Cesium (Cs) – grundämne, egenskaper, risker och användningar

Cesium (Cs) – sällsynt alkalimetall: låg smältpunkt, extremt reaktiv och potentiellt farlig. Upptäck egenskaper, risker och viktiga användningar.

Cesium är det kemiska grundämnet med atomnummer 55 i det periodiska systemet. Dess symbol är Cs.

Cesium är en alkalimetall. Dess smältpunkt är låg (cirka 28 °C) och metallen är mjuk, silvrigt-gul till utseendet. Den är extremt reaktiv. På grund av sin höga reaktivitet är det en farlig kemikalie. Den kan antändas i luften och exploderar vid kontakt med vatten – reaktionen är ofta våldsammare än för de andra alkalimetallerna. På grund av detta lagras cesium i mineralolja eller under inert gas för säker förvaring.

Cesium är ett sällsynt grundämne. Eftersom det finns lite cesium på jorden är det ganska dyrt. Människokroppen behöver inte cesium. I stora mängder är dess kemiska föreningar svagt giftiga eftersom det ligger nära kalium, som kroppen behöver.

Egenskaper och kemi

Cesium har atomvikt ungefär 132,9 u och elektronkonfigurationen slutar med 6s1, vilket ger mycket låg första joniseringsenergi och gör att det lätt bildar Cs+-joner. Några viktiga fysikaliska egenskaper i korthet:

• Smältpunkt: cirka 28,5 °C (metallen kan därför vara flytande vid varma dagstemperaturer).
• Kokpunkt: runt 671 °C.
• Densitet: ungefär 1,9 g/cm³ (vid rumstemperatur solid form).
• Färg/utseende: mjuk, silverfärgad till gulaktig metall som oxiderar lätt i luft.

Chemiskt reagerar cesium kraftigt med syre, vatten och halogener. Cesiumhydroxid (CsOH) är en mycket stark bas och cesiumsalter löser sig ofta väl i vatten. Många cesiumföreningar är kemiskt lika motsvarande kalium- eller natriumföreningar men kan ha andra lösligheter eller densiteter.

Upptäckt och förekomst

Cesium upptäcktes 1860 av Robert Bunsen och Gustav Kirchhoff med hjälp av spektroskopi; namnet kommer från det latinska ordet caesius som betyder ”himelsblått” efter de karakteristiska blå spektrallinjerna. I naturen förekommer cesium främst i mineral som pollucit (cesium-aluminium-silikat) och i vissa leror och pegmatiter. Stora kommersiella fyndigheter är ovanliga, vilket bidrar till priset.

Användningar

Trots sin reaktivitet finns flera viktiga användningsområden för cesium och dess föreningar:

• Atomklockor: Cesium-133 används i mycket precisa atomklockor. Den internationella definitionen av sekunden är baserad på övergången i cesium-133 (9 192 631 770 svängningar av mikrovågsstrålning mellan hyperfinenergier).
• Oljeindustri: Cesiumformiat och andra cesiumbaserade saltslösningar används som högdensitetsvätskor i borrvätskor vid avancerad olje- och gasborrning.
• Industriella och medicinska radioisotoper: Radioaktivt cesium-137 används i industriella mätinstrument, kalibreringskällor och tidigare i vissa medicinska behandlingar. (Se avsnitt om isotoper och risker nedan.)
• Forskning och elektronik: Cesium används i fotokatoder, vakuumrör, jonpropulsion och vissa specialiserade kemiska katalysatorer.
• Glas och optik: Vissa cesiumföreningar används i specialglas och optiska material.

Isotoper och radioaktivitet

Det naturligt förekommande, stabila isotopen är cesium-133. Flera radioaktiva isotoper finns framställda, varav cesium-137 är den mest kända och betydelsefulla ur säkerhetssynpunkt. Cs-137 har en halveringstid på cirka 30 år och sönderfaller via betastrålning till barium-137m som avger gammastrålning. Cs-137 släpptes i stora mängder vid kärnkraftsolyckor som Tjernobyl och Fukushima, och orsakar långlivad kontamination i miljön.

Risker och säkerhet

Hantera cesium med stor försiktighet. Viktiga riskaspekter:

• Reaktivitet: Metalliskt cesium reagerar våldsamt med vatten och kan antändas i luft. Förvaring under mineralolja eller i inert atmosfär rekommenderas.
• Frätande föreningar: Cesiumhydroxid är extremt frätande och kan orsaka allvarliga kemiska brännskador vid kontakt.
• Toxicitet: Ioniska cesiumföreningar är kemiskt liknande kalium och är svagt toxiska i relativt höga doser. Normal miljöexponering från naturliga källor är låg.
• Radioaktivitet: Radioaktiva isotoper som Cs-137 utgör stora hälso- och miljörisker vid frigörelse. Intern kontamination av cesium kan behandlas medicinskt med preparat som Prussian blue (järn(III)hexacyanoferrat) som binder cesium i tarmen och främjar utsöndring.

Skyddsåtgärder inkluderar arbete i dragskåp eller inert atmosfär, personlig skyddsutrustning, korrekt förvaring och utbildning i hantering av alkali-metaller och radioaktiva ämnen. Vid brand ska experthjälp tillkallas; vatten får inte användas på brinnande cesium eftersom reaktionen kan bli våldsam.

Miljöpåverkan

Radioaktivt cesium kan binda till jordpartiklar och organiskt material och ge upphov till långvarig mark- och vattenkontamination. Efter olyckor krävs ofta avsöndrade saneringsåtgärder och långsiktig övervakning. Icke-radioaktivt cesium i form av lösliga salter kan påverka lokala ekosystem vid höga koncentrationer, men sådana utsläpp är mindre vanliga.

Sammanfattning

Cesium (Cs) är en mjuk, mycket reaktiv alkalimetall med flera viktiga tekniska tillämpningar — främst inom precisionstiming (atomklockor) och industriella processer — men den är också farlig på grund av sin reaktivitet och, i radioaktiv form, betydande hälso- och miljörisker. Korrekt hantering, lagring och särskilda skyddsåtgärder är nödvändiga för att minimera riskerna.

Frågor och svar

Fråga: Vad är cesium?

F: Vilken grupp tillhör cesium?

F: Vad är smältpunkten för cesium?

Fråga: Är cesium reaktivt?

F: Vad gör cesium till en farlig kemikalie?

F: Varför förvaras cesium i mineralolja?

F: Är cesium ett vanligt grundämne?

Sök med bokstav