Cæsium (Cs / Cesium): alkalimetal, egenskaber og farer
Cæsium (Cs): sjældent, ekstremt reaktivt alkalimetal — egenskaber, lavt smeltepunkt, risici og sikker håndtering. Læs om reaktioner, farer og anvendelser.
Cæsium (eller cesium) er det kemiske grundstof med atomnummer 55 i det periodiske system. Dets symbol er Cs. Navnet kommer fra det latinske ord "caesius" (lyseblå) efter de blå spektrallinjer, som gjorde, at grundstoffet blev opdaget af Robert Bunsen og Gustav Kirchhoff i 1860.
Fysiske og kemiske egenskaber
Cæsium er et blødt, sølvhvidt metal, som nemt kan skæres med en kniv. Det har et usædvanligt lavt smeltepunkt for et metal (omkring 28–29 °C), hvilket betyder, at det ved rumtemperatur kan være flydende eller fast afhængigt af omgivelserne. Densiteten er relativt lav, og som andre alkalimetaller har cæsium en enkelt valenselektron, hvilket giver det en meget lav ioniseringsenergi og stor kemisk reaktivitet.
Metallet er meget reaktivt og opfører sig typisk for et alkalimetal. Det kan selvantænde ved kontakt med luft og eksplodere ved kontakt med vand, fordi reaktionen danner hydrogen samt store mængder varme. Cæsium reagerer generelt endnu mere voldsomt med vand end de fleste andre alkalimetaller og danner stærkt basiske hydroxider (fx CsOH). På grund af denne høje reaktivitet opbevares elementært cæsium ofte under mineralolie eller i en inert atmosfære (f.eks. argon).
Forekomst og fremstilling
Cæsium er et relativt sjældent grundstof i jordskorpen og findes hovedsageligt i mineraler som pollucit og i mindre mængder i nogle lerarter. Udvinding sker typisk fra disse mineraler ved kemiske processer, og fordi forekomsterne er begrænsede, kan cæsium være dyrere end mere almindelige metaller.
Anvendelser
Cæsium anvendes i en række specialiserede teknologier. Den mest kendte anvendelse er i atomure, hvor isotopen cæsium-133s hyperfine overgang bruges til definitionen af et sekund, hvilket giver ekstremt præcise tidssignaler. Andre anvendelser omfatter brug i vakuumrør, fotomultiplikatorer, forskning inden for spektroskopi og i særlige borevæsker (cæsium-formiat) til olieindustrien. Radioaktive isotoper som cæsium-137 har industrielle og medicinske anvendelser, men kræver strikse sikkerhedsforanstaltninger på grund af deres stråling.
Sikkerhed, toksicitet og miljø
På grund af sin høje reaktivitet er elementært cæsium et farligt stof. Kontakt med luft eller vand kan føre til brande og eksplosioner, så håndtering skal ske under kontrollerede forhold med passende værnemidler og brandslukningsudstyr til metalliske brande (klasse D). Cæsium opbevares typisk under mineralolie eller i en inert atmosfære for at forhindre reaktion med luft og fugt.
Menneskekroppen har ikke brug for cæsium. I store mængder er dets kemiske forbindelser svagt giftige, blandt andet fordi cæsium har kemiske egenskaber, der minder om kalium, som kroppen har brug for, og derfor kan forstyrre cellers ionbalance. Radioaktive cæsiumisotoper (især cæsium-137) er en betydelig radiologisk fare ved uheld eller udslip og kan spredes i miljøet, hvor de optages af planter og dyr.
Håndtering og nødhjælp
Håndtér kun elementært cæsium i egnede laboratoriefaciliteter. Personlig beskyttelse omfatter beskyttelsesdragt, øjenbeskyttelse og handsker, og der skal være procedurer for at forhindre kontakt med vand. Ved brand må man ikke bruge vand; anvend i stedet specialiserede slukningsmidler til metalliske brande. Ved eksponering for cæsiumforbindelser søg straks lægehjælp og følg lokale retningslinjer for kemikalieulykker.
Samlet set er cæsium et kemisk interessant og teknologisk vigtigt grundstof, men det kræver omhyggelig håndtering på grund af sin høje reaktivitet og, i form af visse isotoper, betydelige sundheds- og miljøfarer.
Historie
Cæsium blev først beskrevet i 1861 af Gustav Robert Kirchhoff og Robert Wilhelm Bunsen. De testede mineralvand fra Bad Dürkheim. Efter at de havde adskilt calcium, strontium, magnesium og lithium, så de to linjer i det "blå" område af spektret. På grund af disse linjer konkluderede de, at der ud over de allerede fundne grundstoffer måtte være endnu et ukendt stof i mineralvandet. De kaldte dette stof for cæsium, efter den blå farve.
Isotoper og forbindelser
Cæsium har mindst 39 kendte isotoper med en atommasse fra 112 til 151. Kun en af disse, 133Cs, er stabil. Derfor er den naturligt forekommende isotop af cæsium 133Cs, som ikke er radioaktiv. 133Cs anvendes i atomure, idet dets vibrationsfrekvens bruges til at definere længden af et sekund. En anden isotop, 137Cs, er ikke naturligt dannet, men bliver dannet efter en atomspaltning. Den er meget radioaktiv og anvendes som industriel gammastrålekilde.
Cæsium danner forbindelser med mange andre kemiske grundstoffer. Cæsiumformiat anvendes til olieboring på grund af dets høje massefylde.
Reaktivitet
Cæsium er ekstremt reaktivt i luft og vand. Cæsium oxideres hurtigt i luft og kan til enhver tid spontant brænde (tilfældigvis bryde i brand). Derfor skal det opbevares i petroleum eller en mineralolie ligesom andre grundstoffer i gruppe 1 (lithium, natrium, rubidium og francium). I vand reagerer cæsium voldsomt og danner cæsiumhydroxid (2CsOH). Cæsiumet synker i ca. et sekund og eksploderer derefter. Eksplosionen er over 50 gange så stor som størrelsen af det element, der er faldet i vandet, og eksplosionen er nok til at knuse et almindeligt Pyrexbægerglas, en flaske eller et reagensglas. Du kan finde en video af reaktionen her.
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er cæsium?
A: Cæsium er et kemisk grundstof med atomnummer 55 og symbolet er Cs.
Spørgsmål: Hvilken gruppe tilhører cæsium?
A: Cæsium tilhører gruppen af alkalimetaller.
Sp: Hvad er smeltepunktet for cæsium?
Svar: Cæsiums smeltepunkt er lavt, nemlig 28 °C.
Spørgsmål: Er cæsium reaktivt?
Svar: Ja, det er meget reaktivt.
Spørgsmål: Hvad gør cæsium til et farligt kemikalie?
Svar: Den høje reaktivitet gør det farligt. Det kan sætte ild til sig selv og eksploderer ved kontakt med vand.
Spørgsmål: Hvorfor opbevares cæsium i mineralolie?
A: Cæsium opbevares i mineralolie på grund af dets voldsomme reaktion med vand.
Spørgsmål: Er cæsium et almindeligt grundstof?
A: Nej, cæsium er et sjældent grundstof og er ret dyrt på grund af den begrænsede tilgængelighed på Jorden.
Søge