sezyum - Caesium
sezyum | ||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Telaffuz |
/ S Ben bir z i'nin ə m / ( SEE -zee-əm ) |
|||||||||||||||||||||||||||
Alternatif isim | sezyum (ABD) | |||||||||||||||||||||||||||
Dış görünüş | soluk altın | |||||||||||||||||||||||||||
Standart atom ağırlığı A r, std (Cs) | 132.905 451 96 (6) | |||||||||||||||||||||||||||
Periyodik tablodaki sezyum | ||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||
Atom numarası ( Z ) | 55 | |||||||||||||||||||||||||||
Grup | grup 1: hidrojen ve alkali metaller | |||||||||||||||||||||||||||
Dönem | 6. dönem | |||||||||||||||||||||||||||
Engellemek | s bloğu | |||||||||||||||||||||||||||
Elektron konfigürasyonu | [ Xe ] 6s 1 | |||||||||||||||||||||||||||
Kabuk başına elektron | 2, 8, 18, 18, 8, 1 | |||||||||||||||||||||||||||
Fiziki ozellikleri | ||||||||||||||||||||||||||||
Faz de STP | sağlam | |||||||||||||||||||||||||||
Erime noktası | 301,7 K (28,5 °C, 83,3 °F) | |||||||||||||||||||||||||||
Kaynama noktası | 944 K (671 °C, 1240 °F) | |||||||||||||||||||||||||||
Yoğunluk ( rt yakın ) | 1.93 g / cc 3. | |||||||||||||||||||||||||||
sıvı olduğunda ( mp'de ) | 1.843 g / cc 3. | |||||||||||||||||||||||||||
Kritik nokta | 1938 K, 9.4 MPa | |||||||||||||||||||||||||||
Füzyon ısısı | 2.09 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||
Buharlaşma ısısı | 63,9 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||
Molar ısı kapasitesi | 32.210 J/(mol·K) | |||||||||||||||||||||||||||
Buhar basıncı
| ||||||||||||||||||||||||||||
atomik özellikler | ||||||||||||||||||||||||||||
oksidasyon durumları | -1, +1 (kuvvetli bir bazik oksit) | |||||||||||||||||||||||||||
elektronegatiflik | Pauling ölçeği: 0.79 | |||||||||||||||||||||||||||
iyonlaşma enerjileri | ||||||||||||||||||||||||||||
atom yarıçapı | ampirik: 265 pm | |||||||||||||||||||||||||||
kovalent yarıçap | 244±11 pm | |||||||||||||||||||||||||||
Van der Waals yarıçapı | 343 pm | |||||||||||||||||||||||||||
Spektral sezyum çizgileri | ||||||||||||||||||||||||||||
Diğer özellikler | ||||||||||||||||||||||||||||
Doğal oluşum | ilkel | |||||||||||||||||||||||||||
Kristal yapı | hacim merkezli kübik (bcc) | |||||||||||||||||||||||||||
Termal Genleşme | 97 µm/(m⋅K) (25 °C'de) | |||||||||||||||||||||||||||
Termal iletkenlik | 35,9 W/(m⋅K) | |||||||||||||||||||||||||||
elektrik direnci | 205 nΩ⋅m (20 °C'de) | |||||||||||||||||||||||||||
Manyetik sıralama | paramanyetik | |||||||||||||||||||||||||||
Gencin modülü | 1.7 GPa | |||||||||||||||||||||||||||
toplu modül | 1.6 GPa | |||||||||||||||||||||||||||
Mohs sertliği | 0,2 | |||||||||||||||||||||||||||
Brinell sertliği | 0.14 MPa | |||||||||||||||||||||||||||
CAS numarası | 7440-46-2 | |||||||||||||||||||||||||||
Tarih | ||||||||||||||||||||||||||||
adlandırma | Latince caesius'tan , gök mavisi, spektral renkleri için | |||||||||||||||||||||||||||
keşif | Robert Bunsen ve Gustav Kirchhoff (1860) | |||||||||||||||||||||||||||
İlk izolasyon | Carl Setterberg (1882) | |||||||||||||||||||||||||||
Sezyum ana izotopları | ||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||
Sezyum ( IUPAC yazım) ( aynı zamanda yazıldığından sezyum olarak Amerikan İngilizcesi ) a, kimyasal element ile sembolü Cs ve atom numarası 55. Yumuşak, gümüş-altın olan alkali metal 28,5 ° C (83,3 ° C) bir erime noktasına sahip, bu da, sadece beş element biri yapan metal olan sıvı ya da yakınında , oda sıcaklığı . Sezyum, rubidyum ve potasyumunkine benzer fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir . Tüm metallerin en reaktif olanıdır, piroforiktir ve −116 °C'de (−177 °F) bile suyla reaksiyona girer . Pauling ölçeğinde 0.79 değeriyle en az elektronegatif elementtir . Sadece bir kararlı izotopu vardır , sezyum-133 . Sezyum çok çıkarılan bir polüsit ise, radyoizotoplar , özellikle sezyum-137 , bir fizyon ürünü tarafından üretilen atık ayıklanır nükleer reaktörler .
Alman kimyager Robert Bunsen ve fizikçi Gustav Kirchhoff , yeni geliştirilen alev spektroskopisi yöntemiyle 1860 yılında sezyumu keşfetti . Sezyum için ilk küçük ölçekli uygulamalar , vakum tüplerinde ve fotoelektrik hücrelerde bir " alıcı " olarak yapıldı . 1967'de Einstein'ın ışık hızının evrendeki en sabit boyut olduğuna dair kanıtından hareket eden Uluslararası Birimler Sistemi , ikinci ve metreyi birlikte tanımlamak için sezyum-133 emisyon spektrumundan iki özel dalga sayımı kullandı . O zamandan beri sezyum, son derece hassas atomik saatlerde yaygın olarak kullanılmaktadır .
1990'lardan bu yana, elementin en büyük uygulaması sondaj sıvıları için sezyum formatı olmuştur , ancak elektrik üretiminde, elektronikte ve kimyada bir dizi uygulamaya sahiptir. Radyoaktif izotop sezyum-137, yaklaşık 30 yıllık bir yarı ömre sahiptir ve tıbbi uygulamalarda, endüstriyel göstergelerde ve hidrolojide kullanılır. Radyoaktif olmayan sezyum bileşikleri yalnızca hafif derecede toksiktir , ancak saf metalin suyla patlayıcı reaksiyona girme eğilimi, sezyumun tehlikeli bir malzeme olarak kabul edildiği ve radyoizotopların çevrede önemli bir sağlık ve ekolojik tehlike oluşturduğu anlamına gelir.
özellikleri
Fiziki ozellikleri
Oda sıcaklığında katı olan tüm elementler arasında sezyum en yumuşak olanıdır: 0,2 Mohs sertliğe sahiptir. Eser miktarda oksijen varlığında koyulaşan çok sünek , soluk bir metaldir . Madeni yağ varlığında ( nakliye sırasında en iyi muhafaza edildiği yer), metalik parlaklığını kaybeder ve daha mat, gri bir görünüm alır. 28.5 °C (83.3 °F) erime noktasına sahiptir , bu da onu oda sıcaklığına yakın sıvı olan birkaç temel metalden biri yapar . Cıva , bilinen bir erime noktası sezyumdan daha düşük olan tek kararlı element metalidir. Ek olarak, metalin oldukça düşük bir kaynama noktası vardır , 641 °C (1.186 °F), cıva dışındaki tüm metallerin en düşüğüdür. Bileşikleri mavi veya mor renkte yanar.
Sezyum , diğer alkali metaller, altın ve cıva ( amalgamlar ) ile alaşımlar oluşturur . 650 °C'nin (1,202 °F) altındaki sıcaklıklarda kobalt , demir , molibden , nikel , platin , tantal veya tungsten ile alaşım yapmaz . Bu iyi tanımlanmış oluşturan metaller arası bileşikler ile antimon , galyum , indiyum ve toryum olan, ışığa . Diğer tüm alkali metallerle (lityum hariç) karışır; Bir alaşım mol % 41 sezyum,% 47 dağılımı potasyum ve% 12 sodyum -78 ° C (-108 ° F) 'de, örneğin, bir metal alaşımın en düşük erime noktasına sahiptir. Birkaç amalgam incelenmiştir: CsHg
2mor metalik parlaklığa sahip siyah , CsHg ise metalik parlaklığa sahip altın rengindedir.
Sezyumun altın rengi, grup alçalırken alkali metallerin elektronlarını uyarmak için gereken ışığın azalan frekansından gelir. Lityumdan rubidyuma kadar bu frekans ultraviyolededir, ancak sezyum için spektrumun mavi-mor ucuna girer; başka bir deyişle, alkali metallerin plazmonik frekansı lityumdan sezyuma düşer. Böylece sezyum tercihen mor ışığı iletir ve kısmen emer, diğer renkler (düşük frekansa sahip) yansıtılır; bu nedenle sarımsı görünür.
Kimyasal özellikler
Sezyum metali oldukça reaktif ve çok piroforiktir . Bu kendiliğinden havada tutuşturan ve düşük sıcaklıklarda bile, daha çok diğer alkali metallerin (su ile patlayıcı reaksiyona giren ilk grup ve periyodik tablonun ). −116 °C (−177 °F) kadar düşük sıcaklıklarda buzla reaksiyona girer. Bu yüksek reaktiviteden dolayı sezyum metali tehlikeli madde olarak sınıflandırılır . Mineral yağ gibi kuru, doymuş hidrokarbonlarda depolanır ve nakledilir . Sadece argon gibi inert gazlar altında işlenebilir . Bununla birlikte, sezyum-su patlaması, benzer miktarda sodyum içeren bir sodyum -su patlamasından genellikle daha az güçlüdür . Bunun nedeni, sezyumun su ile temas ettiğinde anında patlaması ve hidrojenin birikmesi için çok az zaman kalmasıdır. Sezyum, vakumla kapatılmış borosilikat cam ampullerde saklanabilir . Yaklaşık 100 gramdan (3.5 oz) fazla miktarlarda sezyum, hava geçirmez şekilde kapatılmış paslanmaz çelik kaplarda nakledilir.
Sezyum kimyası, diğer alkali metallerin, özellikle de periyodik tablodaki sezyumun üzerindeki element olan rubidyumun kimyasına benzer . Bir alkali metal için beklendiği gibi, tek yaygın oksidasyon durumu +1'dir. Daha yüksek bir atom kütlesine sahip olması ve diğer (radyoaktif olmayan) alkali metallerden daha elektropozitif olması bazı küçük farklılıklardan kaynaklanmaktadır . Sezyum en elektropozitif kimyasal elementtir. Sezyum iyonu ayrıca daha hafif alkali metallerden daha büyük ve daha az "serttir" .
Bileşikler
Sezyum bileşiklerinin çoğu, elementi Cs katyonu olarak içerir.+
, Burada iyonik bağlar bir çok çeşitli anyon . Kayda değer bir istisna, sezid anyonudur ( Cs-
) ve diğerleri birkaç alt oksittir (aşağıdaki oksitler bölümüne bakın).
Cs + tuzları , anyonun kendisi renkli olmadığı sürece genellikle renksizdir. Basit tuzların çoğu higroskopiktir , ancak daha hafif alkali metallerin karşılık gelen tuzlarından daha azdır. Fosfat , asetat , karbonat , halojenürler , oksit , nitrat ve sülfat tuzlan suda çözünebilir. Çift tuzlar genellikle daha az çözünürdür ve sezyum alüminyum sülfatın düşük çözünürlüğünden Cs'nin cevherlerden rafine edilmesinde yararlanılır. Antimonlu çift tuz ( CsSbCl gibi
4), bizmut , kadmiyum , bakır , demir ve kurşun da az çözünür .
Sezyum hidroksit (CsOH) higroskopiktir ve kuvvetli baziktir . Silisyum gibi yarı iletkenlerin yüzeyini hızla aşındırır . CsOH daha önce kimyagerler tarafından büyük Cs + iyonu ile OH − arasındaki nispeten zayıf çekimi yansıtan "en güçlü baz" olarak kabul edilmişti ; gerçekten de en güçlü Arrhenius üssüdür ; bununla birlikte, n -bütillityum , sodyum amid , sodyum hidrit , sezyum hidrit vb. gibi suyla şiddetli reaksiyona girerek suda çözülemeyen, bunun yerine sadece bazı susuz polar aprotik çözücülerde kullanılan bazı bileşikler çok daha baziktir. temelinde Bronsted-Lowry asit-baz teorisi .
Bir stokiyometrik sezyum ve karışımı altın sarı oluşturmak için tepkimeye gireceği sezyum auride (Cs + , Au - ısıtma üzerine). Aurid anyonu burada bir psödohalojen gibi davranır . Bileşik su ile şiddetli reaksiyona girerek sezyum hidroksit , metalik altın ve hidrojen gazı verir; sıvı amonyak içinde, tetrametilamonyum aurid üretmek için sezyuma özgü iyon değişim reçinesi ile reaksiyona sokulabilir. Benzer platin bileşiği, kırmızı sezyum platinit (Cs 2 Pt), sahte kalkojen gibi davranan platinid iyonunu içerir .
kompleksler
Tüm metal katyonları gibi, Cs + da çözeltide Lewis bazları ile kompleksler oluşturur . Büyük boyutu nedeniyle, Cs + genellikle daha küçük alkali metal katyonları için tipik sayı olan 6'dan büyük koordinasyon sayılarını benimser . Bu fark, CsCl'nin 8-koordinasyonunda belirgindir. Bu yüksek koordinasyon sayısı ve yumuşaklık (kovalent bağ oluşturma eğilimi), nükleer atıkların iyileştirilmesinde Cs + 'nın diğer katyonlardan ayrılmasında kullanılan özelliklerdir , burada 137 Cs + 'nın büyük miktarlarda radyoaktif olmayan K +' dan ayrılması gerekir .
Halideler
Sezyum florür (CsF), organoflor kimyasında florür anyonları kaynağı olarak yaygın olarak kullanılan higroskopik beyaz bir katıdır . Sezyum florit halit yapıya sahip olan araçlarının Cs + ve F - a paketi kübik yakın paketlenmiş Na gibi bir dizi + ve Cl - içinde sodyum klorür . Bilinen tüm elementler arasında sezyum ve florin sırasıyla en düşük ve en yüksek elektronegatifliğe sahiptir.
Sezyum klorür (CsCl), basit kübik kristal sisteminde kristalleşir . "Sezyum klorür yapısı" olarak da adlandırılan bu yapısal motif , her biri sekiz katlı koordinasyona sahip iki atomlu bir ilkel kübik kafesten oluşur ; klorür atomları küpün kenarlarındaki kafes noktalarında bulunurken sezyum atomları küplerin merkezindeki deliklerde bulunur. Bu yapı, CsBr ve CsI ve Cs içermeyen diğer birçok bileşik ile ortaktır . Buna karşılık, diğer alkali halojenürlerin çoğu sodyum klorür (NaCl) yapısına sahiptir. Cs için CsCI yapısı tercih edilmektedir + türünde bir iyonlu yarıçapa 174 pm ve Cl-
181 öğleden sonra.
oksitler
Sezyum, diğer alkali metallerden daha fazla, oksijen ile çok sayıda ikili bileşik oluşturur . Sezyum havada yandığında , süperoksit CsO
2ana üründür. "Normal" sezyum oksit ( Cs
2O ) sarı-turuncu altıgen kristaller oluşturur ve anti- CdCl'nin tek oksitidir.
2tip. 250 °C'de (482 °F) buharlaşır ve sezyum metaline ve peroksit Cs'ye ayrışır.
2Ö
2400 °C'nin (752 °F) üzerindeki sıcaklıklarda. Süperoksit ve ozonid CsO'ya ek olarak
3, birkaç parlak renkli alt oksit de incelenmiştir. Bunlar, C'leri içerir.
7O , C'ler
4O , C'ler
11Ö
3, C'ler
3O (koyu yeşil), CsO, Cs
3Ö
2, ayrıca Cs
7Ö
2. İkincisi, Cs üretmek için bir vakumda ısıtılabilir.
2Ç . Kükürt , selenyum ve tellür içeren ikili bileşikler de mevcuttur.
izotoplar
Sezyum, kütle numarası (yani çekirdekteki nükleon sayısı ) 112 ila 151 arasında değişen 39 bilinen izotopa sahiptir . Bunların birçoğu, eski yıldızların içindeki yavaş nötron yakalama işlemi ( S-işlemi ) ve R tarafından daha hafif elementlerden sentezlenir. -süreç içinde süpernova patlamaları. Tek kararlı sezyum izotopu, 78 nötron ile 133 Cs'dir . Büyük bir nükleer dönüşe sahip olmasına rağmen (7/2+), nükleer manyetik rezonans çalışmaları bu izotopu 11.7 MHz rezonans frekansında kullanabilir .
Radyoaktif 135 Cs , sezyumun tüm radyoaktif izotoplarının en uzunu olan yaklaşık 2.3 milyon yıllık çok uzun bir yarı ömre sahiptir. 137 Cs ve 134 Cs sırasıyla 30 ve iki yıllık yarı ömre sahiptir. 137 Cs kısa ömürlü için ayrışır 137 milyon Ba tarafından beta çözünmesi ise, radyoaktif olmayan baryum, sonra ve 134 içine Cs dönüşümleri 134 Ba doğrudan. Kütle numarası 129, 131, 132 ve 136 olan izotoplar bir gün ile iki hafta arasında yarı ömre sahipken, diğer izotopların çoğu birkaç saniyeden saniyenin kesirlerine kadar yarı ömre sahiptir. En az 21 yarı kararlı nükleer izomer mevcuttur. Dışında 134m (hemen altında 3 saatlik bir yarılanma ömrü ile) Cs, bütün birkaç dakika veya daha kısa yarı ömürleri çok kararsız ve çürüme vardır.
135 Cs izotopu , nükleer reaktörlerde üretilen uranyumun uzun ömürlü fisyon ürünlerinden biridir . Bununla birlikte, bu fisyon ürünü verimi çoğu reaktörde azalır, çünkü selefi 135 Xe güçlü bir nötron zehiridir ve 135 Cs'ye bozulmadan önce sıklıkla kararlı 136 Xe'ye dönüşür .
Beta bozunumu gelen 137 kadar Cs 137 milyon Ba güçlü bir emisyon olduğunu gama radyasyonu . 137 Cs ve 90 Sr , nükleer fisyonun başlıca orta ömürlü ürünleridir ve birkaç yüz yıl süren birkaç yıllık soğutmadan sonra kullanılmış nükleer yakıttan gelen başlıca radyoaktivite kaynaklarıdır . Bu iki izotop, Çernobil felaketi bölgesindeki kalıntı radyoaktivitenin en büyük kaynağıdır . Düşük yakalama oranı nedeniyle, 137 C'nin nötron yakalama yoluyla atılması mümkün değildir ve mevcut tek çözüm, zamanla bozulmasına izin vermektir.
Nükleer fisyondan üretilen hemen hemen tüm sezyum , çeşitli iyot ve ksenon izotoplarından geçen, başlangıçta daha nötron açısından zengin fisyon ürünlerinin beta bozunmasından gelir . İyot ve ksenon uçucu olduğundan ve nükleer yakıt veya hava yoluyla yayılabileceğinden, radyoaktif sezyum genellikle orijinal fisyon bölgesinden uzakta oluşturulur. İle nükleer silah test 1980'ler boyunca 1950'lerde, 137 Cs salındı atmosferi ve bir bileşeni olarak yeryüzünün Yüzeye geri döndü radyoaktif serpinti . O zamanlardan toprak ve tortu hareketinin hazır bir göstergesidir.
oluşum
Sezyum ortalama 3 olduğu tahmin nispeten nadir element olan Milyonda kısım halinde yerkabuğunun . Metaller arasında en bol bulunan 45. ve 36. elementtir. Bununla birlikte, antimon , kadmiyum , kalay ve tungsten gibi elementlerden daha bol ve cıva ve gümüşten iki kat daha fazla miktarda bulunur ; kimyasal olarak yakından ilişkili olduğu rubidyum kadar bol miktarda % 3,3'tür .
Büyük iyon yarıçapı nedeniyle sezyum " uyumsuz elementlerden " biridir. Magma kristalizasyonu sırasında sezyum sıvı fazda yoğunlaşır ve en son kristalleşir. Bu nedenle, sezyumun en büyük yatakları, bu zenginleştirme işlemiyle oluşan zon pegmatit cevher kütleleridir. Sezyum, potasyumun yerine rubidyum kadar kolay bir şekilde ikame edilmediğinden , alkali evaporit mineralleri sylvite (KCl) ve carnallite ( KMgCl)
3·6H
2O ) sadece %0,002 sezyum içerebilir. Sonuç olarak, sezyum birkaç mineralde bulunur. Sezyum yüzdesi miktarları bulunabilir beryl ( Be
3Al
2(SiO
3)
6) ve avogadrit ( (K,Cs)BF
4), yakından ilişkili mineral pezottaitte ( Cs(Be ) ağırlıkça %15'e kadar Cs 2 O
2Li)Al
2Si
6Ö
18), nadir mineral londonit ( (Cs,K) Al'de ağırlıkça %8.4'e kadar Cs 2 O
4olmak
4(B, Ol)
12Ö
28) ve daha yaygın olan rodizitlerde daha azdır . Sezyum için ekonomik olarak önemli olan tek cevher, kirletici Cs(AlSi)'dir.
2Ö
6) , ticari olarak daha önemli lityum mineralleri, lepidolit ve petalit ile ilişkili zonlu pegmatitlerde dünyanın birkaç yerinde bulunur . Pegmatitler içinde, büyük tane boyutu ve minerallerin güçlü bir şekilde ayrılması, madencilik için yüksek dereceli cevher ile sonuçlanır.
Sezyum dünyanın en önemli ve en zengin bilinen kaynağıdır Tanco Mine de Bernic Gölü içinde Manitoba 350,000 içerdiği tahmin, Kanada, metrik ton dünyanın rezerv tabanının daha üçte ikisinden temsil polüsit cevher. Polüsit içindeki sezyumun stokiyometrik içeriği %42.6 olmasına rağmen, bu tortudaki saf pollusit numuneleri sadece yaklaşık %34 sezyum içerirken, ortalama içerik ağırlıkça %24'tür. Ticari kirletici %19'dan fazla sezyum içerir. Bikita içinde pegmatit mevduat Zimbabwe onun petalit için mayınlı, ama aynı zamanda polüsit önemli miktarda içerir. Polüsit diğer bir önemli kaynağı olduğunu Karibib Çölü , Namibya . Yılda 5 ila 10 metrik tonluk dünya maden üretiminin mevcut hızında, rezervler binlerce yıl sürecek.
Üretme
Polüsit cevherinin madencilik ve rafine edilmesi seçici bir süreçtir ve diğer metallerin çoğundan daha küçük ölçekte gerçekleştirilir. Cevher ezilir, elle tasnif edilir, ancak genellikle konsantre edilmez ve ardından öğütülür. Sezyum daha sonra, esas olarak üç yöntemle pollusitten ekstrakte edilir: asitle sindirme, alkalin ayrıştırma ve doğrudan indirgeme.
Asit sindiriminde, silikat kirletici kaya hidroklorik (HCl), sülfürik ( H ) gibi güçlü asitlerle çözülür.
2BU YÜZDEN
4), hidrobromik (HBr) veya hidroflorik (HF) asitler. Hidroklorik asit ile, çözünür klorürlerin bir karışımı üretilir ve sezyumun çözünmeyen klorür çift tuzları, sezyum antimon klorür ( Cs) olarak çökeltilir.
4SbCl
7), sezyum iyot klorür ( Cs
2ICl ) veya sezyum heksakloroserat ( Cs
2(CeCl
6) ). Ayrıldıktan sonra, saf çökeltilmiş çift tuz ayrıştırılır ve su buharlaştırılarak saf CsCl çökeltilir.
Sülfürik asit yöntemi, çözünmeyen çift tuzu doğrudan sezyum şap ( CsAl(SO) olarak verir.
4)
2·12H
2O ). Alüminyum sülfat bileşeni çözünmeyen dönüştürülür alüminyum oksit ile alum pişirilmesi ile karbon , ve elde edilen ürün olan süzülen bir elde etmek için su ile Cs
2BU YÜZDEN
4 çözüm.
Kalsiyum karbonat ve kalsiyum klorür ile kavurma pollisit, çözünmeyen kalsiyum silikatlar ve çözünür sezyum klorür verir. Su veya seyreltik amonyak ile liç ( NH
4OH ) seyreltik bir klorür (CsCl) çözeltisi verir. Bu çözelti, sezyum klorür üretmek için buharlaştırılabilir veya sezyum alum veya sezyum karbonata dönüştürülebilir. Ticari olarak uygun olmasa da, cevher doğrudan potasyum, sodyum veya kalsiyum ile vakumda indirgenebilir, doğrudan sezyum metali üretebilir.
Çıkarılan sezyumun çoğu (tuz olarak), petrol sondajı gibi uygulamalar için doğrudan sezyum formatına (HCOO - Cs + ) dönüştürülür . Cabot Corporation , gelişen pazara tedarik sağlamak için 1997 yılında Manitoba'daki Bernic Gölü yakınlarındaki Tanco madeninde, yılda 12.000 varil (1.900 m 3 ) sezyum format çözeltisi kapasiteli bir üretim tesisi kurdu . Sezyumun birincil küçük ölçekli ticari bileşikleri, sezyum klorür ve nitrattır .
Alternatif olarak, cevherden türetilen saflaştırılmış bileşiklerden sezyum metali elde edilebilir. Sezyum klorür ve diğer sezyum halojenürler 700 ila 800 °C'de (1.292 ila 1.472 °F) kalsiyum veya baryum ile indirgenebilir ve sonuçtan sezyum metali damıtılabilir. Aynı şekilde, alüminat, karbonat veya hidroksit magnezyum ile indirgenebilir .
Metal ayrıca kaynaşmış sezyum siyanürün (CsCN) elektrolizi ile izole edilebilir . Son derece saf ve gazsız sezyum, sezyum azid CsN'nin 390 °C (734 °F) termal ayrışmasıyla üretilebilir
3sulu sezyum sülfat ve baryum azidden üretilebilen . Vakum uygulamalarında, sezyum dikromat , diğer gazlı ürünler olmaksızın saf sezyum metali üretmek için zirkonyum ile reaksiyona sokulabilir .
-
C'ler
2cr
2Ö
7+ 2 Zr → 2 Cs + 2 ZrO
2+ Kr
2Ö
3
2009'da %99.8 saf sezyumun (metal bazlı) fiyatı gram başına yaklaşık 10$'dı (280$/ons), ancak bileşikler önemli ölçüde daha ucuz.
Tarih
1860 yılında, Robert Bunsen ve Gustav Kirchhoff içinde sezyum keşfetti maden suyu gelen Dürkheim , Almanya. Emisyon spektrumundaki parlak mavi çizgiler nedeniyle , adını Latince gök mavisi anlamına gelen caesius kelimesinden türetmişlerdir . Bunsen ve Kirchhoff tarafından sadece bir yıl önce icat edilmiş olan sezyum, bir spektroskopla keşfedilen ilk elementti .
Saf bir sezyum numunesi elde etmek için 44.000 litre (9.700 imp gal; 12.000 US gal) maden suyunun buharlaştırılarak 240 kilogram (530 lb) konsantre tuz çözeltisi elde edilmesi gerekiyordu. Alkalin toprak metalleri sülfatlar ya kendileri ya da çökeltildi oksalatlar çözelti içinde alkali metal bırakarak. Nitratlara dönüştürüldükten ve etanol ile ekstraksiyondan sonra sodyumsuz bir karışım elde edildi. Bu karışımdan lityum, amonyum karbonat ile çöktürüldü . Potasyum, rubidyum ve sezyum formu çözünmeyen tuzlar kloroplatinik asit , ancak bu tuzlar, sıcak suda çözünürlüğün küçük bir fark ve daha az çözünür sezyum ve rubidyum heksa kloro platinat ((Cs, Rb) göstermektedir 2 PTCL 6 ) elde edildi fraksiyonel kristalizasyon . Hekzakloroplatinatın hidrojen ile indirgenmesinden sonra sezyum ve rubidyum karbonatlarının alkoldeki çözünürlüklerindeki farkla ayrıldı. İşlem , başlangıçtaki 44.000 litre maden suyundan 9.2 gram (0.32 oz) rubidyum klorür ve 7.3 gram (0.26 oz) sezyum klorür verdi.
Sezyum klorürden, iki bilim adamı yeni elementin atom ağırlığını 123.35 olarak tahmin ettiler (şu anda kabul edilen 132,9'a kıyasla). Erimiş sezyum klorürün elektrolizi ile elementel sezyum üretmeye çalıştılar, ancak bir metal yerine "ne çıplak gözle ne de mikroskop altında en ufak bir metalik madde izi göstermeyen" mavi homojen bir madde elde ettiler; sonuç olarak, onu bir subklorür olarak atadılar ( Cs
2Cl ). Gerçekte, ürün muhtemelen metal ve sezyum klorürün kolloidal bir karışımıydı. Sulu klorür çözeltisinin bir cıva katot ile elektrolizi, sulu koşullar altında kolayca ayrışan bir sezyum amalgamı üretti. Saf metal sonunda Alman kimyager Carl Setterberg tarafından Kekulé ve Bunsen ile doktorası üzerinde çalışırken izole edildi . 1882'de, klorürle ilgili sorunlardan kaçınarak, sezyum siyanürü elektrolize ederek sezyum metali üretti .
Tarihsel olarak, sezyumun en önemli kullanımı, öncelikle kimyasal ve elektrik alanlarında araştırma ve geliştirme olmuştur. 1920'lere kadar sezyum için çok az uygulama vardı , iki işlevi olduğu radyo vakum tüplerinde kullanılmaya başlandı ; getter olarak imalattan sonra fazla oksijeni uzaklaştırdı ve ısıtılan katot üzerine bir kaplama olarak elektrik iletkenliğini arttırdı . Sezyum, 1950'lere kadar yüksek performanslı bir endüstriyel metal olarak kabul edilmedi. Radyoaktif olmayan sezyum uygulamaları arasında fotoelektrik hücreler , fotoçoğaltıcı tüpler, kızılötesi spektrofotometrelerin optik bileşenleri, çeşitli organik reaksiyonlar için katalizörler, sintilasyon sayaçları için kristaller ve manyetohidrodinamik güç jeneratörleri bulunur . Sezyum ayrıca ikincil iyon kütle spektrometrisinde (SIMS) bir pozitif iyon kaynağı olarak kullanılır .
1967'den beri Uluslararası Ölçümler Sistemi , birincil zaman birimi olan ikincisini sezyumun özelliklerine dayandırmıştır. Uluslararası Birim Sistemi (SI) olarak 9192631770 döngü süresi gibi ikinci tanımlayan mikrodalga frekansı arasında spektral hat iki arasındaki geçişe karşılık gelen aşırı ince enerji seviyelerinin bir taban durumuna ait sezyum-133 . 1967'deki 13. Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı, bir saniyeyi şöyle tanımladı: "dış alanlar tarafından bozulmadan temel hallerinde sezyum-133 atomlarının aşırı ince geçişi tarafından emilen veya yayılan mikrodalga ışığının 9.192.631.770 döngüsü süresi".
Uygulamalar
Petrol arama
Radyoaktif olmayan sezyumun günümüzdeki en büyük kullanımı , çıkarma petrol endüstrisi için sezyum formatlı sondaj sıvılarındadır . Sezyum hidroksitin formik asit ile reaksiyona sokulmasıyla yapılan sezyum formatın (HCOO - Cs + ) sulu çözeltileri 1990'ların ortalarında petrol kuyusu sondaj ve tamamlama sıvıları olarak kullanılmak üzere geliştirildi . Sondaj sıvısının işlevi, matkap uçlarını yağlamak, kaya parçalarını yüzeye çıkarmak ve kuyunun delinmesi sırasında oluşum üzerindeki basıncı korumaktır. Tamamlama sıvıları, sondajdan sonra ancak üretimden önce basıncı koruyarak kontrol donanımının yerleştirilmesine yardımcı olur.
(2.3 g / cc kadar sezyum format tuzlu yüksek yoğunluklu 3 en sezyum bileşiklerin nispeten iyi huylu doğası ile, ya da galon başına 19.2 pound), delme sıvı-toksik yüksek yoğunluklu askıda katı madde ihtiyacını da azaltır önemli bir teknolojik, mühendislik ve çevresel avantaj. Diğer birçok ağır sıvının bileşenlerinden farklı olarak, sezyum format nispeten çevre dostudur. Sezyum format tuzlu su (1.0 g / cm 'su edilene sıvıların yoğunluğu azaltmak için, potasyum ve sodyum formatlar harmanlanabilir 3 galon başına ya da 8.3 pound). Ayrıca, biyolojik olarak parçalanabilir ve geri dönüştürülebilir, bu da yüksek maliyeti göz önüne alındığında önemlidir ( 2001'de varil başına yaklaşık 4.000 $ ). Alkali formatların işlenmesi güvenlidir ve aşındırıcı alternatif, yüksek yoğunluklu tuzlu sular (örneğin çinko bromür ZnBr gibi) olarak üretim oluşumuna veya kuyu içi metallere zarar vermez.
2çözümler) bazen yapar; ayrıca daha az temizlik gerektirirler ve elden çıkarma maliyetlerini düşürürler.
atom saatleri
Sezyum tabanlı atomik saatler kullanabilir elektromanyetik geçişler de aşırı ince yapısı bir referans noktası olarak Cs-133 atomlarının. İlk doğru sezyum saati, 1955 yılında İngiltere'deki Ulusal Fizik Laboratuvarı'nda Louis Essen tarafından yapılmıştır . Sezyum saatler son yarım yüzyılda gelişti ve "insanlığın henüz başardığı bir birimin en doğru şekilde gerçekleştirilmesi" olarak kabul ediliyor. Bu saatler, 10 2 ila 3 kısım arasında bir hata ile frekansını ölçmek 14 2 doğrulukla gelen, nanosaniye günde, ya da 1,4 milyon yıl içinde bir saniye. En son sürümler, 10 15'te 1 kısımdan , 20 milyon yılda yaklaşık 1 saniyeden daha doğrudur . Sezyum standart standartlarına uyumlu zaman ve frekans ölçümleri için birincil standarttır. Sezyum saatleri, cep telefonu ağlarının ve İnternet'in zamanlamasını düzenler.
SI Birimleri
İkinci sembol s, zamanın SI birimidir. Sezyum frekansı Δ ν Cs'nin sabit sayısal değeri , sezyum-133 atomunun bozulmamış temel-durum aşırı ince geçiş frekansı olarak alınarak tanımlanır.9 192 631 770 s -1'e eşit olan Hz birimiyle ifade edildiğinde .
Elektrik güç ve elektronik
Sezyum buharlı termiyonik jeneratörler , ısı enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren düşük güçlü cihazlardır. İki elektrotlu vakum tüplü dönüştürücüde sezyum, katodun yakınındaki uzay yükünü nötralize eder ve akım akışını iyileştirir.
Sezyum, ışığı elektron akışına dönüştüren foto-yayıcı özellikleri için de önemlidir . Fotoelektrik hücrelerde kullanılır, çünkü intermetalik bileşik K gibi sezyum bazlı katotlar
2CsSb , elektron emisyonu için düşük bir eşik voltajına sahiptir . Sezyum kullanan ışık yayan cihazlar arasında optik karakter tanıma cihazları, fotoçoğaltıcı tüpler ve video kamera tüpleri bulunur . Bununla birlikte, ışığa duyarlı malzemelerde germanyum , rubidyum, selenyum, silikon, tellür ve diğer bazı elementler sezyumun yerini alabilir.
Sezyum iyodür (CsI), bromür (CSBR) ve sezyum florid (CsF) kristalleri için kullanılır sintilatörlerin olarak sintilasyon sayacı yaygın maden araştırma ve parçacık fizikte kullanılan tespit etmek için araştırma gama ve X-ışını radyasyonu. Ağır bir element olan sezyum, daha iyi tespit ile iyi durdurma gücü sağlar. Sezyum bileşikleri daha hızlı tepki (CsF) sağlayabilir ve daha az higroskopik (CsI) olabilir.
Sezyum buharı birçok yaygın manyetometrede kullanılır .
Elemanı olarak kullanılan dahili bir standart olarak spektrofotometri . Diğer alkali metaller gibi , sezyum da oksijene karşı büyük bir afiniteye sahiptir ve vakum tüplerinde " alıcı " olarak kullanılır . Metalin diğer kullanımları arasında yüksek enerjili lazerler , buhar kızdırma lambaları ve buhar doğrultucular bulunur .
Santrifüj sıvıları
Sezyum iyonunun yüksek yoğunluğu, sezyum klorür, sezyum sülfat ve sezyum trifloroasetat çözeltileri yapar ( Cs(O)
2CCF
3) yoğunluk gradyanlı ultrasantrifüjleme için moleküler biyolojide faydalıdır . Bu teknoloji öncelikle biyolojik numunelerden viral partiküllerin , hücre altı organellerinin ve fraksiyonlarının ve nükleik asitlerin izolasyonunda kullanılır .
Kimyasal ve tıbbi kullanım
Göreceli olarak az sayıda kimyasal uygulama sezyum kullanır. Sezyum bileşikleri ile doping, akrilik asit , antrakinon , etilen oksit , metanol , ftalik anhidrit , stiren , metil metakrilat monomerleri ve çeşitli olefinler gibi kimyasal sentez için çeşitli metal iyon katalizörlerinin etkinliğini arttırır . Aynı zamanda, katalitik dönüştürmede kullanılan sülfür dioksit içine kükürt trioksit üretiminde sülfürik asit .
Sezyum florür , organik kimyada bir baz olarak ve susuz bir florür iyonu kaynağı olarak niş bir kullanıma sahiptir . Sezyum tuzları bazen siklizasyon , esterifikasyon ve polimerizasyon gibi organik sentezde potasyum veya sodyum tuzlarının yerini alır . Sezyum ayrıca termolüminesan radyasyon dozimetrisinde (TLD) de kullanılmıştır : Radyasyona maruz kaldığında, ısıtıldığında alınan dozla orantılı ışık emisyonu ile geri dönen kristal kusurları elde eder. Bu nedenle, ışık darbesinin bir fotoçoğaltıcı tüp ile ölçülmesi, birikmiş radyasyon dozunun nicel olarak belirlenmesine izin verebilir.
Nükleer ve izotop uygulamaları
Sezyum-137 , endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak gama yayıcı olarak kullanılan bir radyoizotoptur . Avantajları arasında yaklaşık 30 yıllık bir yarı ömür, nükleer yakıt döngüsünden elde edilebilirliği ve kararlı bir son ürün olarak 137 Ba'ya sahip olması sayılabilir . Yüksek suda çözünürlüğü, onu gıda ve tıbbi malzeme için büyük havuzlu ışınlayıcılarla uyumsuz kılan bir dezavantajdır. Tarımda, kanser tedavisinde ve gıda, kanalizasyon çamuru ve cerrahi ekipmanların sterilizasyonunda kullanılmıştır . Radyoaktif sezyum izotopları olarak radyasyon yayan cihazların bazı kanser türlerinin tedavisinde tıp alanında kullanılan, ancak daha iyi alternatifler ortaya çıkışı ve geniş kapsamlı bir kirlenme oluşturabilir kaynaklarda suda çözünür sezyum klorür kullanılması, yavaş yavaş bazı koymak bu sezyum kaynakları kullanım dışı. Sezyum-137, nem, yoğunluk, tesviye ve kalınlık göstergeleri dahil olmak üzere çeşitli endüstriyel ölçüm göstergelerinde kullanılmıştır. Ayrıca, oluşumların yığın yoğunluğuna benzer olan, kaya oluşumlarının elektron yoğunluğunu ölçmek için kuyu günlüğü cihazlarında da kullanılmıştır .
Sezyum-137, trityumlu olanlara benzer hidrolojik çalışmalarda kullanılmıştır . 1950'lerden 1980'lerin ortalarına kadar fisyon bombası testinin bir yan ürünü olarak, sezyum-137 atmosfere salındı ve burada çözeltiye kolayca emildi. Bu süre içinde bilinen yıldan yıla varyasyon, toprak ve tortu tabakaları ile korelasyona izin verir. Sezyum-134 ve daha az ölçüde sezyum-135, nükleer enerji endüstrisi tarafından sezyum çıktısını ölçmek için hidrolojide de kullanılmıştır. Sezyum-133 veya sezyum-137'den daha az yaygın olsalar da, bu önemli izotoplar yalnızca antropojenik kaynaklardan üretilir.
Diğer kullanımlar
Sezyum ve cıva , çok uzun gezegenler arası veya gezegen dışı görevlerde uzay aracı tahriki için tasarlanmış erken iyon motorlarında itici gaz olarak kullanıldı . Yakıt, yüklü bir tungsten elektrotla temas ettirilerek iyonize edildi . Ancak uzay aracı bileşenlerinde sezyumun neden olduğu korozyon, gelişimi , yer tabanlı testlerde kullanımı daha kolay olan ve uzay aracına daha az potansiyel hasar veren ksenon gibi inert gaz iticileri yönünde itti . Xenon, 1998'de fırlatılan deneysel uzay aracı Deep Space 1'de kullanıldı. Bununla birlikte, sezyum gibi sıvı metal iyonlarını hızlandıran alan emisyonlu elektrikli itici iticiler inşa edildi.
Sezyum nitrat bir şekilde kullanılan oksitleyici ve piroteknik renklendirici yakmak için silikon içinde kızılötesi flare bu kendi ışığın çoğunu yaydığı için, örneğin Luu-19 parlama olarak, kızıl ötesine yakın spektrum. Sezyum bileşikler azaltmak için yakıt katkı maddesi olarak kullanılmış olabilir radar imza arasında egzoz tüyleri içinde Lockheed A-12 CIA keşif uçağı. Sezyum ve rubidyum, elektrik iletkenliğini azalttığı ve fiber optik ve gece görüş cihazlarının stabilitesini ve dayanıklılığını artırdığı için cama karbonat olarak eklenmiştir . Magnezyum içeren alüminyum alaşımlarını sert lehimlemek için formüle edilmiş eritkenlerde sezyum florür veya sezyum alüminyum florür kullanılır .
Manyetohidrodinamik (MHD) güç üreten sistemler araştırıldı, ancak yaygın olarak kabul görmedi. Sezyum metali ayrıca yüksek sıcaklıklı Rankine çevrimli turbo elektrik jeneratörlerinde çalışma sıvısı olarak kabul edilmiştir .
Sezyum tuzları, arsenikli ilaçların uygulanmasının ardından şok önleyici reaktifler olarak değerlendirilmiştir . Bununla birlikte, kalp ritimleri üzerindeki etkileri nedeniyle potasyum veya rubidyum tuzlarından daha az kullanılmaları olasıdır. Ayrıca epilepsi tedavisinde de kullanılmıştır .
Sezyum-133 lazerle soğutulabilir ve kuantum fiziğindeki temel ve teknolojik sorunları araştırmak için kullanılabilir . Ayarlanabilir etkileşimler gerektiren ultra soğuk atomların çalışmalarını sağlamak için özellikle uygun bir Feshbach spektrumuna sahiptir .
Sağlık ve güvenlik tehlikeleri
Tehlikeler | |
---|---|
GHS piktogramları | |
GHS Sinyal kelimesi | Tehlike |
H260 , H314 | |
P223 , P231 + 232 , P280 , + 338 P305 + 351 , P370 + 378 , P422 | |
NFPA 704 (ateş elmas) |
Radyoaktif olmayan sezyum bileşikleri sadece hafif derecede toksiktir ve radyoaktif olmayan sezyum önemli bir çevresel tehlike değildir. Biyokimyasal süreçler sezyumu potasyumla karıştırıp ikame edebileceğinden , fazla sezyum hipokalemiye , aritmiye ve akut kalp durmasına yol açabilir , ancak bu miktarlara doğal kaynaklarda normalde rastlanmaz.
Ortalama letal dozun (LD 50 için) sezyum klorür farelerde LD karşılaştırılabilir kilogram başına 2.3 g olup, 50 değerleri , potasyum klorür ve sodyum klorür . Radyoaktif olmayan sezyumun başlıca kullanımı, petrol sondaj sıvılarında sezyum formattır çünkü daha maliyetli olmasına rağmen alternatiflerinden çok daha az toksiktir.
Sezyum metali en reaktif elementlerden biridir ve su varlığında oldukça patlayıcıdır . Reaksiyonla üretilen hidrojen gazı aynı anda açığa çıkan termal enerji ile ısıtılarak tutuşmaya ve şiddetli bir patlamaya neden olur. Bu, diğer alkali metallerde olabilir, ancak sezyum o kadar güçlüdür ki, bu patlayıcı reaksiyon soğuk su ile bile tetiklenebilir.
Oldukça piroforiktir : sezyumun kendiliğinden tutuşma sıcaklığı −116 °C'dir (−177 °F) ve sezyum hidroksit ve çeşitli oksitler oluşturmak için havada patlayarak tutuşur . Sezyum hidroksit çok güçlü bir bazdır ve camı hızla aşındırır.
İzotoplar 134 ve 137 mevcut biyosfer yere göre farklılık gösteren, insan faaliyetlerinden kaynaklanan az miktarda alınmalıdırlar. Radyosezyum vücutta diğer fisyon ürünleri (radyoiyodin ve radyostronsiyum gibi) kadar kolay bir şekilde birikmez. Emilen radyosezyumun yaklaşık %10'u ter ve idrarla vücuttan nispeten hızlı bir şekilde yıkanır. Geri kalan %90'nın biyolojik yarılanma ömrü 50 ila 150 gün arasındadır. Radyosezyum potasyumu takip eder ve meyve ve sebzeler de dahil olmak üzere bitki dokularında birikme eğilimindedir. Bitkiler sezyum emiliminde büyük farklılıklar gösterir ve bazen buna karşı büyük direnç gösterir. Ayrıca kirlenmiş ormanlardan elde mantar mantar içinde radiocaesium (sezyum-137) birikir o iyi belgelenmiştir sporocarps . Göllerde sezyum-137 birikimi Çernobil felaketinden sonra büyük bir endişe kaynağı olmuştur . Köpeklerle yapılan deneyler, kilogram başına 3,8 milikürilik (140 MBq , 4,1 μg sezyum-137) tek bir dozun üç hafta içinde öldürücü olduğunu göstermiştir; daha küçük miktarlar kısırlığa ve kansere neden olabilir. Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu ve diğer kaynakları, sezyum-137 gibi radyoaktif maddeler, radyolojik dağılım cihazlar veya "kullanılabilecek uyardılar kirli bomba ".
Ayrıca bakınız
- Goiânia kazası , 1987'de Sezyum-137'yi içeren büyük bir radyoaktif kontaminasyon olayı.
- Kramatorsk radyolojik kazası , 1980 ve 1989 arasında başka bir 137 Cs olayı.
- Acerinox kazası , 1998'de bir Sezyum-137 kontaminasyon kazası.
Notlar
Referanslar
Dış bağlantılar
- Sezyum veya Sezyum de video Periyodik Tablo (Nottingham Üniversitesi)
- The Royal Institution'ın izniyle Sezyum'un (periyodik tablodaki en reaktif metal) Flor (en reaktif metal olmayan) ile reaksiyonunu görüntüleyin .
- Rogachev, Andrey Yu.; Miao, Mao-Sheng; Merinos, Gabriel; Hoffmann, Roald (2015). "Moleküler CsF5 ve CsF2+". Angewandte Chemie . 127 (28): 8393-8396. Bibcode : 2015AngCh.127.8393R . doi : 10.1002/ange.201500402 .