Cesium

24 mei 202130 mei 2021 Chemiepedia

Inhoudsopgave

Cesium is een zeldzaam, zilverwit, glanzend metaal dat mooi blauwe spectraallijnen heeft. De naam van het element van van “caesius” een Latijns woord voor “hemelsblauw”. Het is het zachtste metaal dat bij kamertemperatuur als was aanvoelt. Het zou in je handen smelten als het niet door het vocht zou exploderen.

Cesium is een natuurlijk voorkomend element maar het komt maar zelden in zuivere vorm voor. Het is erg reactief en vormt heel gemakkelijk verbindingen. Cesium heeft een dichtheid van bijna tweemaal die van water en het is een taai element.

Chemische gegevens

Symbool	Cs
Volledige naam	Cesium
Atoomnummer	55
Atoommassa (g.mol^-1 )	132,90
Groep	Alkalimetalen
Elektronegativiteit (Pauling)	0,79
Dichtheid (g.cm^-3 bij 20 °C)	1.879
Smeltpunt (°C)	28,4
Kookpunt (°C)	671
Vanderwaalstraal (nm)	0,343
Ionstraal (nm)	0,167
Isotopen	1 stabiel
Elektronen per schil	2, 8, 18, 18, 1
Elektronenconfiguratie	[Xe]6s¹
Eerste ionisatiepotentiaal (kJ.mol^-1 )	375,7
Tweede ionisatie potentiaal (kJ.mol^-1 )	2234,3
Derde ionisatiepotentiaal (kJ.mol^-1 )	3400
Standaard potentiaal (V)	—
Ontdekt door	1860 door Robert Bunsen en Gustav Kirchhoff

Isotopen

Tabel 2 – natuurlijke isotopen en abundanties
Nummer	Naam	Symbool	Atoommassa (u)	Abundantie (%)
55	Cesium	¹³³ Cs	132,905447	100

Radioisotopen

Tabel 3 – radioisotopen element Cesium
Nuclide	Isotopische massa (u)	Halveringstijd
¹¹⁴Cs	113,94145	0,57 s
¹¹⁵Cs	114,93591	1,4 s
¹¹⁶Cs	115,93337	0,70 s
¹¹⁷Cs	116,92867	8,4 s
¹¹⁸Cs	117,92655	14 s
¹¹⁹Cs	118,92237	43,0 s
¹²⁰Cs	119,92067	61,2 s
¹²¹Cs	120,91722	155 s
¹²²Cs	121,91611	21,18 s
¹²³Cs	122,91299	5,88 min
¹²⁴Cs	123,91225	30,9 s
¹²⁵Cs	124,90972	46,7 min
¹²⁶Cs	125,90945	1,64 min
¹²⁷Cs	126,90741	6,25 uur
¹²⁸Cs	127,90774	3,640 min
¹²⁹Cs	128,90606	32,06 uur
¹³⁰Cs	129,90670	29,21 min
¹³¹Cs	130,90546	9,689 dagen
¹³²Cs	131,90643	6,480 dagen
¹³⁴Cs	133,90671	2,0652 jaar
¹³⁵Cs	134,90597	2,3 * 10⁶ jaar
¹³⁶Cs	135,90731	13,16 dagen
¹³⁷Cs	136,90708	30,1671 jaar
¹³⁸Cs	137,91101	33,41 min
¹³⁹Cs	138,91336	9,27 min
¹⁴⁰Cs	139,91728	63,7 s
¹⁴¹Cs	140,92004	24,84 s
¹⁴²Cs	141,92429	1,689 s
¹⁴³Cs	142,92735	1,791 s
¹⁴⁴Cs	143,93207	994 ms
¹⁴⁵Cs	144,93552	582 ms
¹⁴⁶Cs	145,94029	0,321 s
¹⁴⁷Cs	146,94416	0,235 s
¹⁴⁸Cs	147,94922	146 ms
¹⁴⁹Cs	148,95293	150 ms
¹⁵⁰Cs	149,95817	100 ms
¹⁵¹Cs	150,96219	60 ms

Bohr – Rutherford diagram

elektronenschilconfiguratie van 55 Cesium

CC BY-SA 2.0 uk, Link

Geschiedenis

Cesium was het eerste element dat met behulp van een spectroscoop werd gevonden. Het werd 1860 ontdekt door de Duitse chemici Robert Bunsen en Gustav Kirchhoff toen ze het spectrum van mineraalwater analyseerden.

De eerste toepassingen van cesium kwamen in de jaren ’20 van de vorige eeuw. Cesium werd toen gebruikt om vacuümbuizen te ontdoen van resterende zuurstof. Ook werd het als coating op verwarmde kathodes aangebracht om de elektrische stroom te vergroten. In latere decennia ontstonden meer toepassingen voor cesium zoals gebruik in foto-elektrische cellen, spectrometers en katalysatoren voor organische reacties. Door de hoge kosten van cesium en de groeiende populariteit van vergelijkbare en goedkopere technologieën waarbij andere alkalimetalen worden gebruikt, is het gebruik van cesium teruggelopen tot een handvol toepassingen.

Weetjes

Cesium is, samen met lithium, natrium, kalium, rubidium en francium, een alkalimetaal. Alkalimetalen zijn zeer reactief, hebben één elektron in hun buitenste schil en ze komen niet vrij voor in de natuur. Deze metalen zijn goed vervormbaar en buigzaam en het zijn goede geleiders van warmte en elektriciteit.
Cesium is uitermate geschikt voor tijdwaarneming. Het wordt dan ook toegepast in atoomklokken. De officiële definitie van een seconde is de tijd die het cesiumatoom nodig heeft om 9.192.631.770 keer tussen energieniveaus te trillen. Atoomklokken op basis van cesium verliezen één seconde per 100 miljoen jaar.
Cesium is een van de vier metalen die vloeibaar zijn bij of in de buurt van kamertemperatuur. De andere elementen zijn kwik (smeltpunt -38,8 °C), gallium (smeltpunt 29,8 °C) en francium (smeltpunt 27 °C).
De aardkorst bevat ongeveer 3 ppm cesium. Voor het zonnestelsel als geheel is dit ongeveer 8 ppb.
Cesium is sterk reactief en gaat gemakkelijk verbindingen aan met andere elementen en dan in het bijzonder zuurstof en andere gassen en niet-metalen.
Omdat cesium heftig met water reageert wordt het als een gevaarlijk metaal beschouwt en wordt het meestal bewaard onder een laag minerale olie of in een vacuüm. Cesium reageert ook heftig met zwavel, fosfor, zuren en halogenen (fluor, chloor, broom, jood en astaat).
Radioactieve isotopen van cesium kunnen op twee manieren worden gemaakt: in een kerncentrale door kernsplijting van uranium in brandstofstaven en bij de explosie van kernwapens.
Sporen van cesium komen in een aantal mineralen voor. Cesium wordt voornamelijk gewonnen uit polluciet maar ook lepidoliet bevat cesium. Canada en Zimbabwe zijn de grootste leveranciers van cesium.
Er zijn drie verschillende manieren om cesium te isoleren van de rest van het mineraal: de mineralen oplossen in zuur en vervolgens de zouten scheiden, het mineraal roosteren met een mengsel op basis van calcium of natrium om vervolgens de cesiumzouten te isoleren en directe reductie: het onder vacuüm verhitten van het mineraal in aanwezigheid van calcium, kalium of natrium. Dit levert een onzuiver cesiummetaal op.
Mensen en dieren worden voortdurend blootgesteld aan kleine hoeveelheden cesium. Dit gebeurt door middel van eten, drinken en inademing. Hoewel het onwaarschijnlijk is dat mensen hierdoor nadelige gezondheidseffecten zullen ondervinden kan blootstelling aan radioactief cesium of bepaalde cesiumverbindingen leiden tot misselijkheid, braken, bloedingen en beschadigingen van lichaamscellen.