Cesio 133 - Cs133
Se necesitaron 44.200 litros de agua mineral de Bad Dürkheim para detectar el cesio de metales alcalinos pesados por primera vez. En el residuo seco de esta agua mineral, Robert Wilhelm Bunsen y Gustav Robert Kirchhoff descubrieron las líneas espectrales específicas en 1861. El cesio fue el primer elemento que se identificó utilizando métodos espectroscópicos modernos. Rubidio e indio siguieron poco después. Los nombres de los tres elementos aluden a los colores de las bandas más intensas en el espectro de emisión atómica: los compuestos de cesio brillan azul celeste en la llama. Kirchhoff y Bunsen hicieron una serie de compuestos de cesio y caracterizaron al metal como el más electropositivo de todos los elementos conocidos. En principio, lograron la electrólisis del cloruro en el flujo de fusión, pero el metal comenzó a formarse en una forma finamente dividida, y la masa fundida se volvió "azul claro", un efecto que se ha descrito varias veces para el cesio coloidal. La primera producción de cesio a escala de gramo fue lograda por Carl Setterberg, quien en 1 sometió una mezcla de cianuro de cesio y cianuro de bario a la electrólisis de flujo fundido en el laboratorio de Bunsen. [1881] Pollucita, (Na1-xCsx)2Al2Si4O12· H2O, a partir del cual se produce CsCl, que se reduce con calcio en el calor. El cesio metálico se destila al vacío y, después de varios pasos de purificación por destilación, se funde bajo gas protector en ampollas de vidrio.
El cesio metálico tiene un brillo metálico dorado, aunque muchas fuentes todavía escriben hoy que es plateado en su forma pura, y solo las impurezas oxídicas proporcionan el color dorado. El color dorado proviene de los efectos relativistas. Cuando se ve bajo presión normal, el vapor de cesio aparece verde musgo, ambos efectos también se conocen del oro. Con oxígeno seco, el cesio reacciona inmediatamente y se cubre con una capa de escamas negras si la adición no es lenta y con agitación. Esto es muy engorroso en la preparación de muestras limpias de compuestos de cesio-oxígeno de los elementos, ya que impide en gran medida la reacción posterior. Si hay rastros de humedad en el gas protector, el metal se recubre rápidamente con una capa delgada de su hidróxido, pierde inmediatamente su brillo dorado y luego resplandece plateado. Esta pérdida de color es extremadamente sensible y notable. Puede ser la razón del color, que con frecuencia se describe incorrectamente.
La química del cesio con oxígeno es única: ningún otro metal ofrece una abundancia tan colorida de compuestos binarios, por lo que el óxido simple Cs de todas las cosas2O es particularmente raro de ver. Los suboxides [3] Cs7O (color bronce), Cs4O (violeta rojo metálico), Cs11O3 (azul violeta metálico) y "Cs3O “(negro con un brillo azul verdoso) son hermafroditas hechas de metales y cristales de iones. El óxido de naranja Cs2O se produce mediante el uso de suboxide Cs3O térmico a Cs + Cs2El O se descompone y el exceso de cesio se elimina por destilación. El peróxido incoloro Cs2O2 se puede obtener del hiperóxido por descomposición térmica controlada o por reacción de los elementos en amoníaco líquido. Si el cesio metálico se hace reaccionar con un exceso de oxígeno, inicialmente se obtiene una mezcla de producto negra y heterogénea. El recocido a largo plazo en una atmósfera de oxígeno finalmente da el CsO de hiperóxido amarillo canario2.
Esto puede continuar con ozono al ozonuro rojo oscuro CsO3 ser implementado Por último, pero no menos importante, también hay una doble sal negra, el peróxido-hiperóxido Cs4O6, conocido. En términos de química redox, el cesio es más emocionante de lo que cabría esperar para el más electropositivo de todos los elementos. Si calientas Cs2O, se desproporciona en cesio metálico y CsO2, Esta es una oxidación de la oxidación a la hiperoxidión, por lo que el agente oxidante Cs+ se reduce a Cs metal. También es posible una reducción del cesio: con criptandos y solventes adecuados, el cesio metálico se puede convertir en un Cs a bajas temperaturas+Cation complejado por la cripta y un Cs solvatado–- Anión desproporcionado. Mientras tanto, se conoce toda una serie de tales álcalis y electruros. [4]
Cesio y Chernobyl
Solo el isótopo estable ocurre en la naturaleza 133Cs antes. Sin embargo, desde el desastre nuclear de Chernobyl en 1986, gran parte de la población ha encontrado el elemento cesio en forma de producto de fisión radiactiva 137Se conocieron las Cs, que llegaron en gran medida al medio ambiente. El isótopo tiene una vida media de 30,17 años y, dado que el cesio es fácilmente soluble en agua, llega a la cadena alimenticia desde el suelo sobre todo a través de hongos y plantas y aún es responsable de una gran proporción de la radiactividad de fondo. El metal raro es fisiológicamente irrelevante. En el cuerpo es similar al potasio y puede reemplazarlo. Esto significa que cuando se incorpora, participa en procesos fisiológicos esenciales, pero también se excreta muy rápidamente.
Cesio y sus aplicaciones
Los usos del costoso metal son limitados. En la gran mayoría de los casos (agente reductor, medio refrigerante, ...) se puede sustituir por metales alcalinos más económicos. Se utilizan cantidades mayores de cloruro de cesio como lubricantes de perforación en la producción de petróleo; de lo contrario, se utilizan pequeñas cantidades como metal absorbente en tubos de vacío, como medio de ultracentrífuga o en municiones de humo de camuflaje. Unos pocos átomos son suficientes para la aplicación más famosa del reloj atómico de cesio. 137Cs ha encontrado un nicho de existencia como un elemento trazador en geofísica y radioterapia, y algunas baterías termiónicas y sistemas de irradiación de alimentos también se basan en este isótopo. La energía de unión del electrón 6s en cesio es tan baja que la luz infrarroja de 910 nm es suficiente para producir el efecto fotoeléctrico. [5] Las funciones de trabajo son aún más bajas para los compuestos de oxígeno ricos en metales, los suboxides de cesio. Y estos son exclusivos del cesio. Por lo tanto, los primeros dispositivos de visión nocturna tenían una capa plateada como un cátodo fotográfico, que es tan delgado que brilla en azul. Esto fue recubierto con cesio y óxido de cesio, lo que resultó en la formación de suboxides de cesio. Los amplificadores de luz residual modernos usan materiales semiconductores, el cesio ha sido completamente desplazado de esta área.
Cesio: el alto precio y el contrabando
El alto precio del cesio es un obstáculo para que muchos químicos usen este elemento en mayor medida en síntesis. El precio del cesio es actualmente de alrededor de 40 euros por gramo, aproximadamente en el nivel del precio del oro, con grandes cantidades que muestran precios significativamente más bajos que las pequeñas cantidades. El precio real depende más del tamaño de la ampolla que de la pureza. Si quieres, incluso puedes hacer isótopos puros 133Compre C por 1.000 euros el gramo, lo que es particularmente interesante si se considera que el cesio natural es inherentemente puro en isótopos. Sin embargo, la forma más fácil es comprar cesio a bajo precio en la aduana o en la policía criminal. Desde hace algún tiempo, ha habido un contrabando constante de material excelentemente preparado desde Europa del Este y Rusia. El material se produjo en las décadas de 1970 y 1980, probablemente en relación con proyectos soviéticos sobre generadores magnetohidrodinámicos (MHD). Se dispara un plasma a través de él entre dos electrodos conductores. Se aplica un campo magnético perpendicular a los electrodos, que separa espacialmente los iones cargados de manera diferente. Por lo tanto, la diferencia de voltaje resultante puede convertir directamente la energía cinética en energía eléctrica. El primer generador MHD con 11,5 kW se construyó en los EE. UU. En 1959, una central eléctrica piloto MHD con una potencia de 25 MW entró en funcionamiento en la Unión Soviética en 1971, se planificó una central eléctrica de 1985 MW en Riazán para 500 y otras grandes centrales eléctricas se utilizarían en todo el país. Consecuencias. Los primeros sistemas utilizaron los gases de combustión calientes de las centrales eléctricas convencionales como plasma operativo, pero se podría utilizar un circuito de plasma en los denominados generadores MHD cerrados. [6] El cesio es ideal como medio de operación: se puede ionizar fácilmente, tiene una alta presión de vapor a temperaturas moderadas y, debido a su alto peso atómico, transporta mucha energía cinética. Además, el índice de refracción en cesio gaseoso es <1, lo que es ventajoso para la dinámica del plasma. Los proyectos a gran escala fueron abandonados en el transcurso del colapso del Bloque del Este, el cesio que estaba disponible quedó sin empleo y finalmente comenzó su camino hacia el oeste. El cesio se confisca durante el transporte a las fronteras interiores de Europa o se incauta en "búnkeres encontrados". [7] No es sorprendente que, después de estudiar brevemente los datos de sustancias relevantes y las fichas de datos de seguridad, las autoridades responsables estén en general felices de encontrar compradores competentes para los, a menudo, varios kilogramos de cesio. Por tanto, varios grupos de investigación alemanes agradecen al contrabando organizado el apoyo constante y desinteresado de su trabajo.
literatura
- G. Kirchhoff, R. Bunsen, Ann. física Chem. 1861, 189, 337.
- C. Setterberg, Liebigs Ann. Química 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. Física. 1934, 92, 212.
- "Llama en el túnel", Der Spiegel 1988, 38.
- Primer jefe de policía de la jefatura de policía de Heilbronn, comunicación personal.
Texto con ligeros cambios tomados de:
https://faszinatio nchemie.de/wissen-und-ffekten/news/caesium-das-unedle-gold/
Fuente:
Muchas gracias al Dr. Alta.
Priv. Profesor Dr. Constantin Hoch
LMU Munich, Departamento de Química
Imágenes: ISE
