počeo upotrebljavati uelektronskim cijevima.Imao je dvije uloge: da odstrani višakkisikau cijevi nakon proizvodnje i kao premaz na grijanojkatodi,s ulogom povećanjaelektrične provodljivosti.Nakon toga, nije cezij imao drugih primjena sve do 1950-tih. Tada se počeo upotrebljavati cezij-133 usolarnim ćelijama,fotomultiplikatorima,optičkim dijelovima zainfracrvenu spektroskopiju,kaokatalizatorza nekeorganske reakcije,kao kristal za scintilatorski brojač i u magnetohidrodinamičkim generatorimaelektrične struje.

0d 1967.,Međunarodni sustav mjernih jedinicazasniva definicijusekundena svojstvima cezija.Sekundaje trajanje od 9 192 631 770periodazračenjakoje odgovara prijelazu između dviju hiperfinih razina osnovnog stanja atoma cezija-133 na temperaturi od 0K.

Primjena

Uzorak cezijevog klorida

Prikaz rada ionskog pogona, koji je u početku koristio cezij ili živu kao gorivo

Udio radijacije nakon Černobilske nesreće, pokazuje da je cezij-137 postao najveći izvor radijacije nakon 200 dana od nesreće

Naftne bušotine

Danas se cezij najviše upotrebljava kao cezijev format ilifluidzanaftne bušotine,koji pomaže kod geoloških bušenja. Tekuća otopina cezijevog formata (HCOO^–Cs⁺), koji nastaje kemijskom reakcijom cezijevoghidroksidaimravlje kiseline,je razvijena oko 1990. Uloga tog fluida je da podmazuje svrdla za bušenjenaftei da održava povoljantlakkod bušenja. Velikagustoćacezijevog formata (2,3 g/cm³) i njegov blag utjecaj naokoliš(može sereciklirati), doveli su do njegove zamjene s puno agresivnijim sredstvima.

Atomski sat

Atomski satovina bazi cezija koristeelektromagnetsko zračenje,koje nastaje kod prijelaza između dviju hiperfinih razina osnovnog stanja atoma cezija-133 na temperaturi od 0K.Prvi atomski sat je napravljen 1955. uVelikoj Britaniji.Od tada, njegova izrada je toliko napredovala, da se smatra jednim od najpreciznijih uređaja, koje je čovjek napravio u svojojpovijesti.Najnovija generacija atomskih satova ima najveću grešku od 1 sekunde u 30 milijuna godina.

Električna energija i elektronika

Termionički generatori s cezijevim parama su uređaji malihsnaga,koji mogu pretvorititoplinskuenergijuuelektričnu energiju.To suelektronske cijevi,u kojima cezijeve pare stvaraju tokelektrona,ako dođe do zagrijavanja.

Cezij ima isto primjenu kodfotoelektričnog učinka ili fotoefekta,koji se koristi zasolarne ćelije,jer metalna smjesa K₂CsSb ima vrlo nizakizlazni rad materijala,što omogućuje lakše oslobađanjeelektronakod fotoefekta. To se koristi za uređaje zaoptičko prepoznavanje znakova,fotomultiplikatorei cijevi za video kamere. Ipak, neki elementi kaogermanij,rubidij,selen,silicijitelurijmogu zamijeniti cezij za tu primjenu.

Cezijev jodid (CsI), bromid (CsBr) i fluorid (CsF) su kristali koji se koriste za scintilator u scintilatorskom brojaču, koji služi za ispitivanjemineralai ufizici elementarnih čestica,jer su pogodni za otkrivanjegama-česticairendgenskih zraka.Cezijevi spojevi pomažu boljem otkrivanju, bržem odgovoru (CsF) i manjoj higroskopičnosti (CsI).

Cezijeve pare se koriste kod većine magmetometara. Slično se koristi i kodspektrometara.Kao i drugi alkalijski metali, cezij snažno vežekisikna sebe, pa se koristi uelektronskim cijevima.Koristi se i kodlasera,fluorescentnih cijevii parnih ispravljača.

Molekularna biologija

Zbog svoje velikegustoće,cezijev klorid (CsCl), sulfat (Cs₂SO₄) i trifluoracetat [Cs(O₂CCF₃)] se koriste umolekularnoj biologijizacentrifugiranje,kada treba odvojiti uzorkevirusa,organelai dijelovenukleinskih kiselinaiz biološkog uzorka.

Kemija i medicina

Ukemijise cezij rijetko upotrebljava. Koristi se kao dodatak zakatalizatoreu dobivanjumetanolaialkena,te za dobivanjesumporne kiselineizsumporovog dioksida.Cezijev fluorid se koristi uorganskoj kemijikaobaza.Cezijeve soli ponekad zamjenjuju kalijeve i natrijeve soli u postupku dobivanjaesteraipolimerizaciji.

Nuklearna primjena izotopa cezija

Cezij-137 je uobičajenradioaktivniizotop,koji se koristi za dobivanjegama-čestica.Prednost je jervrijeme poluraspadatraje 30 godina i raspada se ubarij-137, koji nije radioaktivan. Njegova velikatopljivostu vodi je nedostatak, koja mu ograničava primjenu. Koristio se u liječenjurakai usterilizacijihrane, medicinske opreme i kanalizacije. Korištenje cezij-137 klorida za liječenje raka je prestalo, jer postoji mogućnost radioaktivnog trovanja hrane. Cezij-137 se koristi za razna industrijska mjerila, kao za mjerenje vlage, gustoće ili debljine nekog materijala.

Cezij-137 nastaje nakon pokusa snuklearnim oružjemi okonuklearnih elektrana.Nuklearni pokusi od 1945. do 1980. su oslobodili cezij-137 uatmosferu,koji je na kraju završio u prašini i sedimentima. Cezij-134 se koristi za mjerenje ispuštanja cezija iz nuklearnih elektrana.

Ostale primjene

Cezij ili živa su se u početku koristili zaionski pogon,a to je vrsta električnog pogona zasvemirske letjelice.Hall ionski pogon ubrzavaionekorištenjem električnog potencijala između cilindrične anode i negativno nabijeneplazme,koja stvara katodu. Cezij je ulazio blizu anode, gdje odmah postaje ioniziran, pa ione privlači katoda koja ih ubrzava, uz put pokupi elektrone i neutralan napušta s velikim brzinama.

Cezijev nitrat se koristi kao oksidans upirotehnici,da bi izgoriosiliciju crvenim bakljama. Cezij se koristio i kod vojnog avionaLockheed SR-71 Blackbird,da bi ga teže otkriliradari.Cezij i rubidij se koriste kao karbonati u proizvodnji stakla, za smanjenje električne provodljivosti, što je naslo primjenu u proizvodnjioptičkih vlakanai uređaja za noćno gledanje. Cezijev fluorid se koristi u lemljenjualuminija,da bi se smanjila količinamagnezija.

Opasnost po zdravlje

Cezijevi spojevi se ubrajaju u srednje opasne po ljudsko zdravlje, a obično se ljudi rijetko s njima susreću. Cezij kao metal je vrlo reaktivan ieksplozivankada dolazi u dodir s vodom, pa čak i s vrlo hladnom vodom (piroforni metali).

Cezij-134 i cezij-137 suradioaktivni,a njihova koncentracija ovisi o blizini nuklearnih izvora. Tako je nakonČernobilske nesreće,cezij-137 postao najveći izvor radijacije nakon 200 dana od nesreće. Cezij-137 se ne nakuplja u tijelu tako jako kao radioaktivnijodilistroncij.Obično se cezij-137 ispire s kože vrlo brzo, ili oslobađa iz tijela kroz znoj iurin.Ali zato se znatno nakuplja u tkivima biljaka, naročito u voću i povrću. Zabilježeno je da sugljivenakupile znatnu količinu cezija-137 u blizini Černobila. Cezij-137 se smatra biološki naročito opasnim po zdravlje.

Povezano

• Sekund

Potraži pojamCezijumuW(j)ečniku,slobodnom r(j)ečniku.

CezijumnaWikimedijinoj ostavi

Periodni sustav elemenata

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Uut

Uuq

Uup

Uuh

Uus

Uuo

Alkalijski metali

Zemnoalkalijski metali

Lantanoidi

Aktinoidi

Prijelazni metali

Slabi metali

Polumetali

Nemetali

Halogeni elementi

Plemeniti plinovi