Tseesium (Cs) — keemiline element: omadused, reaktiivsus ja ohud
Tseesium (Cs) — haruldane leelismetall: omadused, tugev reaktiivsus, plahvatusoht veega, säilitamine ning tervise- ja keskkonnaohud. Lugege ohutusnõuandeid.
Tseesium (või tseesium) on keemiline element, mille aatomiarv on perioodilisustabelis 55. Selle sümbol on Cs. Avastasid aastail 1860 Robert Bunsen ja Gustav Kirchhoff spektroskoopia abil; nimi tuleb ladina sõnast caesius, tähistamaks taevasinist värvust nende spektrites. Tseesiumi aatomimass on ligikaudu 132,905 u ja elektronkonfiguratsioon on [Xe] 6s1 — kuulub leelismetallide rühma (1. rühm, 6. periood).
Füüsikalised omadused
Tseesium on pehme, hõbedakas-kuldne metall, mis on toatemperatuuril tavaliselt vedel või kergesti sulav (sulamispunkt ligikaudu 28,5 °C). Tema keemistemperatuur on umbes 671 °C ja tihedus toatemperatuuril ~1,93 g/cm³. Metallil on suur elektrijuhtivus ja madal sulamistemperatuur, mistõttu see sulab sageli käe soojusel.
Reaktiivsus ja keemilised ühendid
Tseesium on leelismetall. Selle sulamistemperatuur on madal (28 °C). See on äärmiselt reaktiivne. Oma kõrge reaktiivsuse tõttu on see ohtlik kemikaal. See võib õhus süttida (süttida). See plahvatab kokkupuutel veega. Ta reageerib veega ägedamalt kui teised leelismetallid. Selle tõttu hoitakse tseesiumi mineraalõlis.
Tseesium reageerib kiirelt hapnikuga ja moodustab oksideid ning superoksiide; halogeenidega tekivad halogeniidid (näiteks CsCl), väävliga sulfiidid jne. Tõsiste reaktsioonide tõttu käitletakse elementaarset metalli tavaliselt inertsetes tingimustes (argon, lämmastik) või mineraalõli alla suletult.
Isotoobid ja radioaktiivsus
Looduslikult esineb üks stabiilne isotoop, Cs-133, mida kasutatakse väga täpsetes aatomkellades — just selle isotoopi hüperfiiinsed üleminekud on sekundimõõtmise aluseks. Oluline radioaktiivne tuumajaotis on Cs-137, mis tekib tuumajaotuse produktina ja mille poolestusaeg on umbes 30 aastat. Cs-137 on keskkonna- ja terviserisk (tuumakatastroofide ja radioloogilise saastumise korral) — see liigub mulla ja taimede kaudu ning imendub sarnaselt kaaliumile.
Kasutusalad
- Aatomkellad: Cs-133 hüperfiiinsed üleminekud on standardajamõõtmise alus.
- Projektorid ja fotoelektrilised seadmed: tseesiumreaktiivsed pinnad annavad tugeva fotoemissiooni.
- Tööstus ja meditsiin: radioaktiivset Cs-137 kasutatakse mõnes radiograafias ja kiiritusraviseadmes (on ka ohutuse nõuded).
- Nafta- ja gaasitööstus: tseesiumisoolad (näiteks tseesiumformaat) toimivad väga tihedate vedelike koostisosana puurimise ja lõpuleviimise ajal.
- Laborid ja uurimistöö: kasutatakse uurimismetallidena, katalüsaatoritena ja referenssainetena.
Levimus ja tootmine
Tseesium on Maal suhteliselt haruldane ja leiab end peamiselt mineraalis pollutsiitis (CsAlSi2O6) ning ka lepidoliidis. Toodetakse kaevandamisest ja töötlemisest — pollutsiitist eraldatakse tseesiumit keemiliste protsesside ja fraktsioneerimise teel. Looduslike lähteainete nappuse tõttu on tseesium sageli kallim kui levinumad metallid.
Toksilisus, ohutus ja käitlemine
Tseesiumit organism otseselt ei vaja; inimkeha ei vaja tseesiumi. Suures koguses on selle keemilised ühendid kergelt mürgised, sest see on lähedane kaaliumile, mida organism vajab. Organismis võib tseesium asendada kaaliumi rakkudes ja häirida elektrolüütide tasakaalu, mistõttu suured kontsentratsioonid on toksilised.
Elementaarset tseesiumit ei tohi lasta kokku puutuda veega ega õhuga — süttimise- ja plahvatusoht on reaalne. Käitlemisel tuleb kasutada inertset atmosfääri või mineraalõli, kaitseriietust, kindaid ja näokaitset. Tulekahju korral ei tohi kasutada vett; metallitulede kustutamiseks kasutatakse eraldi metallituledeks mõeldud kustutusvahendeid (klass D) või liiva/kuiva pulbrit. Radioaktiivse Cs-137 sisemise saastumise korral võib kasutada peroraalset Prussi sinist (ferri(III) ferrosüaniid) radioaktiivse tseesiumi eemaldamiseks organismist; samuti on oluline eemaldada saastunud riided ja pesta nahka.
Keskkonna- ja jäätmekäitlus
Radioaktiivsete tseesiumisooladega saastunud pinnas ja jäätmed nõuavad spetsiaalset käitlemist ning on reguleeritud tuuma- ja ohtlike jäätmete normidega. Keskkonnas võib tseesium jääda aastakümneteks mulla pinnakihtidesse ning sattuda toiduahelasse. Seetõttu on tuumaõnnetuste järel peamised puhastustööd suunatud pinnase ja toiduohutuse kontrollile.
Kokkuvõtteks: tseesium on keemiliselt väga reaktiivne ja teaduslikult ning tööstuslikult väärtuslik element, kuid nõuab rangeid ohutusnõudeid, eriti kui tegemist on radioaktiivsete isotoopidega või puhast metalli käitlemisega.
Ajalugu
Tseesiumi kirjeldasid esmakordselt 1861. aastal Gustav Robert Kirchhoff ja Robert Wilhelm Bunsen. Nad katsetasid Bad Dürkheimi mineraalvett. Pärast kaltsiumi, strontsiumi, magneesiumi ja liitiumi eraldamist nägid nad kaks joont spektri "sinises" vahemikus. Nende joonte tõttu järeldasid nad, et lisaks juba leitud elementidele peab mineraalvees olema veel üks tundmatu aine. Nad nimetasid selle aine sinise värvi järgi tseesiumiks.
Isotoobid ja ühendid
Tseesiumil on vähemalt 39 teadaolevat isotoopi, mille aatommass ulatub 112-st kuni 151-ni. Ainult üks neist, 133Cs, on stabiilne. Seega on tseesiumi looduslikult esinev isotoop 133Cs, mis ei ole radioaktiivne. 133Cs on kasutusel aatomikellades, mille vibratsioonisagedust kasutatakse sekundi pikkuse määramiseks. Teine isotoop 137Cs ei teki looduslikult, vaid tekib pärast tuumalõhustumist. See on väga radioaktiivne ja seda kasutatakse tööstusliku gammakiirguse allikana.
Tseesium moodustab ühendeid paljude teiste keemiliste elementidega. Tseesiumformiaati kasutatakse naftapuurimisel selle suure tiheduse tõttu.
Reaktiivsus
Tseesium on õhus ja vees äärmiselt reaktiivne. Tseesium oksüdeerub õhus kiiresti ja võib igal hetkel spontaanselt põleda (juhuslikult süttida). Seetõttu tuleb seda, nagu ka teisi esimese rühma elemente (liitium, naatrium, rubiidium ja frangium), hoida petrooleumis või mineraalõlis. Vees reageerib tseesium ägedalt, moodustades tseesiumhüdroksiidi (2CsOH). Tseesium vajub umbes üheks sekundiks, seejärel plahvatab. Plahvatus on üle 50 korra suurem kui vette langetatud element ja plahvatus on piisav, et purustada tavaline Pyrex-meeklaas, -kolb või -katlakivi. Video reaktsioonist leiate siit.
Küsimused ja vastused
K: Mis on tseesium?
V: Tseesium on keemiline element aatominumbriga 55 ja selle sümbol on Cs.
K: Millisesse rühma kuulub tseesium?
V: Tseesium kuulub leelismetallide rühma.
K: Milline on tseesiumi sulamistemperatuur?
V: Tseesiumi sulamistemperatuur on madal, 28 °C.
K: Kas tseesium on reaktiivne?
V: Jah, see on äärmiselt reaktiivne.
K: Mis teeb tseesiumist ohtliku kemikaali?
V: Tema kõrge reaktiivsus teeb ta ohtlikuks. See võib süttida ja plahvatada kokkupuutel veega.
K: Miks hoitakse tseesiumi mineraalõlis?
V: Tseesiumi hoitakse mineraalõlis, sest see reageerib veega väga tugevalt.
K: Kas tseesium on tavaline element?
V: Ei, tseesium on haruldane element ja üsna kallis, sest seda on Maal piiratud koguses.
Otsige