Википедија

Cezijum

Cezijum (Cs, lat. caesium) alkalni je metal prve grupe Periodnog sistema, šesta perioda. Ime mu potiče od latinske reči za plavičasto.[5][6] Po svojim fizičkim, a posebno hemijskim svojstvima veoma je nalik rubidijumu, koji se nalazi u istoj grupi u petoj periodi. Takođe u prirodi se gotovo uvek nalaze zajedno. Najveća razlika jeste ta što rubidijum, poput kalijuma, pokazuje slabu beta-radioaktivnost, a cezijum ne.[7]

Cezijum
Opšta svojstva
Ime, simbolcezijum, Cs
Izgledbledo zlatan
U periodnome sistemu
Vodonik Helijum
Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon
Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon
Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton
Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon
Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon
Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson
Rb
↑
Cs
↓
Fr
ksenon ← cezijum → barijum ‍
Atomski broj (Z)55
Grupa, periodagrupa 1 (alkalni metali), perioda 6
Bloks-blok
Kategorija  alkalni metal
Rel. at. masa (Ar)132,90545196(6)[1]
El. konfiguracija
po ljuskama
2, 8, 18, 18, 8, 1
Fizička svojstva
Tačka topljenja301,7 K ​(28,5 °‍C, ​83,3 °F)
Tačka ključanja944 K ​(671 °‍C, ​1240 °F)
Gustina pri s.t.1,93 g/cm3
tečno st., na t.t.1,843 g/cm3
Kritična tačka1938 K, 9,4 MPa[2]
Toplota fuzije2,09 kJ/mol
Toplota isparavanja63,9 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet32,210 J/(mol·K)
Napon pare
P (Pa) 100 101 102
na T (K) 418 469 534
P (Pa) 103 104 105
na T (K) 623 750 940
Atomska svojstva
Elektronegativnost0,79
Energije jonizacije1: 375,7 kJ/mol
2: 2234,3 kJ/mol
3: 3400 kJ/mol
Atomski radijus265 pm
Kovalentni radijus244±11 pm
Valsov radijus343 pm
Linije boje u spektralnom rasponu
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura ​unutrašnjecentr. kubična (BCC)
Unutrašnjecentr. kubična (BCC) kristalna struktura za cezijum
Topl. širenje97 µm/(m·K) (na 25 °‍C)
Topl. vodljivost35,9 W/(m·K)
Elektrootpornost205 nΩ·m (na 20 °‍C)
Magnetni rasporedparamagnetičan[3]
Jangov modul1,7 GPa
Modul stišljivosti1,6 GPa
Mosova tvrdoća0,2
Brinelova tvrdoća0,14 MPa
CAS broj7440-46-2
Istorija
Imenovanjeod latinskog caesius, nebesko plavo, zbog njegovih spektralnih boja
OtkrićeRobert Bunzen i Gustaf Kirhof (1860)
Prva izolacijaKarl Seterberg (1882)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR
133Cs 100% stabilni
134Cs syn 2,0648 y ε 134Xe
β− 134Ba
135Cs tragovi 2,3×106 y β− 135Ba
137Cs syn 30,17 y[4] β− 137Ba
reference • Vikipodaci

Male količine cezijuma se nalaze, uz ostale alkalne metale, u različitim alumosilikatima (lepidolit, leucit, cinvaldit). Mineral cezijuma je polucit (). U Zemljinoj kori zastupljen je u količini od 3 ppm (engl. parts per million). Gori plavo-ljubičastim plamenom, i to u superoksid, .

Kao elementarna supstanca cezijum se ne dobija u značajnijim količinama. Za tu svrhu se obično koristi redukcija cezijum-hidroksida ili karbonata zagrevanjem sa aluminijumom ili magnezijumom. Cezijum-hlorid se može zagrevati sa kalcijumom i ta metoda je najzahvalnija za njegovo elementarno dobijanje.[7]

Jedinjenja cezijuma pokazuju slična svojstva kao ista ta jedinjenja rubidijuma i kalijuma. Ipak, za razliku od halogenida rubidijuma koji imaju kristalnu rešetku kao natrijum-hlorid, cezijum-hlorid, cezijum-bromid i cezijum-jodid imaju kubičnu kristalnu rešetku u kojoj uglove kocke zauzimaju cezijumovi joni, a u središtu je hloridni jon. Gledajući širu sliku, ta rešetka je dalje formirana tako da se može zamisliti i da na uglovima kocke se nalaze hloridni joni, a u središtu cezijum-jon. Razlika u kristalnoj rešetki između cezijum-hlorida i natrijum-hlorida uzrokovana je veličinom cezijumovog jona, oko kog se može smestiti 8 hloridnih jona.[7]

Istorija

uredi
 
Robert Bunzen

Cezijum je prvi put opisan 1861. godine, a otkrili su ga Gustaf Robert Kirhof i Robert Wilhelm Bunsen. Oni su proučavali dve, dotad nepoznate, spektralne linije koje su se pojavile nakon što su iz mineralne vode iz izvora u Dirkhajmu izdvojili kalcijum, stroncijum, magnezijum i litijum. Iz svog proučavanja su zaključili da u mineralnoj vodi postoji još jedan dotad nepoznati element, koji su nazvali caesium, od latinskog caesius u značenju nebesko plavo, zbog tih plavih spektralnih linija.[8]

Bunsen je pokušavao da odvoji cezijum od drugih alkalnih metala, da bi proučio druge osobine novootkrivenog elementa. Zato je pokušao da razdvoji rastvor pomoću rastvora platina(IV) hlorida, kako bi istaložio kalijum i nove teške alkalne metale rubidijum i cezijum kao nerastvorljivi heksahloridplatinat. Kalijum je uspeo da odvoji nakon nekoliko prokuvavanja rastvora sa malo vode. Da bi dobio čisti hlorid, redukovao je platinu do elementarnog stanja pomoću vodonika, tako da je time dobio samo nerastvorljivi talog cezijum- i rubidijum-hlorida. Odvajanje cezijuma i rubidijuma je uspelo nakon što je iskoristio pojavu različitog stepena rastvorljivosti karbonata u apsolutnom etanolu, gde je cezijum-karbonat rastvorljiv za razliku od odgovarajućeg rubidijevog jedinjenja. Cezijum-hlorid je Bunsenu i Kirhofu služio i za prve procene o molarnoj masi novih elemenata, za koje su ustanovili vrednost od 123,35 g/mol.[8]

Ni jedan od ovih naučnika nije dobio elementarni cezijum, jer je nakon elektrolize rastvorenog cezijum-hlorida umjesto čistog metala nastalo plavo jedinjenje, koje su oni nazvali subhlorid, a zapravo se najverovatnije radilo o nekoj obojenoj smesi cezijuma i cezijum-hlorida.[9] Pri elektrolizi vodenog rastvora putem živine anode stvara se jedan lako razgradivi cezijum amalgam.[8]

Tek je 1881. godine Karl Seterber uspeo da dobije elementarni cezijum, koji je rešio problem sa hloridom, tako što je upotrebio cezijum cijanid tokom procesa suve elektrolize. Iako je pri tom postupku bila potrebna izrazito visoka temperatura, da bi se cezijum-cijanid istopio, on se raspao preko eutetskog sistema sa barijum cijanidom.[10]

Osobine

uredi

Fizičke osobine

uredi
 
Kristalna struktura cezijuma, a = 614 pm
 
Dendritično-kristalni oblik cezijuma

U svom najčistijem stanju, cezijum je srebrnasti laki metal koji ima gustinu od 1,9 g/cm3, međutim ukoliko dođe u kontakt i s najmanjom količinom nečistoće, pojavljuje se zlatnožuti odsjaj. Po mnogim osobinama on stoji između rubidijuma, koliko je do danas poznato, i nestabilnog francijuma. Sa izuzetkom francijuma, on ima najnižu tačku topljenja od svih alkalnih metala koja iznosi 28,7 °C, nakon žive i galijuma, među najnižim tačkama topljenja od svih metala uopšte. Cezijum je veoma mekan (tvrdoća po Mosovoj skali 0,2) i vrlo lako se izvlači.

Kao i kod drugih alkalnih metala, cezijum se pri normalnim standardnim uslovima kristalizuje u kubnom kristalnom sistemu sa jednom kubno-prostorno centriranom elementarnom ćelijom u prostornoj grupi   sa parametrom rešetke a = 614 pm kao i dve formulske grupe po svakoj elementarnoj ćeliji. Pod pritiskom od 41 kbar dolazi do promene faze u kubično-površinski centriranu kristalnu strukturu sa parametrom rešetke a = 598 pm.[11]

Uz izuzetak litijuma, cezijum se može mešati sa drugim alkalnim metalima u proizvoljnom odnosu. Legura od 41% cezijuma, 12% natrijuma i 47% kalijuma ima najnižu do danas poznatu temperaturu topljenja koja iznosi −78 °C.[12]

Atom cezijuma kao i jon Cs+ imaju izrazito veliki atomski prečnik; oni su, uz izuzetak francijuma, najveći pojedinačni atomi odnosno joni koji postoje u prirodi. Ovo zavisi od posebno niskog efektivnog naboja jezgra, zbog čega je najudaljeniji s-elektron samo u veoma maloj meri povezan sa jezgrom. Ta pojava, pored velikog atomskog prečnika i niske energije jonizacije atoma cezijuma, daje mu osobine neuobičajeno velike reaktivnosti među elementima.[13]

Cezijum u gasovitom stanju ima neuobičajen indeks prelamanja svetlosti koji je manji od jedan. To znači da fazna brzina elektromagnetnih talasa - u ovom slučaju svetlosti - je veća nego u vakuumu. Međutim, pošto se time ne mogu prenositi informacije niti materija, i dalje vrede postulati specijalne teorije relativiteta.[14]

Hemijske osobine

uredi

Pored francijuma, cezijum je element sa najnižom energijom jonizacije. Zbog odvajanja najudaljenijeg elektrona od jezgra, javlja se i najniža vrednost elektronegativnosti. Atom cezijuma u kontaktu sa drugim elementima veoma lako otpušta ovaj elektron i formira jednovalentne cezijumske soli. Pošto otpuštanjem ovog jednog elektrona dostiže elektronsku konfiguraciju plemenitog gasa, on ne formira dvovalentne i viševalentne jone.

Reakcije sa cezijumom po pravilu se odvijaju vrlo burno, tako da na primer u kontaktu sa kiseonikom, cezijum se odmah zapali, te poput kalijuma i rubidijuma, gradi odgovarajuće hiperokside.

 
Reakcija cezijuma i vode

Takođe, cezijum u dodiru s vodom veoma burno reaguje i gradi cezijum hidroksid. Ova reakcija se odvija i sa ledom pri temperaturi od −116 °C.[15]

 

Izotopi

uredi
 
Načini raspada izotopa 137Cs

Sveukupno je poznato 39 izotopa cezijuma i 23 nuklearnih izomera. U prirodi javlja se samo izotop 133Cs. Zbog toga je cezijum izotopski posmatrano čisti element. Među veštačkim izotopima, izotopi 134Cs sa 2,0648 godina, 135Cs sa 2,3 miliona godina i 137Cs sa 30,17 godina, imaju srednje i veoma dugo vreme poluraspada. Kod ostalih poznatih izotopa, vreme poluraspada iznosi između 17 µs kod izotopa 113Cs do 13,16 dana kod izotopa 136Cs.[16]

Jedan od najvažnijih veštačkih izotopa je upravo 137Cs, koji zrači beta-zrake a vreme poluraspada mu je 30,17 godina.[17] 137Cs se raspada uz verovatnoću od 94,6% prvo na metastabilni međuproizvod 137mBa, koji sa vremenom poluraspada od 2,552 minuta putem gama raspada prelazi u stabilni izotop barijuma 137Ba. Kod ostalih 5,4% dešava se direktan prelaz u stabilni izotop barijuma 137Ba. Zajedno sa drugim izotopima cezijuma nastaje prilikom razbijanja atoma u nuklearnim reaktorima.

 
Stvaranje izotopa 137Cs pri cepanju atoma 235U.[18]

Izotop 137Cs je pored izotopa kobalta 60Co jedan od najvažnijih izvora gama zračenja i koristi se u terapiji zračenjem za lečenje malignih oboljenja, za merenje brzine toka u cevima i ispitivanja debljine papira, filma ili metala.[19] Osim toga, služi i za kontrolu kvaliteta u nuklearnoj medicini kao dugovečni nuklid za ispitivanje zračenja.[20]

Veće količine izotopa 137Cs su dospele u okolinu putem nadzemnih nuklearnih probi, nakon černobiljske katastrofe te posle katastrofe u japanskoj nuklearnoj centrali Fukušima. Kod svih nadzemnih proba atomskog oružja, ispuštena radioaktivnost izotopa 137Cs iznosila je 948×1015 bekerela.[21] Ukupna količina 137Cs, koja se oslobodila nakon černobiljske nesreće imala je aktivnost od oko 85×1015 Bq.[21] Na to treba dodati aktivnost od oko 47×1015 Bq koju je emitovao izotop 134Cs i 36×1015 Bq putem izotopa 136Cs.[21] Putem radioaktivnih padavina, mnoga područja širom Evrope su zagađena radioaktivnim cezijumom.[22][23] Izotop 137Cs se naročito nakuplja u gljivama koje mogu razgrađivati lignin te tako imaju lakši pristup kalijumu od biljaka i na taj način i do hemikalija koje su slične cezijumu. To se posebno odnosi na gljive Xerocomus badius (poznatu kao kostanjevka) i Boletus erythropus koje su poznate kao sakupljači cezijuma, dok na primer srodna vrsta kamenjara Boletus edulis pokazuje dosta slabu aktivnost prikupljanja cezijuma. Uzrok visoke zagađenosti cezijumom za obe navedene vrste gljiva je zbog pigmenta njihovog klobuka (Badion A i Norbadion A), koji mogu kompleksirati cezijum.[24][25] U gljivi kamenjari nema ovih derivata pulvinske kiseline.[26] Ugrožene su i divlje životinje koje jedu gljive.[27] Tačan obim zagađenja cezijumom zavisi od dospele količine putem padavina i sposobnosti zemljišta da veže cezijum i omogućavajući tako biljkama da dođu do njega.[28]

U Japanu su velika područja zagađena cezijumom 137Cs nakon nesreće u nuklearnom reaktoru u Fukušimi.[29] Godine 1987. desio se slučaj krađe aparata namenjenog za terapije zračenjem u Brazilu, iz koga je izvađen cezijum 137Cs. Pri tome je nekoliko ljudi umrlo od posledica zračenja.[30]

Primena

uredi

Cezijum, kao i rubidijum, koristi se za izradu fotoelektričnih ćelija.

Pored toga, atomski časovnici napravljeni od cezijuma koriste elektromagnetne prelaze u hiperfinoj strukturi atoma cezijuma-133 kao referentnu tačku. Ovi časovnici mere frekvenciju sa greškom od 2 do 3 jedinice na 1014, što odgovara tačnosti od 2 nanosekunde dnevno, ili jednu sekundu u 1,4 miliona godina. Najnovije verzije ovakvih časovnika još nisu u upotrebi, ali su još tačnije i prave grešku u na 1015, što je oko 1 sekundu na 20 miliona godina. Atomski časovnici napravljeni od cezijuma danas regulišu vreme na Internetu, kao i vreme mreže mobilnih telefonija.

Galerija

uredi

Vidi još

uredi

Reference

uredi
  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Haynes, William M., ur. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd izd.). Boca Raton, FL: CRC Press. str. 4.121. ISBN 1439855110. 
  3. ^ „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (87th izd.). CRC press. ISBN 0-8493-0487-3. Arhivirano iz originala (PDF) 12. 01. 2012. g. Pristupljeno 2010-09-26. 
  4. ^ „NIST Radionuclide Half-Life Measurements”. NIST. Arhivirano iz originala 12. 03. 2011. g. Pristupljeno 2011-03-13. 
  5. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  6. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  7. ^ a b v Filipović Ivan, Lipanović Stjepan „Opća i anorganska kemija – I. dio”, Национална и универзитетска библиотека (Загреб: Школска књига). Девето издање 1995, стр. 917-918.
  8. ^ а б в G. Kirchhoff; R. Bunsen (1861). „Chemische Analyse durch Spectralbeobachtungen”. Annalen der Physik und Chemie. 189 (7): 337—381. doi:10.1002/andp.18611890702. 
  9. ^ Richard Zsigmondy (2007). Colloids and the Ultramicroscope. Read books. стр. 69. ISBN 978-1-4067-5938-9. 
  10. ^ Carl Setterberg (1881). „Ueber die Darstellung von Rubidium- und Cäsiumverbindungen und über die Gewinnung der Metalle selbst”. Justus Liebigs Annalen der Chemie. 221 (1): 100—116. doi:10.1002/jlac.18822110105. 
  11. ^ K. Schubert (1974). „Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente”. Acta Crystallographica. B30: 193—204. doi:10.1107/S0567740874002469. 
  12. ^ Arnold F. Holleman; Nils Wiberg (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102 изд.). Berlin: de Gruyter. стр. 1273. ISBN 978-3-11-017770-1. 
  13. ^ Michael Binnewies; Michael Jäckel; Helge Willner (2003). Allgemeine und Anorganische Chemie. Berlin: Spektrum Akademischer Verlag. стр. 49—53. ISBN 978-3-8274-0208-0. 
  14. ^ L. J. Wang; A. Kuzmich; A. Dogariu (2000). „Gain-assisted superluminal light propagation”. Nature. 406: 277—279. doi:10.1038/35082117. 
  15. ^ Caesium na webelements.com, 5. septembar 2009.
  16. ^ G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. u: Nuclear Physics. 2003, Bd. A 729, str. 3–128.
  17. ^ M.P. Unterweger: Half-life measurements at the National Institute of Standards and Technology. u: Applied Radiation and Isotopes. 56, 2002, str. 125–130
  18. ^ Martin Volkmer (1996). Basiswissen Kernenergie. Bonn: Informationskreis Kernenergie. стр. 30. ISBN 3-925986-09-X. 
  19. ^ Radioisotope Brief: Cesium-137 (Cs-137). Centers for Disease Control and Prevention, Atlanta 2006, 25. septembar 2009.
  20. ^ L. Geworski; Chr. Reiners (2003). „Qualitätsprüfung nuklearmedizinischer Messsysteme: Konstanzprüfung”. Empfehlungen zur Qualitätskontrolle in der Nuklearmedizin. Stuttgart / New York: Schattauer Verlag. стр. 258—263. ISBN 3-7945-2242-7. 
  21. ^ а б в Izvještaj UNSCEAR 2008. Sources and effects of ionizing radiation. Knjiga 2. Annex D - Health effects due to radiation from the Chernobyl accident. New York 2011, str. 49.
  22. ^ B. Turković: Nakon tragedije u Černobilu prije 25 godina, čelnici CK SKBiH ozračene janjce podvalili restoranima, Dnevni Avaz, 19. mart 2011.
  23. ^ Aleksandra Bosiočić - Dronjić: Je li moguća radioaktivna kiša iznad BiH, 14. mart 2011.
  24. ^ D. C. Aumann, G. Clooth, B. Steffan, W. Steglich: Komplexierung von Caesium-137 durch die Hutfarbstoffe des Maronenröhrlings (Xerocomus badius). u: Angewandte Chemie' vol. 101, br. 4, 1989, str. 495–496.
  25. ^ P. Kuad, R. Schurhammer, C. Maechling, C. Antheaume, C. Mioskowski, G. Wipff, B. Spiess: Complexation of Cs+, K+ and Na+ by norbadione A triggered by the release of a strong hydrogen bond: nature and stability of the complexes. u: Phys Chem Chem Phys. 11, 2009, str. 10299–10310.
  26. ^ B. Steffan, W. Steglich: Die Hutfarbstoffe des Maronenröhrlings (Xerocomus badius). u: Angewandte Chemie knjiga 96, br. 6, juni 1984, str. 435–437.
  27. ^ Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg: Radioaktivitätsbelastung in Wild. Архивирано 2008-06-19 на сајту Wayback Machine 2007.
  28. ^ Jenny Hartmann-Schreier: Caesium 137, Caesium 134. u: Römpp Chemie-Lexikon, Thieme-Verlag, mart 2006.
  29. ^ Fukushima, Große Mengen Cäsium 137 auf Japans Boden u Spigel Online, 15. novembar 2011.
  30. ^ IAEA: Radiological Accident in Goiânia. Beč 1988, HTML (PDF), 13. decembar 2007.

Literatura

uredi
  • Fritz Blatter; Ernst Schuhmacher (1986). „Production of high purity caesium”. Journal of the Less Common Metals. 115 (2): 307—313. doi:10.1016/0022-5088(86)90153-0. 

Dodatna literatura

uredi
  • Rogachev, Andrey Yu.; Miao, Mao-Sheng; Merino, Gabriel; Hoffmann, Roald (2015). „Molecular CsF5and CsF2+”. Angewandte Chemie. 127 (28): 8393—8396. doi:10.1002/ange.201500402. 

Spoljašnje veze

uredi
 
Cezijum na Vikimedijinoj ostavi.

Preuzeto iz „https://sr.wiki.x.io/w/index.php?title=Цезијум&oldid=28830802”