Osittain sulanutta cesiumia lasiampullissa.Pollusiitti on yksi cesiumin tärkeimmistä lähteistä.
Cesium, lausutaan [keesium][4], onalkuaine, jonkakemiallinen merkki onCs (lat.caesium) jajärjestysluku 55. Se on pehmeä hopeanhohtoinenalkalimetalli, jokahapettuu nopeasti joutuessaan tekemisiinilman kanssa. Metallinen cesium reagoi kiivaasti monien aineiden, kutenhapen javeden kanssa. Cesium sulaa jo ihon lämmöllä (sulamispiste 28,44°C).
Cesiumintiheys on 1,93g/cm3 ja sensulamispiste on 301,59K (28,44°C), joten suljetussa ampullissa cesium on huoneenlämmössäkiinteää, mutta kädellä lämmitettäessä metalli sulaa. Cesiuminkiehumispiste on kohtalaisen alhainen, 944 K (671 °C). Cesiumin pieni tiheys, kiehumis- ja sulamispiste johtuvat siitä, että sillä on taipumus antaavalenssielektroni pois. Tämä johtaa myös mataliinsulamis- jahöyrystymislämpöihin. Toisaalta cesiumilla on suuriatomi- jaionisäde. Cesium on erittäin taipuisaa ja vahamaista. Se on hopeisen kultainen metalli. Cesiuminkiderakenne on tilakeskeinen kuutio. Cesium on hyväjohdin.[2][3][5][6]
Kuten muutalkalimetallit, cesium vapauttaavetyä reagoidessaanveden kanssa. Muodostunut kaasu on syttymisherkkää ja reaktion yhteydessä kohonnut lämpötila voihapen läsnä ollessa aiheuttaavetyräjähdyksen. Reagoidessaan veden kanssa cesium muodostaa erittäin emäksistäcesiumhydroksidia. Cesium voi reagoida jojään kanssa –116 °C:n lämpötilassa. Cesium on muutenkin erittäin reaktiivista. Cesium on varastoitava mineraaliöljyssä,petrolissa taityhjiössä, jotta se ei reagoisi ilman veden tai hapen kanssa. Cesium reagoi myös voimakkaastihappojen,rikin jafosforin kanssa. Lisäksi cesium reagoiBrønsted–Lowryn happojen kanssa, kutenalkoholien sekä kaasumaisenammoniakin.[3][7][8][9]
Cesium on erittäinelektropositiivista (Paulingin asteikolla 0,7), joten se on luonnollisesti ionisessa Cs+ muodossa. Teoriassa on mahdollista, että cesium olisi myös Cs3+ muodossa, mutta tähän ei ole koskaan pystytty. Cesium on erittäin vahva pelkistin.[8][9][10]
Cesiumionit (Cs+) eivät sellaisenaan ole kovin myrkyllisiä (LD50 = 1 g/kg). Cesium ei ole vaarallista ihmisille, muille eläimille tai kasveille. Cesiumin imeytymistä elimistöön voi ehkäistä syömälläkaliumia. Cesium poistuu nopeasti ihmisen elimistöstä.[7][11]
Cesium on erittäin reaktiivista. Cesium reagoihalogeenien kanssa muodostaencesiumfluoridia,-kloridia,-jodidia ja-bromidia. Cesium muodostaa CsX muotoisia halogeeniyhdisteitä, vaikka esimerkiksi CsF2 on negatiivinenentalpia (–125 kJ/mol). Cesium muodostaa myös sulfaatteja, karbonaatteja, nitraatteja ja syanideja.[5][10]
Reagoidessaan hapen kanssa on mahdollista muodostaa monia erilaisia cesiuminoksideja. Tyypillisesti cesium muodostaa CsO2, mutta mahdollisia ovat myös Cs7O, CsO3, Cs2O, Cs2O2. Eri oksideja saadaan muodostettua olosuhteita muokkaamalla.[12]
Koordinaatiosidosten pysyvyys pienenee, kun alkalimetalliryhmässä mennään alaspäin, joten cesiuminkompleksiyhdisteet ovat heikoimpia. Cesium muodostaa joitakin kompleksejasulfaatin,tiosulfaatin sekä heksasyanoferraatteja vesiliuoksessa. Cesium muodostaa myös veden komplekseja.[15]
Vuonna 1860 saksalaiset kemistitGustav Kirchhoff jaRobert Bunsen kuumensivat vettä, jolloinspektroskopian avulla voidaan nähdä alkuaineille tyypillisiäspektriviivoja. Kirchhoff ja Bunsen löysivät tavalliset kaliumin, natriumin, kalsiumin, strontiumin ja litiumin. He poistivat kyseiset aineet, minkä jälkeen he näkivät vielä kaksi taivaansinistä spektriviivaa puhdistamassaan vedessä. He antoivat tälle tuntemattomalle alkuaineelle nimen caesius, joka tarkoittaa latinaksi taivaansinistä. Nimi muotoutui myöhemmin caesiumiksi. Vuonna 1881Carl Sefferburg eristi ensimmäisen kerran cesiumia elektrolyyttisesti.[5][7][11]
Cesium on kohtalaisen yleinen alkuaine maankuoressa, 1–3ppm ollen neljänneksikymmenenneksi yleisin alkuaine maankuoressa. Cesiumia esiintyy joissakin mineraaleissa, kutenlepidoliitissa, joka on yleinenlitiumin malmi. Toinen tärkeä cesiumin lähde onpollusiitti, jota löytyy huomattavia määriäKanadassa,Manitobassa. Pollusiitti on tärkein teollisesti tuotetun cesiumin lähde. Cesiumia esiintyy myösboorin mineraaleissa. Luonnosta ei ole löydetty metallista cesiumia. Suurin osa cesiumista tuotetaan Kanadassa. Yli kaksi kolmasosaa (111 000 tonnia) tunnetuista cesiumvarannoista onBernic Laken läheisyydessä, Manitobassa, Kanadassa. Cesiumia tuotetaan vuosittain noin 20 tonnia. Suurin osa tuotetusta cesiumista tulee litiumin valmistamisen sivutuotteena. Cesium maksaa noin 770 euroa sadalta grammalta.[3][5][7][11][14][16]
Cesiumin tuotannossa pollusiittimineraali liuotetaan happo- tai emäskäsittelyllä. Tämän jälkeen cesium voidaan puhdistaa muutamalla tavalla: metallista kalsiumia tai natriumia lisätään sulatettuun cesiumkloridiin, jolloin syntyy metallista cesiumia. Tämä tehdään yleensä noin 750 °C:ssa ja paineistettuna. Kyseessä ontasapainoreaktio, ja muodostunut cesium on erittäin haihtuvaa, sekä siihen liittyy yleensä metallista kalsiumia tai natriumia. Tämä seos voidaan tislata, jolloin saadaan puhdasta cesiumia. Toinen tapa on valmistaa cesiumia elektrolyyttisesti, jolloin sulaneeseen cesiumyhdisteeseen (cesiumsyanidi) johdetaan sähkövirta. Tällöin muodostuu metallista cesiumia.[5][6][7][8][14][16]
137Cs-isotooppia levisi SuomeenkinTšernobylin ydinvoimalaonnettomuuden jälkeen. Radioaktiivinen cesium kertyi mm. sieniin ja marjoihin, joskin tavallisessa kulutuksessa määrät eivät ole liian suuria.[11]
Cesiumilla on muutamia sovelluskohteita. Cesiumia voidaan käyttää hehkulampuissa ja tyhjiöissä poistamassa ilmaa. Cesium reagoi mahdollisen ilman kanssa muodostaen kiinteitä cesiumyhdisteitä. Cesiumia käytetäänvalosähköisissäkennoissa. Jotkinsatelliitit käyttävät cesiumia asentonsa vaihtamiseen. Ensin cesium ionisoidaan tyhjiössä, minkä jälkeen ionit kiihdytetään sähkökentän avulla. Tästä syntyvä voima kääntää satelliittia. Cesium raskautensa ansiosta sopii tähän hyvin. Cesiumia käytetään myös öljyteollisuudessa kivien poistamiseen.[5][7][11][17]
133Cs:n avulla määritetään myössekunti. Kun isotooppi 133 viritetään kahden energiatason verran, se alkaa värähdellä tietyllä nopeudella. Kun tämä värähtelynopeus kerrotaan vakiolla 9 192 631 770, saadaan sekunnin määrittelemä aika.[18]
Cesiumia voidaan käyttää myöskatalyyttinä. Tärkein sovellus katalyyttinä on orgaanisten yhdisteidenhydraus. Vielä tärkeämpi käyttö katalyysin yhteydessä on cesiumin lisäys pieninä määrinä muiden katalyyttien ominaisuuksien parantamiseksi eli douppaukseen. Tähän sitä käytetään muun muassarikkihapon valmistuksen yhteydessä hapetettaessarikkidioksidistarikkitrioksidia ja polymeeriteollisuudessa. Cesiumia ja sen orgaanisia yhdisteitä voidaan käyttää pelkistiminä.[3][13][14][16]
Cesiumin radioaktiivista isotooppia 137 muodostuu ydinfissioreaktioissa, kutenydinvoimaloissa.137Cs käytetään muun muassa öljyteollisuudessa. Öljyyn laitetaan pieni määrä radioaktiivista cesiumia, jonka säteily on helppo mitata öljyputken päässä, jolloin tiedetään, että öljyerä on tullut perille.137Cs voidaan käyttää myös syöpien hoidossa: onttoon neulaan laitetaan cesiumia, joka ruiskutetaan potilaaseen. Säteily tuhoaa syöpäsolukkoa ja voi auttaa taudin parantamisessa.137Cs käytetään myöseroosion tutkimiseen: cesiumia laitetaan maaperään, ja myöhemmin tutkitaan kuinka pitkälle radioaktiivinen cesium on liikkunut maaperässä. Tämä kertoo samalla eroosion nopeuden. Elintarviketeollisuudessa käytetään cesium-137-isotooppia tuhoamaan bakteereita mm. perunoista, vehnästä ja jauhoista. Isotooppia 133 käytetään myösatomikelloissa, joka on tarkin mahdollinen ajanmittausväline[19]. Tällä hetkellä paras atomikello heittää sekunnin 60 miljoonassa vuodessa.[3][7]
Cesiumin yhdisteillä on melko vähän sovelluskohteita.Cesiumbromidia käytetään säteilymittareissa sekä muissa mittausvälineissä.Cesiumkarbonaattia ja-fluoridia käytetään erikoislaseissa.Cesiumjodidia ja -fluoridia käytetään lääketieteessä taudin määrittämisessä sekä säteilyn mittaamisessa tuikeilmaisimilla. Cesiumkarbonaattia sekä-kloridia käytetäänoluen panemisessa.lähde? Cesiumkloridia voidaan käyttää valosähköisissä kennoissa, optisissa instrumenteissa sekä elektroniputkissa. Cesiumin yhdisteitä käytetään lasien ja keramiikan valmistamisessa. Lääketieteessä cesiumin yhdisteitä voidaan käyttää vastalääkkeenäarsenikkia vastaan.Cesiumhydroksidi on erittäin emäksistä ja sillä voidaan tuhota muun muassa lasia.[5][7][8][11]
Cesiumin isotoopeista massaluvut 131, 134 ja 137 omaavia isotooppeja käytetään lääketieteessä. Beetasäteilyä emittoivaa134Cs-isotooppia käytetään radioautografiassa ja131Cs- ja137Cs-isotooppeja syövän sädehoidossa.[14]
Cesiumin ainoa vakaaisotooppi on133Cs. Sen ominaisvärähtelyä käytetään hyväksi tarkoissaatomikelloissa, jaSI-yksikkösekunti määritellään nykyään cesiumin isotoopin 133 avulla. Cesiuminisotoopilla 137 on myös tärkeitä sovelluskohteita. Cesiumilla on tunnettuja isotooppeja112Cs:sta151Cs:een saakka.
↑Meija, Juris et al.: Atomic Weights of the Elements 2013 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2016, 88. vsk, nro 3, s. 272–274. IUPAC.Artikkelin verkkoversio. (pdf) Viitattu 17.12.2016. (englanniksi)
↑abcdeWilliam Ferguson & Dena Gorrie :Cesium and Cesium Compounds, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2001Teoksen verkkoversio Viitattu 9.7.2011
↑abcManfred Bick, Horst Prinz & Anja Steinmetz:Cesium and Cesium Compounds, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2002Teoksen verkkoversio Viitattu 5.7.2011
USGOV.jpg)
