Cēzijs (Cs) — ķīmiskais elements: īpašības, bīstamība, pielietojums
Cēzijs (simbols Cs) ir ķīmiskais elements ar atomu numuru 55 periodiskajā sistēmā. Tas pieder pie sārmu metāliem un ir viens no vieglākajām un visreaktīvākajām metālu formām.
Īpašības
Cēzijs ir mīksts, sudrabains līdz zeltaini sudrabains metāls, kuru var sagriezt ar nazi. Tā kušanas temperatūra ir ļoti zema — apmēram 28,5 °C, tāpēc istabas temperatūrā tas var būt daļēji šķidrs. Vārīšanas temperatūra ir aptuveni 671 °C. Blīvums apmēram 1,9 g/cm³. Elektroniskā konfigurācija ir [Xe] 6s1, kas nosaka tā spēcīgo reaktivitāti.
Noturība un ķīmiskās reakcijas
Cēzijs ir ārkārtīgi reaktīvs — tas ļoti ātri oksidējas gaisā un var pat aizdegties. Tā kā tas ir sārmains, reakcija ar ūdeni ir ārkārtīgi bīstama: cēzijs reaģē ar ūdeni spēcīgāk nekā vairums citu sārmu metāli, ražojot siltumu, eksplodējot, un veidojot bāzisku šķīdumu (cesija hidroksīdu) un ūdeņradi. Tāpēc cēziju parasti glabā zem minerāleļļas vai inertas atmosfēras, lai novērstu kontaktu ar gaisu un ūdeni. Sajaukšanās ar halogēniem, skābēm vai pat dažiem organiskajiem šķīdinātājiem var būt eksplozīva vai ugunsbīstama.
Izplatība un iegūšana
Cēzijs dabā sastopams ļoti reti un parasti atrodams minerālos, piemēram, pollucītā un dažos lepidolīta un spodumēna rūdījumos. Tā relatīvā retība uz Zemes padara šo elementu salīdzinoši dārgu. Rūpnieciski cēziju iegūst galvenokārt no pollucīta, izmantojot ķīmiskas ekstrakcijas metodes.
Izotopi un radioaktivitāte
Dabā stabils izotops ir 133Cs, kas tiek plaši izmantots precīzos mēģinājumos un pamats sekundes definīcijai atomiskajās pulksteņās. Ir arī daudzi mākslīgi izgatavoti radioaktīvie izotopi; pazīstamākais ir 137Cs, kas rodas kodoldegvielas sadalīšanās procesos. 137Cs ir spēcīgs beta un gamma emitētājs (galvenais gamma starojuma enerģijas maksimums 662 keV) un tam ir pusperiods aptuveni 30 gadus, tāpēc tas ir nozīmīgs ilgtspējīgas vides kontaminācijas avots pēc kodolavārijām.
Pielietojums
- Precīzie laika izmēri: 133Cs hipersmalkās līmeņa pārejas izmanto atomiskajos pulksteņos, un šis princips ir bijis svarīgs sekundes definīcijā.
- Rūpniecība: radioaktīvie izotopi (piem., 137Cs) tiek izmantoti neiznīcinošā testēšanā, radiometriskajā izmērīšanā un atsevišķās staru kalibrēšanas ierīcēs.
- Medicīna: noteikti radioaktīvie cēzija izotopi (piem., 131Cs, 137Cs) tiek izmantoti radioterapijā un medicīniskajā iekārtu kalibrācijā; šo lietojumu ieskauj stingri drošības pasākumi.
- Ķīmija un tehnoloģijas: cesija sāļi tiek izmantoti kā katalizatori, fotokatodes un vakuumelementos; arī cesija savienojumi ir pielietojami augstas blīvuma urbšanas šķidrumos (piem., cēzija formāts) naftas un gāzes nozarē.
- Pētījumi: metāla atomus izmanto kvantu fizikā, piemēram, ultratzemes eksperimentiem un Bose–Einšteina kondensātu izveidei.
Veselība un drošība
Lielos daudzumos ķīmiskie cēzija savienojumi var būt toksiski, jo cēzijs ķīmiski ir līdzīgs kālijam un var traucēt organisma elektrolītu līdzsvaru. Taču dzīvībai neaizstājamu lomu tas nespēlē — cilvēka organisms cēziju neprasa.
Tīrs metāls ir bīstama viela — tas jāglabā zem minerāleļļas vai inertās gāzes, to nedrīkst atstāt saskarē ar ūdeni vai gaisu, un ar to jāstrādā tikai atbilstošā laboratorijas aprīkojumā (cimdi, sejas vairogs, slēgts fume hood). Radioaktīvo izotopu gadījumā nepieciešamas papildus radiācijas drošības procedūras un atbilstoša uzglabāšana un utilizācija.
Kopsavilkumā: cēzijs ir vērtīgs pētniecībā un dažās specializētās rūpniecības nozarēs, taču tā liela reaktivitāte un iespējamā toksicitāte/radioaktīvais risks pieprasa rūpīgu un profesionālu rīcību ar šo elementu.
Vēsture
Cēziju 1861. gadā pirmo reizi aprakstīja Gustavs Roberts Kirhofs un Roberts Vilhelms Bunzens. Viņi testēja minerālūdeni no Bad Dürkheim. Pēc tam, kad viņi atdalīja kalciju, stronciju, magniju un litiju, viņi spektra "zilajā" diapazonā pamanīja divas līnijas. Šo līniju dēļ viņi secināja, ka papildus jau atrastajiem elementiem minerālūdenī jābūt vēl kādai nezināmai vielai. Šo vielu viņi nosauca par cēziju pēc zilās krāsas.
Izotopi un savienojumi
Cēzijam ir vismaz 39 zināmi izotopi ar atommasu no 112 līdz 151. Tikai viens no tiem, 133Cs, ir stabils. Tāpēc dabā sastopamais cēzija izotops ir 133Cs, kas nav radioaktīvs. 133Cs izmanto atomu pulksteņos, tā vibrācijas frekvenci izmanto, lai noteiktu sekundes garumu. Cits izotops - 137Cs - dabā neveidojas, bet rodas pēc kodola skaldīšanas. Tas ir ļoti radioaktīvs un tiek izmantots kā rūpniecisks gamma staru avots.
Cēzijs veido savienojumus ar daudziem citiem ķīmiskajiem elementiem. Cēzija formātu izmanto naftas urbumos, jo tas ir ļoti blīvs.
Reaktivitāte
Cēzijs ir ārkārtīgi reaktīvs gaisā un ūdenī. Cēzijs gaisā strauji oksidējas un jebkurā brīdī var spontāni aizdegties. Šā iemesla dēļ tas jāuzglabā petrolejā vai minerāleļļā, tāpat kā citi pirmās grupas elementi (litijs, nātrijs, rubīdijs un francijs). Ūdenī cēzijs strauji reaģē, veidojot cēzija hidroksīdu (2CsOH). Cēzijs uz aptuveni vienu sekundi nogrimst un pēc tam eksplodē. Sprādziens ir vairāk nekā 50 reižu lielāks par ūdenī iemestā elementa lielumu, un sprādziens ir pietiekams, lai salauztu parastu Pyrex biķeri, kolbu vai mēģeni. Reakcijas video var atrast šeit.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir cēzijs?
A: Cēzijs ir ķīmisks elements ar atomu skaitu 55, un tā simbols ir Cs.
Q: Kādai grupai pieder cēzijs?
A: Cēzijs pieder sārmu metālu grupai.
J: Kāda ir cēzija kušanas temperatūra?
A: Cēzija kušanas temperatūra ir zema - 28 °C.
J: Vai cēzijs ir reaktīvs?
A: Jā, tas ir ļoti reaktīvs.
J: Kāpēc cēzijs ir bīstama ķīmiska viela?
A: Tā lielā reaktivitāte padara to bīstamu. Tas var aizdegties un eksplodēt, saskaroties ar ūdeni.
J: Kāpēc cēziju glabā minerāleļļā?
A: Cēziju glabā minerāleļļā, jo tas strauji reaģē ar ūdeni.
J: Vai cēzijs ir parasts elements?
A: Nē, cēzijs ir rets elements, un tas ir diezgan dārgs, jo tā pieejamība uz Zemes ir ierobežota.
