Cesium
Cesium is een scheikundig element met symbool Cs en atoomnummer 55. Het is een zilverwit alkalimetaal.
Inhoud |
[bewerk] Ontdekking
Cesium is als eerste spectroscopisch ontdekt door Robert Bunsen en Gustav Kirchhoff in 1860. Het kwam in kleine hoeveelheden voor in bronwater, dat zij onderzochten.
De naam is afkomstig van de Latijnse term caesius, dat als hemelblauw (naar de twee intense blauwe lijnen in het atomaire emissiespectrum van dit element) vertaald kan worden.
[bewerk] Toepassingen
Cesium wordt toegepast in atoomklokken, die slechts 5 seconden verkeerd lopen in 300 jaar. Sinds 1967 wordt de seconde in het Internationale Systeem van Eenheden (SI) gedefinieerd als 9.192.631.770 cycli van de straling die hoort bij de overgang tussen twee energietoestanden van het Cesium-133 atoom.
[bewerk] Opmerkelijke eigenschappen
Het metaal kan ofwel elektrochemisch ofwel door ontleding van het azide CsN3 bereid worden, maar het moet onder een inert gas, in vacuüm of onder olie bewaard worden. Het metaal zelf is bijzonder onedel. De elektronenconfiguratie is [Xe]6s1 en het ene buitenelektron is slechts zeer zwak aan het atoom gebonden. De eerste ionisatiepotentiaal is maar 3893 V, de laagste waarde van alle stabiele elementen. Cesiumchemie wordt daarom beheerst door de sterke neiging het Cs+ ion te vormen.
In aanraking met water reageert het explosief onder vorming van het hydroxide en waterstof.
- 2 Cs + 2 H2O → 2 Cs+ + 2 OH- + H2
In tegenstelling tot natrium is de dichtheid van cesium zo groot dat het metaal naar de bodem van een bekerglas water zal zinken. De warmte die bij deze reactie ontstaat kan het gevormde waterstofgas niet aansteken, want daar is luchtzuurstof bij nodig. Het waterstofgas is na zijn reis door de het water niet meer heet genoeg om te ontbranden. Wel zal de warmte verdeeld worden tussen water en cesium. Door het ontwikkelde waterstofgas kan het cesium zijn warmte niet makkelijk aan het water afstaan. Om deze reden zal de druppel cesium snel heter worden. De druppel ligt, zonder water ertussen, direct op de bodem van het bekerglas. Door het temperatuurverschil tussen het glas direct onder de druppel heet cesium (ongeveer 600oC) en het glas onder het "koude" water (maximaal 100oC) zal de bodem van het bekerglas stuk springen. Op dat moment volgt de explosie door het contact van heet cesium, waterstof en van zuurstof uit de lucht.
Het hydroxide is het actieve deel dat zorgt voor een base. De base is in staat glas te etsen. Ook met droge lucht kan het metaal reageren onder vorming van het oxide Cs2O en peroxiden (Cs2O2,Cs2O3).
Van alle metalen is dit het metaal dat het ideaal van een vrij elektronenmetaal met een parabolische bandstructuur het dichtste benadert Het is zilverwit en zacht als boter. Het smelt al bij 28 graden Celsius en is dus een vloeistof op een warme dag. Aangezien verontreinigingen tot verlaging van het smeltpunt leiden is dat voor een minder zuiver staal al bij kamertemperatuur het geval.
Het heeft gemeen met de andere alkalimetalen dat zijn zouten vrij goed oplosbaar zijn. Toch zijn er wel verschillen in de chemie van cesium en de lichtere alkalimetalen. Het feit dat cesium een erg groot ion is zorgt er bijvoorbeeld voor dat het chloride CsCl niet de keukenzoutstructuur heeft met oktaedrische omringing (6:6) maar een eigen structuur met een kubische omringing (8:8). Beide structuren zijn kubisch maar de eerste heeft ruimtegroep Fm3m de laatste Pm3m.
[bewerk] Verschijning
Cesium is een vrij zeldzaam element dat behoort tot de alkalimetalen. Het mineraal polluciet is de voornaamste bron. De belangrijkste natuurlijke voorraden (2/3 van de wereldvoorraad) van dit metaal bevinden zich aan het Bernic Lake van Manitoba / Canada. Men schat dat zich daar 300.000 ton polluciet bevindt, die gemiddeld uit 20% cesium bestaat.
[bewerk] Isotopen
| Meest stabiele isotopen | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Iso | RA (%) | Halveringstijd | VV | VE (MeV) | VP |
| 133Cs | 100 | stabiel met 78 neutronen | |||
| 134Cs | syn | 2,0648 j | β | 2,059 | 134Ba |
| 135Cs | syn | 2,3×106 j | β | 5,400 | 135Ba |
| 137Cs | syn | 30,07 j | β | 1,176 | 137Ba |
Er zijn van Cesium 32 isotopen bekend (atoommassa 114-145). Dit is meer dan van enig ander element. Echter, in de natuur komt slechts één stabiele isotoop voor: 133Cs. De radioactieve isotoop 137Cs wordt gebruikt in hydrologisch onderzoek, analoog aan het gebruik van tritium. 137Cs ontstaat bij nucleaire explosies en wordt ook gevormd in kerncentrales.
[bewerk] Toxicologie en veiligheid
Cesium explodeert heftig wanneer het in contact komt met water. Cesium is zeer giftig.
| Scheikundige Elementen en Isotopen |
| Periodiek systeem: Standaard | Alternatief | Elektronenconfiguratie |
| Isotopentabel: Op element: Compleet | In delen | Op atoommassa |
| Lijst met elementen: Op naam | Op symbool | Op nummer |
