Cezij (Cs) — kemijski element 55: lastnosti, uporaba, nevarnosti
Cezij (ali cezij) je kemijski element z atomskim številom 55 v periodnem sistemu. Njegov simbol je Cs.
Osnovne in fizikalne lastnosti
Cezij je alkalna kovina z značilno srebrno- zlato barvo in mehko strukturo — tako mehak je, da ga je mogoče rezati z nožem. Njegovo tališče je relativno nizko (približno 28,5 °C), zaradi česar se pri sobni temperaturi lahko delno stopi. Vrelna temperatura je okoli 671 °C. Atomska masa znaša približno 132,905 u, elektron konfiguracija pa je [Xe] 6s1.
Kemijske lastnosti in shranjevanje
Cezij je izredno reaktiven. Zaradi nizke ionizacijske energije in ene valentne elektrona reagira zelo močno z zrakom in z vodo: v zraku se lahko sam zažge (vžge), ob stiku z vodo pa reagira eksplozivno in tvori močno bazično raztopino CsOH, pri čemer se sprošča vodik. Voda in vlaga povzročata hitre in nevarne reakcije — zato se cezij shranjuje v mineralnem olju ali v inertni atmosferi (npr. argon) ter v zatesnjenih posodah.
Izvori, pridobivanje in razširjenost
Cezij je redek element na Zemlji, zato je njegova cena razmeroma visoka. Najpogostejši mineral, iz katerega se pridobiva, je pollucit (CsAlSi2O6). Pridobivanje poteka z industrijskimi postopki, npr. z raztapljanjem in izločanjem iz rudnih koncentratov ali z ionno izmenjavo pri obdelavi mineralne surovine.
Isotopi in radioaktivnost
Naravni cezij ima stabilen izotop Cs‑133, ki je pomemben v znanosti in tehnologiji (glej spodaj). Pomemben je tudi radioaktivni izotop Cs‑137, nastane kot produkt cepitve v jedrskih reaktorjih in jedrskih nesrečah. Cs‑137 ima čas razpolovitosti približno 30,17 let in oddaja beta in močno gama sevanje, zato je pomemben vir radiološke kontaminacije in tudi uporaben v industriji in medicini (npr. kot vir sevanja za terapije ali merilne naprave). Manj stabilen izotop Cs‑134 ima krajši čas razpolovitve (približno 2 leta) in se pojavlja pri jedrskih dogodkih.
Uporabe
- Atomske ure: izotop Cs‑133 se uporablja v atomski uri, kjer hiperfina prehodna frekvenca določa osnovno definicijo sekunde — cezijeve atomske ure so zelo natančen časovni standard.
- Industrija in vrtanje: cezijeve soli, npr. cesijev format, se uporabljajo kot visoko goste tekočine v vrtalnih operacijah (oljnem vrtanju), ker omogočajo stabilnost vrtin pod visokim tlakom.
- Medicinske in industrijske aplikacije: radioizotop Cs‑137 se uporablja za kalibracijo merilnikov, v industrijskih merilnih napravah in v nekaterih oblikah radioterapije. V molekularni biologiji se CsCl uporablja pri gradienten centrifugiranju DNA.
- Elektronika in optika: cezijeve spojine se uporabljajo v fotonapetostnih napravah, v vakuumskih ceveh in kot getterji v nekaterih vakuumskih sistemih.
Varnost in nevarnosti
Cezij kot kovina je izredno nevaren zaradi svoje reaktivnosti: ob izpostavitvi zraku lahko zagori, ob stiku z vodo pa lahko eksplodira. Zato je rokovanje s kovinskim cezijevim materialom možno le v specializiranih laboratorijih in z ustrezno zaščitno opremo. Njegove običajne anorganske soli so v majhnih količinah nizko do zmerno strupene, saj cezij v telesu delno nadomešča kalij in lahko moti elektrolitsko ravnovesje.
Radioaktivni izotopi, predvsem Cs‑137, predstavljajo resno zdravstveno nevarnost. Vnos takšnega izotopa v telo lahko povzroči obsevanje notranjih organov; okoljska kontaminacija s cezijevimi izotopi je bila velik problem po jedrskih nesrečah (npr. Černobil, Fukushima). Za zdravljenje po zaužitju radioaktivnega cezija se uporablja zdravljenje z Prusovim modrim (ferrociyanid železa), ki veže cezij in pospešuje njegov izločanje iz telesa.
Povzetek
Cezij (Cs, atom. št. 55) je redka, mehka alkalna kovina z nizkim tališčem in zelo visoko kemijsko reaktivnostjo. Ima pomembne tehnične in znanstvene uporabe, zlasti v atomski tehnologiji in industriji, vendar je hkrati nevaren zaradi svoje reaktivnosti in zaradi potencialne radioaktivne kontaminacije. Človeško telo cezija ne potrebuje in v velikih količinah njegove spojine lahko škodujejo zdravju.
Zgodovina
Cezij sta leta 1861 prvič opisala Gustav Robert Kirchhoff in Robert Wilhelm Bunsen. Testirala sta mineralno vodo iz Bad Dürkheima. Ko sta ločila kalcij, stroncij, magnezij in litij, sta opazila dve črti v "modrem" delu spektra. Zaradi teh črt sta sklepala, da mora biti v mineralni vodi poleg že najdenih elementov še ena neznana snov. To snov sta poimenovala cezij, po modri barvi.
Izotopi in spojine
Cezij ima vsaj 39 znanih izotopov z atomsko maso od 112 do 151. Le eden od njih, 133Cs, je stabilen. Zato je naravni izotop cezija 133Cs, ki ni radioaktiven. 133Cs se uporablja v atomskih urah, njegova frekvenca nihanja pa se uporablja za določanje dolžine sekunde. Drugi izotop 137Cs ne nastaja naravno, ampak nastane po jedrski cepitvi. Je zelo radioaktiven in se uporablja kot industrijski vir žarkov gama.
Cezij tvori spojine s številnimi drugimi kemičnimi elementi. Cezijev format se zaradi visoke gostote uporablja pri vrtanju nafte.
Reaktivnost
Cezij je izredno reaktiven v zraku in vodi. Cezij na zraku hitro oksidira in se lahko kadar koli spontano vžge (naključno zažge). Zato ga je treba hraniti v kerozinu ali mineralnem olju, tako kot druge elemente prve skupine (litij, natrij, rubidij in francij). V vodi cezij burno reagira in nastane cezijev hidroksid (2CsOH). Cezij se za približno eno sekundo potopi, nato pa eksplodira. Eksplozija je več kot 50-krat večja od velikosti elementa, ki je padel v vodo, eksplozija pa je dovolj velika, da razbije običajno čašo, bučko ali epruveto iz Pireksa. Videoposnetek reakcije si lahko ogledate tukaj.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je cezij?
O: Cezij je kemijski element z atomskim številom 55 in simbolom Cs.
V: V katero skupino spada cezij?
O: Cezij spada v skupino alkalnih kovin.
V: Kakšno je tališče cezija?
O: Tališče cezija je nizko, pri 28 °C.
V: Ali je cezij reaktiven?
O: Da, je zelo reaktiven.
V: Zakaj je cezij nevarna kemikalija?
O: Zaradi visoke reaktivnosti je nevaren. Lahko se sam zažge in eksplodira ob stiku z vodo.
V: Zakaj je cezij shranjen v mineralnem olju?
O: Cezij je shranjen v mineralnem olju zaradi njegove močne reakcije z vodo.
V: Ali je cezij običajen element?
O: Ne, cezij je redek element in je zaradi omejene razpoložljivosti na Zemlji precej drag.
