Cesio 133 - Cs133
Sono stati necessari 44.200 litri di acqua minerale da Bad Dürkheim per rilevare per la prima volta il pesante metallo alcalino al cesio. Nel residuo secco di questa acqua minerale, Robert Wilhelm Bunsen e Gustav Robert Kirchhoff scoprirono le specifiche linee spettrali nel 1861. Il cesio è stato il primo elemento ad essere identificato usando i moderni metodi spettroscopici. Il rubidio e l'indio seguirono poco dopo. I nomi di tutti e tre gli elementi alludono ai colori delle bande più intense nello spettro di emissione atomica: i composti di cesio si illuminano di un cielo azzurro nella fiamma. Kirchhoff e Bunsen hanno realizzato una serie di composti di cesio e hanno caratterizzato il metallo come il più elettropositivo di tutti gli elementi noti. In linea di principio, riuscirono nell'elettrolisi a flusso di fusione del cloruro, ma il metallo iniziò a formarsi in una forma finemente divisa e la fusione divenne "smaltata di blu" - un effetto che è stato descritto più volte per il cesio colloidale. La prima produzione in grammo di cesio fu ottenuta da Carl Setterberg, che nel 1 sottoponeva una miscela di cianuro di cesio e cianuro di bario per sciogliere l'elettrolisi del flusso nel laboratorio di Bunsen. [1881] Pollucite, (Na1-xCsx)2Al2Si4O12· H2O, da cui viene prodotto CsCl, che viene ridotto con il calcio nel calore. Il metallo al cesio viene distillato sotto vuoto e, dopo varie fasi di purificazione per distillazione, viene fuso sotto gas protettivo in fiale di vetro.
Il metallo al cesio ha una lucentezza metallica dorata, anche se molte fonti scrivono ancora oggi che è argento nella sua forma pura, e solo le impurità ossidali hanno fornito il colore dorato. Il colore dorato deriva da effetti relativistici. Se osservato a pressione normale, il vapore di cesio appare verde muschio, entrambi gli effetti sono noti anche dall'oro. Con ossigeno secco, il cesio reagisce immediatamente e si copre con uno strato di scaglie nere se l'aggiunta non è lenta e con agitazione. Questo è molto complicato nella preparazione di campioni puliti di composti di ossigeno-cesio dagli elementi, perché ostacola notevolmente l'ulteriore reazione. Se ci sono tracce di umidità nel gas protettivo, il metallo si riveste rapidamente con un sottile strato di idrossido, perde immediatamente la sua lucentezza dorata e quindi luccica d'argento. Questa perdita di colore è estremamente sensibile e evidente. Potrebbe essere il motivo del colore, che viene spesso descritto in modo errato.
La chimica del cesio con l'ossigeno è unica: nessun altro metallo offre un'abbondanza così colorata di composti binari, per cui il semplice ossido Cs di tutte le cose2O è particolarmente raro da vedere. I suboxides [3] Cs7O (color bronzo), Cs4O (viola rosso metallizzato), Cs11O3 (blu-violetto metallico) e “Cs3O “(nero con una lucentezza blu-verde) sono ermafroditi fatti di metalli e cristalli di ioni. L'ossido arancione Cs2O viene prodotto utilizzando il suboxide Cs3O termico a Cs + Cs2O si decompone e l'eccesso di cesio viene distillato. Il perossido incolore Cs2O2 può essere ottenuto dall'iperossido mediante decomposizione termica controllata o mediante reazione degli elementi nell'ammoniaca liquida. Se il metallo al cesio viene fatto reagire con un eccesso di ossigeno, si ottiene inizialmente una miscela nera ed eterogenea di prodotto. La ricottura a lungo termine in atmosfera di ossigeno dà infine l'iperossido giallo canarino CsO2.
Questo può quindi continuare con l'ozono verso l'ozonide rosso scuro CsO3 essere implementato. Ultimo ma non meno importante, c'è anche un doppio sale nero, il perossido-iperossido Cs4O6, noto. In termini di chimica redox, il cesio è più eccitante di quanto dovresti aspettarti per il più elettropositivo di tutti gli elementi. Se riscaldi Cs2O, sproporziona in cesio metallico e CsO2, Questa è un'ossidazione dell'ossidazione all'iperossidazione, per cui l'agente ossidante Cs+ è ridotto a Cs metal. È anche possibile una riduzione del cesio: con cripti e solventi adatti, il metallo al cesio può essere convertito in C a basse temperature+Cationi complessati dalla cripta e un Cs solvatato-- Anione sproporzionato. Nel frattempo, è nota un'intera serie di tali alcali ed elettridi. [4]
Cesio e Chernobyl
In natura si verifica solo l'isotopo stabile 133Cs prima. Tuttavia, dopo il disastro nucleare di Chernobyl nel 1986, gran parte della popolazione ha trovato l'elemento cesio nella forma del prodotto di fissione radioattivo 137Cs divenne noto, che arrivò in larga misura nell'ambiente. L'isotopo ha un'emivita di 30,17 anni e, poiché il cesio è facilmente solubile in acqua, raggiunge la catena alimentare dal suolo soprattutto attraverso funghi e piante ed è ancora responsabile di gran parte della radioattività di fondo. Il metallo raro è fisiologicamente irrilevante. Nel corpo è simile al potassio e può sostituirlo. Ciò significa che quando è incorporato, è coinvolto in processi fisiologici essenziali, ma viene anche escreto molto rapidamente.
Cesio e sue applicazioni
Gli usi del costoso metallo sono limitati. Nella stragrande maggioranza dei casi (agente riducente, mezzo di raffreddamento, ...) può essere sostituito da metalli alcalini più economici. Quantità maggiori di cloruro di cesio vengono utilizzate come lubrificanti di perforazione nella produzione di petrolio, altrimenti piccole quantità vengono utilizzate come metallo getter nei tubi a vuoto, come mezzo ultracentrifuga o in munizioni fumogene mimetiche. Pochi atomi sono sufficienti per l'applicazione più famosa nell'orologio atomico al cesio. 137Cs ha trovato un'esistenza di nicchia come elemento tracciante in geofisica e radioterapia, e anche alcune batterie termioniche e sistemi di irradiazione degli alimenti sono basati su questo isotopo. L'energia di legame dell'elettrone 6s nel cesio è così bassa che la luce infrarossa di 910 nm è sufficiente per produrre l'effetto fotoelettrico. [5] Le funzioni di lavoro sono ancora più basse per i composti di ossigeno ricchi di metalli, i suboxidi di cesio. E questi sono unici per il cesio. Pertanto, i primi dispositivi per la visione notturna avevano uno strato d'argento come catodo fotografico, che è così sottile che brilla di blu. Questo è stato rivestito con cesio e ossido di cesio, che ha provocato la formazione di suboxides di cesio. I moderni amplificatori di luce residua utilizzano materiali semiconduttori, il cesio è stato completamente spostato da questa area.
Cesio: il prezzo elevato e il contrabbando
L'alto prezzo del cesio è un ostacolo per molti chimici a utilizzare questo elemento in misura maggiore nelle sintesi. Il prezzo del cesio è attualmente di circa 40 euro al grammo, all'incirca al livello del prezzo dell'oro, con quantità maggiori che mostrano prezzi significativamente inferiori rispetto a piccole quantità. Il prezzo effettivo dipende più dalla dimensione della fiala che dalla purezza. Se vuoi, puoi persino fare puro isotopo 133Acquisisci Cs per 1.000 euro al grammo, il che è particolarmente interessante se si considera che il cesio naturale è intrinsecamente isotopo puro. Il modo più semplice, tuttavia, è acquistare cesio a buon mercato dalla dogana o dalla polizia criminale. Da qualche tempo c'è un continuo contrabbando di materiale preparato in modo eccellente dall'Europa orientale e dalla Russia. Il materiale è stato prodotto negli anni '1970 e '1980, probabilmente in connessione con progetti sovietici sui generatori magnetoidrodinamici (MHD). Un plasma viene fatto passare tra due elettrodi conduttivi. Un campo magnetico viene applicato perpendicolare agli elettrodi, che separa spazialmente gli ioni caricati diversamente. A causa della differenza di tensione risultante, l'energia cinetica può essere convertita direttamente in energia elettrica. Il primo generatore MHD da 11,5 kW è stato costruito negli Stati Uniti nel 1959, una centrale pilota MHD da 25 MW è entrata in funzione nell'Unione Sovietica nel 1971, una centrale da 1985 MW è stata pianificata a Ryazan per il 500 e altre grandi centrali elettriche dovevano essere utilizzate a livello nazionale conseguenze. I primi sistemi utilizzavano i gas di combustione caldi delle centrali elettriche convenzionali come plasma operativo, ma un circuito al plasma poteva essere utilizzato nei cosiddetti generatori MHD chiusi. [6] Il cesio è ideale come mezzo operativo: può essere facilmente ionizzato, ha un'elevata pressione di vapore a temperature moderate e, a causa del suo elevato peso atomico, trasporta molta energia cinetica. Inoltre, l'indice di rifrazione nel cesio gassoso è <1, il che è vantaggioso per la dinamica del plasma. I progetti su larga scala furono abbandonati nel corso del crollo del blocco orientale, il cesio a disposizione divenne disoccupato e finalmente iniziò la sua strada verso ovest. O il cesio viene confiscato durante il trasporto verso i confini interni dell'Europa, oppure viene sequestrato in "reperti di bunker". [7] Non sorprende che, dopo aver studiato brevemente i dati della sostanza e le schede di dati di sicurezza pertinenti, le autorità responsabili siano generalmente felici di trovare acquirenti competenti per i chilogrammi di cesio spesso diversi. Alcuni gruppi di ricerca tedeschi sono quindi grati al contrabbando organizzato per il sostegno costante e disinteressato del loro lavoro.
letteratura
- G. Kirchhoff, R. Bunsen, Ann. Phys. Chem.1861, 189, 337.
- C. Setterberg, Liebigs Ann. Chem.1881, 221, 100.
- A. Simon, Z. Anorg. Gen. Chem. 1973, 395, 301.
- RH Huang, DL Ward, ME Kuchenmeister, JL Dye, J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 5561.
- R. Schulze, Z. Phys. 1934, 92, 212.
- "Fiamma nel tunnel", Der Spiegel 1988, 38.
- Primo ufficiale di polizia del quartier generale della polizia di Heilbronn, comunicazione personale.
Testo con lievi modifiche tratto da:
https://faszinatio nchemie.de/wissen-und-ffekten/news/caesium-das-unedle-gold/
fonte:
Mille grazie al Dr. Alta.
Priv. Docente Dr. Constantin Hoch
LMU Monaco, Dipartimento di Chimica
Immagini: ISE
