Cez

55 ksenon ← cez → bar Rb Cs ↓ Fr tabela periodyczna
Ogólne
Nazwa, Symbol, Liczba	cesium, Cs, 55
Seria chemiczna	metale alkaliczne
Grupa, Okres, Blok	1, 6, s
Wygląd	złoto srebrzyste
Masa atomowa	132.9054519(2) g/mol
Konfiguracja elektronowa	6s1
Elektrony na powłokę	2, 8, 18, 18, 8, 1
Właściwości fizyczne
Faza	stała
Gęstość (w pobliżu r.t.)	1,93 g/cm³
Gęstość cieczy przy m.p.	1.843 g/cm³
Temperatura topnienia	301.59 K (28.44 °C, 83.19 °F)
Punkt wrzenia	944 K (671 °C, 1240 °F)
Punkt krytyczny	1938 K, 9.4 MPa
Ciepło topnienia	2.09 kJ/mol
Ciepło parowania	63.9 kJ/mol
Pojemność cieplna	(25 °C) 32.210 J/(mol-K)
. Ciśnienie pary P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T/K 418 469 534 623 750 940
Właściwości atomowe
Struktura kryształu	ciała struktura	ciało sześcienne skupione
Stany utlenienia	1 (silnie zasadowy tlenek)
Elektronegatywność	0.79 (skala Paulinga)
Energie jonizacji	1: 375.7 kJ/mol
	2-gie: 2234.3 kJ/mol
	3-cie: 3400 kJ/mol
Promień atomowy	260 pm
Promień atomowy (calc.)	298 pm
Promień kowalencyjny	225 pm
Różne
Magnetyczny uporządkowanie	brak danych
Rezystywność elektryczna	(20 °C) 205 nΩ-m
Przewodność cieplna	(300 K) 35.9 W/(m-K)
Rozszerzalność cieplna	(25 °C) 97 µm/(m-K)
Prędkość dźwięku (cienki pręt)	(r.t.) 1,7 m/s
Moduł sprężystości	1,6 GPa
Twardość Mohsa	0.2
Twardość Brinella	0.14 MPa
Numer w rejestrze CAS	7440-46-2
Niezwykłe izotopy
Main article: Izotopy cezu iso NA half-.życia DM DE (MeV) DP 133Cs 100% Cs jest stabilny z 78 neutronami 134Cs syn 65.159 Ms (2.0648y) ε 1.229 134Xe β- 2.059 134Ba 135Cs trace 73 Ts (2,300,000y) β- 0.269 135Ba 137Cs syn 948.9 Ms (30.07y) β- 1.176 137Ba

Ces (pisany także jako cez, symbol chemiczny Cs, liczba atomowa 55) jest członkiem grupy pierwiastków chemicznych znanych jako metale alkaliczne. Miękki i srebrzysto-złoty, jest jednym z niewielu metali, które ulegają skropleniu w temperaturze pokojowej. Jest to najbardziej alkaliczny ze stabilnych pierwiastków, reagujący wybuchowo z wodą, tworząc wodorotlenek cezu, który może powodować korozję szkła. Jego atomy łatwo tracą elektrony, tworząc jony, a ta właściwość sprawia, że cez jest przydatny w komórkach fotoelektrycznych. Cez jest katalizatorem niektórych reakcji w chemii organicznej.

Pierwiastek ten ma wiele izotopów, z których pojedynczy stabilny izotop (cez-133) stał się podstawowym standardem pomiaru sekund czasu i dlatego jest podstawą zegarów atomowych. Niektóre z jego radioaktywnych izotopów są stosowane w leczeniu niektórych rodzajów raka, a cez-134 pomaga mierzyć ilość cezu produkowanego przez przemysł jądrowy. Cez-137 jest powszechnie stosowany w przemyśle w takich aplikacjach jak mierniki gęstości wilgoci, mierniki poziomu i mierniki grubości. Związki cezu są łagodnie toksyczne.

Odkrycie

Ces został odkryty przez Roberta Bunsena i Gustava Kirchhoffa w 1860 roku, kiedy analizowali widmo wody mineralnej uzyskanej w Dürkheim w Niemczech. Trzymali kroplę wody w płomieniu i obserwowali linie widmowe kilku pierwiastków. Wśród tych linii zaobserwowali dwie niebieskie linie, które nie pochodziły od żadnego ze znanych pierwiastków. Doszli do wniosku, że niebieskie linie zostały wytworzone przez nieznany dotąd pierwiastek, który nazwali cezem (od łacińskiego słowa caesius, oznaczającego „błękit nieba” lub „niebiański błękit”). W ten sposób cez stał się pierwszym pierwiastkiem odkrytym za pomocą analizy spektralnej. Bunsen wyizolował sole cezu ze źródlanej wody, a sam metal został wyizolowany w 1881 roku przez Carla Setterberga, który pracował w laboratorium Bunsena.

Występowanie

Ces występuje w kilku minerałach, szczególnie lepidolicie i pollucycie (uwodniony krzemian glinu i cezu). Jedno z najbardziej znaczących i bogatych źródeł tego metalu na świecie znajduje się w jeziorze Bernic w Manitobie. Szacuje się, że tamtejsze złoża zawierają 300 000 ton metrycznych pollucitu o średniej zawartości 20 procent cezu.

Metaliczny cez może być wyizolowany poprzez elektrolizę stopionego cyjanku cezu, jak również na kilka innych sposobów. Wyjątkowo czysty, wolny od gazu cez można otrzymać przez rozkład azydku cezu na ciepło.

Ważne właściwości

Jako metal alkaliczny, cez należy do grupy pierwszej układu okresowego, pomiędzy rubidem a francjum. Leży również w szóstym okresie, tuż przed barem. Ten srebrzysty złoty metal jest miękki i ciągliwy (może być łatwo ciągnięty w druty).

Jak wspomniano powyżej, widmo cezu ma dwie jasne linie w niebieskiej części widma elektromagnetycznego. Ponadto, jego widmo ma kilka innych linii w czerwonych, żółtych i zielonych regionach.

Ces jest najbardziej elektropozytywny i najbardziej zasadowy ze stabilnych pierwiastków chemicznych. Poza wapniem, ma najniższy potencjał jonizacji ze wszystkich pierwiastków, co oznacza, że łatwo traci swój najbardziej zewnętrzny elektron, aby stać się jonem. (Potencjał jonizacji to energia potrzebna do usunięcia elektronu z najbardziej zewnętrznej powłoki atomu.)

Ces jest najmniej licznym z pięciu nieradioaktywnych metali alkalicznych. Technicznie rzecz biorąc, wapń jest najmniej rozpowszechnionym metalem alkalicznym, ale ponieważ jest wysoce radioaktywny, a jego całkowita ilość na świecie jest szacowana na zaledwie 340 do 550 gramów, jego obfitość może być uważana za zerową w kategoriach praktycznych.

Wraz z galem, wapniem i rtęcią, cez jest jednym z niewielu metali, które są ciekłe w temperaturze pokojowej lub w jej pobliżu. Jego temperatura topnienia wynosi 28,44°C.

Ces reaguje wybuchowo, gdy wchodzi w kontakt z wodą (nawet zimną), a także reaguje z lodem w temperaturach powyżej -116°C. W wyniku reakcji z wodą powstaje wodorotlenek cezu (CsOH), niezwykle silna zasada chemiczna, która szybko wytrawia powierzchnię szkła. Ponadto cez gwałtownie reaguje z gazowym chlorem, wytwarzając chlorek cezu (CsCl).

Izotopy

Ces ma co najmniej 39 znanych izotopów, czyli więcej niż jakikolwiek inny pierwiastek z wyjątkiem wapnia. Masy atomowe tych izotopów wahają się od 112 do 151. Jednak cez ma tylko jeden naturalnie występujący stabilny izotop: 133Cs. Większość pozostałych izotopów (z wyjątkiem wymienionych w tabeli) ma okresy półtrwania od kilku dni do ułamków sekundy.

Od 1967 roku Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (jednostki SI) definiuje sekundę na podstawie oscylacji pomiędzy dwoma poziomami energetycznymi atomu cezu-133. W ten sposób oscylator cezowy stał się podstawowym standardem dla pomiarów czasu i częstotliwości.

Izotop 137Cs, o okresie połowicznego zaniku 30,17 lat, jest wykorzystywany w badaniach hydrologicznych, analogicznie do wykorzystania trytu (3H). Rozpada się do baru-137 (krótkożyciowy produkt rozpadu), a następnie do postaci nieradioaktywnego baru.

Ces-137 powstaje podczas detonacji broni jądrowej oraz w elektrowniach jądrowych. Był on ważnym produktem podczas awarii w Czarnobylu w 1986 roku. Począwszy od 1945 roku, wraz z rozpoczęciem prób jądrowych, 137Cs został uwolniony do atmosfery, gdzie jest absorbowany przez wilgoć i powraca na powierzchnię Ziemi jako składnik opadu radioaktywnego. Po przedostaniu się 137Cs do wód gruntowych, odkłada się na powierzchniach gleby i jest usuwany z krajobrazu głównie przez transport cząstek.

Związki cezu

Węglan cezu: Węglan cezu jest białym krystalicznym ciałem stałym, o wzorze chemicznym Cs2CO3. Jest on bardziej rozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych niż większość węglanów, takich jak węglan potasu. Dlatego jest stosowany jako zasada w chemii organicznej.

Chlorek cezu: Chlorek cezu (CsCl) jest związkiem jonowym. Może być przygotowany przez reakcję wodorotlenku cezu lub węglanu cezu z kwasem solnym. Otrzymana sól chlorku cezu jest oczyszczana przez rekrystalizację. Struktura krystaliczna tej soli składa się z wzajemnie powiązanych prostych sześciennych sieci anionów i kationów.

Wodorotlenek cezu: Wodorotlenek cezu (CsOH) powstaje w wyniku reakcji cezu z wodą. Jest on silną zasadą, podobnie jak inne wodorotlenki metali alkalicznych, takie jak wodorotlenek sodu i wodorotlenek potasu. Może powodować korozję szkła.

Wodorotlenek cezu jest bardzo higroskopijny, co oznacza, że łatwo absorbuje wilgoć z otoczenia. Laboratoryjny wodorotlenek cezu jest zwykle hydratem.

Związek ten nie jest zwykle używany w eksperymentach, ponieważ ekstrakcja cezu jest bardzo droga i zachowuje się on bardzo podobnie do wodorotlenku rubidu i wodorotlenku potasu.

Zastosowania

• Ces jest przede wszystkim używany w zegarach atomowych, które są dokładne do sekund w ciągu wielu tysięcy lat.
• Ces-134 był używany jako miara produkcji cezu przez przemysł energii jądrowej. Izotop ten jest używany, ponieważ, choć jest mniej powszechne niż 133Cs lub 137Cs, 134Cs jest produkowany wyłącznie przez reakcje jądrowe. 135Cs został również wykorzystany do tego celu.
• Jak inne elementy grupy pierwszej, cez ma duże powinowactwo do tlenu i jest używany jako „getter” w lampach próżniowych.
• Ten metal jest również stosowany w komórkach fotoelektrycznych, ponieważ łatwo emituje elektrony.
• Ces jest używany jako katalizator w uwodornianiu niektórych związków organicznych.
• Wodorotlenek cezu jest używany do wytrawiania krzemu, odsłaniając płaszczyzny oktaedryczne. Technika ta może tworzyć piramidy i regularnie ukształtowane wytrawiacze do zastosowań takich jak MEMS (systemy mikroelektromechaniczne).
• Chlorek cezu jest używany w produkcji szkieł przewodzących prąd elektryczny.
• Radioizotopy cezu (w postaci chlorku cezu) są wykorzystywane w medycynie nuklearnej, w tym w leczeniu raka.
• Fluorek cezu jest szeroko stosowany w chemii organicznej jako podstawa i jako źródło bezwodnego jonu fluorkowego.
• Opary cezu jest używany w wielu wspólnych magnetometrów.
• Z powodu ich wysokiej gęstości, roztwory chlorku cezu są powszechnie stosowane w eksperymentach biologii molekularnej do izolacji kwasów nukleinowych techniką znaną jako „gradient gęstości ultrawirowania.”
• Ostatnio, metal ten został użyty w systemach napędu jonowego.
• Ces-137 jest niezwykle powszechne izotopu w zastosowaniach przemysłowych, takich jak:
  • gęstościomierz wilgotności;
  • poziomowania;
  • grubościomierz;
  • well-logging urządzenia (używane do pomiaru grubości warstw skalnych).

Środki ostrożności

Wszystkie metale alkaliczne są bardzo reaktywne. Jako jeden z cięższych metali alkalicznych, cez jest również jednym z najbardziej reaktywnych. Jak wspomniano powyżej, jest on wysoce wybuchowy, gdy wejdzie w kontakt z wodą lub lodem. Wodorotlenek cezu jest bardzo silną zasadą i może atakować szkło.

Wszystkie związki cezu powinny być traktowane jako łagodnie toksyczne, ze względu na podobieństwo chemiczne do potasu. Kontakt z dużymi ilościami może powodować nadwrażliwość i skurcze. Z drugiej strony, takie ilości nie są spotykane w przyrodzie, więc cez nie jest głównym chemicznym zanieczyszczeniem środowiska. U szczurów karmionych cezem zamiast potasu w diecie stwierdzono śmierć, więc pierwiastek ten nie może zastąpić potasu w funkcjonowaniu.

Izotopy 134Cs i 137Cs (obecne w biosferze w niewielkich ilościach w wyniku wycieków promieniowania) stanowią obciążenie radioaktywne, które zmienia się w zależności od lokalizacji. Radioaktywny cez nie kumuluje się w organizmie tak skutecznie jak wiele innych produktów rozszczepienia, takich jak radioaktywny jod czy stront.

Zobacz także

• Tablica okresowa
• Pierwiastek chemiczny

Notatki

• Los Alamos National Laboratory – Cesium Retrieved December 9, 2007.

All links retrieved January 24, 2017.

• WebElements.com – Caesium
• FAQ from alt.cesium newsgroup