Haupt >> Chemische Elemente >> Cäsium

Cäsium

55 Xenon Cäsium Barium
Rb

Cs

Fr
Periodensystem - Erweitertes Periodensystem
Allgemein
Name , Symbol, Zahl Cäsium, Cs, 55
Chemische Reihe Alkali Metalle
Gruppe, Periode, Block 1, 6, s
Aussehen silbriges Gold
Atommasse 132,9054519 (2) g/mol
Elektronenkonfiguration [ Auto ] 6s 1
Elektronen pro Schale 2, 8, 18, 18, 8, 1
Physikalische Eigenschaften
Phase fest
Dichte (nahe RT) 1,93 g·cm −3
Flüssigkeitsdichte bei m.p. 1,843 g·cm −3
Schmelzpunkt 301,59 K
(28,44 °C, 83,19 °F)
Siedepunkt 944K
(671 ° C, 1240 ° F)
Kritischer Punkt 1938 K, 9,4 MPa
Schmelzwärme 2,09 kJ·mol −1
Verdampfungswärme 63,9 kJ·mol −1
Wärmekapazität (25 °C) 32,210 J·mol −1 ·K −1
P / Brunnen 1 10 100 1 k 10 k 100 k
bei T /K 418 469 534 623 750 940
Atomare Eigenschaften
Kristallstruktur kubisch raumzentriert
Oxidationszustände 1
(stark basisches Oxid)
Elektronegativität 0,79 (Pauling-Skala)
Ionisationsenergien 1.: 375,7 kJ/mol
2.: 2234,3 kJ/mol
3.: 3400 kJ/mol
Atomradius 260 Uhr
Atomradius (berechnet) 298 Uhr
Kovalenter Radius 225 Uhr
Sonstig
Magnetische Bestellung datiert nicht
Elektrischer widerstand (20 °C) 205 nΩ·m
Wärmeleitfähigkeit (300 K) 35,9 W·m −1 ·K −1
Wärmeausdehnung (25 °C) 97 um·m −1 ·K −1
Elastizitätsmodul 1,7 GPa
Bulk-Modul 1,6 GPa
Mohs-Härte 0,2
Brinellhärte 0,14 MPa
CAS-Registrierungsnummer 7440-46-2
Ausgewählte Isotope
iso DAS Halbwertszeit DM VON DP
133 Cs 100% Cs ist stabil bei 78 Neutronen
134 Cs seine 65.159 Frau
(2,0648 Jahre)
e 1.229 134 Auto
b - 2.059 134 Nicht
135 Cs verfolgen 73 Ts
(2.300.000 Jahre)
b - 0,269 135 Nicht
137 Cs seine 948,9 Frau
(30.07J)
b - 1.176 137 Nicht
Verweise

Cäsium (auch buchstabiert Cäsium , EINSCHLAG: /ˈsiːzim/ ) ist ein Chemisches Element in dem Periodensystem das hat das Symbol Cs und Ordnungszahl 55. Es ist ein weiches silbrig-goldenes Alkalimetall mit einem Schmelzpunkt von 28 ° C (83 ° F), was es zu einem der Metalle macht, die bei oder nahe Raumtemperatur flüssig sind Rubidium (39 Grad), Franken (27 °C), Merkur (-39 °C) und Gallium (30 °C). Dieses Element wird vor allem in Atomuhren verwendet.

Die abweichende Schreibweise Cäsium wird manchmal verwendet, besonders im nordamerikanischen Englisch, aber Cäsium ist die von der IUPAC verwendete Schreibweise, obwohl sie seit 1993 anerkannt wird Cäsium auch als Variante.



Bemerkenswerte Eigenschaften

Das elektromagnetische Spektrum von Cäsium hat zwei helle Linien im blauen Teil des Spektrums zusammen mit mehreren anderen Linien in Rot, Gelb und Grün. Dieses Metall ist silbrig goldfarben Farbe und ist sowohl weich als auch dehnbar. Cäsium ist auch das elektropositivste und alkalischste des Stalls chemische Elemente und hat das zweitniedrigste Ionisationspotential ( Franken am niedrigsten sein). Cäsium ist das am wenigsten verbreitete der fünf nicht radioaktiven Alkalimetalle. (Technisch, Franken ist das am wenigsten verbreitete Alkalimetall, aber da es mit geschätzten 340 bis 550 Gramm gleichzeitig auf der gesamten Erde hochradioaktiv ist, kann seine Häufigkeit praktisch als Null angesehen werden.)

Zusammen mit Gallium , Franken , und Merkur gehört Cäsium zu den einzigen Metallen, die bei oder nahe Raumtemperatur flüssig sind. Cäsium reagiert in kaltem Wasser explosionsartig und bei Temperaturen über −116 °C auch mit Eis.

Cäsiumhydroxid (CsOH) ist eine sehr starke Base und ätzt die Oberfläche schnell an Glas . CsOH wird oft als die 'stärkste Base' (nach FrOH) bezeichnet, aber tatsächlich viele Verbindungen wie z n -Butyllithium und Natriumamid sind stärker.

Es gibt ein Konto, mit dem Cäsium reagiert Fluor , nimmt mehr Fluor auf, als es stöchiometrisch sollte. Es ist möglich, dass nach dem Salz Cs + F gebildet hat, die Cs + Ion, das die gleiche elektronische Struktur wie elementar hat Xenon , kann wie Xenon weiter oxidiert werden Fluor und bilden Spuren eines höheren Fluorids wie CsF 3 , analog zu XeF zwei .

Anwendungen

Die heute wahrscheinlich am weitesten verbreitete Verwendung von Cäsium ist in Bohrflüssigkeiten auf Cäsiumformiatbasis für die Ölindustrie. Die hohe Dichte der Cäsiumformiat-Sole (bis zu 2,3 ​​sg) gepaart mit der relativen Unbedenklichkeit von 133 Cs reduziert die Notwendigkeit für toxische suspendierte Feststoffe hoher Dichte in der Bohrspülung, was einen bedeutenden technologischen, technischen und ökologischen Vorteil darstellt.

Cäsium wird insbesondere auch in Atomuhren verwendet, die in vielen tausend Jahren auf Sekunden genau gehen. Seit 1967 stützt das Internationale Maßsystem seine Einheit auf Zeit , die zweite, über die Eigenschaften von Cäsium. SI definiert die Sekunde als 9.192.631.770 Zyklen der Strahlung, die dem Übergang zwischen zwei Elektronenspin-Energieniveaus des Grundzustands des entspricht 133 Cs Atom .

  • 134 Cs wurde verwendet in Hydrologie als Maß für die Cäsiumabgabe durch die Atomkraft Industrie. Dieses Isotop wird verwendet, weil es weniger verbreitet ist als beide 133 Cs bzw 137 Cs, 134 Cs können ausschließlich durch Kernreaktionen hergestellt werden. 135 Cs wurde auch in dieser Funktion verwendet.
  • Wie andere Elemente der Gruppe 1 hat Cäsium eine große Affinität zu Sauerstoff und wird als „Getter“ in Vakuumröhren verwendet.
  • Dieses Metall wird aufgrund seiner leichten Emission auch in Fotozellen verwendet Elektronen .
  • Cäsium wird als Katalysator bei der Hydrierung bestimmter organischer Verbindungen verwendet.
  • Radioaktive Cäsiumisotope werden im medizinischen Bereich zur Behandlung bestimmter Arten von Cäsium verwendet Krebs .
  • Cäsiumfluorid wird in der organischen Chemie häufig als Base und als Quelle für wasserfreie Fluoridionen verwendet.
  • Cäsiumdampf wird in vielen gängigen Magnetometern verwendet.
  • Aufgrund ihrer hohen Dichte werden Cäsiumchloridlösungen üblicherweise in der Molekularbiologie für die Dichtegradienten-Ultrazentrifugation verwendet, hauptsächlich für die Isolierung von Viruspartikeln, subzellulären Organellen und Fraktionen und Nukleinsäuren aus biologischen Proben.
  • Cäsiumnitrat wird als Oxidationsmittel zum Verbrennen verwendet Silizium in Infrarotfackeln wie der LUU-19-Fackel, da sie einen Großteil ihres Lichts im nahen Infrarotspektrum emittiert.
  • In jüngerer Zeit wurde dieses Metall in Ionenantriebssystemen verwendet.
  • Cäsium-137 ist ein sehr verbreitetes Radioisotop, das als Gamma-Emitter in industriellen Anwendungen verwendet wird, wie zum Beispiel:
    • Feuchtemessgeräte
    • Nivelliergeräte
    • Dickenmessgeräte
    • Bohrlochmessgeräte (zur Messung der Dicke von Gesteinsschichten)
  • wird auch als interner Standard in der Spektrophotometrie verwendet

Geschichte

Cäsium ( Latein tödlicher was 'himmelblau' oder 'hellblau' bedeutet) wurde 1860 von Robert Bunsen und Gustav Kirchhoff in Mineralwasser aus Dürkheim, Deutschland, spektroskopisch entdeckt. Seine Identifizierung basierte auf den hellblauen Linien in seinem Spektrum und es war das erste Element, das durch Spektralanalyse entdeckt wurde. Das erste Cäsiummetall wurde 1882 von Carl Setterberg hergestellt. Historisch gesehen war die wichtigste Verwendung für Cäsium die Forschung und Entwicklung, hauptsächlich in chemischen und elektrischen Anwendungen.

Auftreten

  Pollutite, ein Cäsiummineral   Vergrößern Pollutite, ein Cäsiummineral

Cäsium, ein Alkalimetall, kommt in Lepidolith, Pollucit (hydratisiertes Silikat von Aluminium und Cäsium) und in anderen Quellen. Eine der weltweit bedeutendsten und ergiebigsten Quellen dieses Metalls befindet sich am Bernic Lake in Manitoba. Die Lagerstätten dort enthalten schätzungsweise 300.000 Tonnen Pollucit mit durchschnittlich 20 % Cäsium.

Es kann durch Elektrolyse von geschmolzenem Cäsiumcyanid und auf verschiedene andere Weise isoliert werden. Durch die thermische Zersetzung von Cäsiumazid kann außergewöhnlich reines und gasfreies Cäsium hergestellt werden. Die Hauptverbindungen von Cäsium sind Cäsiumchlorid und sein Nitrat. Der Preis für Cäsiummetall betrug 1997 etwa 30 US-Dollar pro Gramm, aber seine Verbindungen sind viel billiger.

Siehe auch Cäsiummineralien.

Isotope

Cäsium hat mindestens 39 bekannte Isotope, mehr als jedes andere Element außer Franken . Die Atommassen dieser Isotope reichen von 112 bis 151. Obwohl dieses Element eine große Anzahl von Isotopen hat, hat es nur ein natürlich vorkommendes stabiles Isotop, 133 Cs. Die meisten anderen Isotope haben Halbwertszeiten von wenigen Tagen bis zu Sekundenbruchteilen. Das radiogene Isotop 137 Cs wurde in hydrologischen Studien verwendet, analog zur Verwendung von 3 H. 137 Cs entsteht bei der Detonation von Atomwaffen und wird in Kernkraftwerken produziert, insbesondere aus der Kernschmelze von Tschernobyl 1986. Ab 1945 mit dem Beginn der Atomtests, 137 Cs wurde in die veröffentlicht Atmosphäre wo es leicht in Lösung absorbiert und als Bestandteil des radioaktiven Niederschlags auf die Erdoberfläche zurückgebracht wird. Einmal 137 Cs gelangt ins Grundwasser, wird auf Bodenoberflächen abgelagert und vor allem durch Partikeltransport aus der Landschaft entfernt. Dadurch kann die Eingangsfunktion dieser Isotope als Funktion der Zeit abgeschätzt werden. Cäsium-137 hat eine Halbwertszeit von 30,17 Jahren. Es zerfällt zu Barium-137m (ein kurzlebiges Zerfallsprodukt) und dann zu einer Form von nicht radioaktivem Barium.

Vorsichtsmaßnahmen

Alle Alkalimetalle sind hochreaktiv. Cäsium ist eines der schwereren Alkalien Metalle , ist auch eines der reaktivsten und bei Kontakt hochexplosiv Wasser (sogar kaltes Wasser oder Eis). Cäsiumhydroxid ist eine extrem starke Base und kann angreifen Glas .

Cäsiumverbindungen werden von den meisten Menschen selten angetroffen. Alle Cäsiumverbindungen sind aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit mit als leicht toxisch einzustufen Kalium . Große Mengen verursachen Hyperirritabilität und Krämpfe, aber solche Mengen würden normalerweise nicht in natürlichen Quellen angetroffen werden, so dass Cs kein bedeutender chemischer Umweltschadstoff ist. Ratten, denen Cäsium anstelle von Kalium in ihrer Nahrung zugeführt wird, sterben, sodass dieses Element Kalium in seiner Funktion nicht ersetzen kann.

Die Isotope 134 Cs und 137 Cs (vorhanden in der Biosphäre in geringen Mengen durch Strahlungslecks) stellen eine örtlich unterschiedliche Radioaktivitätsbelastung dar. Radiocäsium reichert sich nicht so effektiv im Körper an wie viele andere Spaltprodukte (wie Radiojod und Radiostrontium), die vom Körper aktiv akkumuliert werden.