Caesium

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Februar 11, 2016 Ben Klinger C 0 158

Cäsium oder Cäsium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cs und der Ordnungszahl 55. Es ist ein weiches, silbrig-gold Alkalimetall mit einem Schmelzpunkt von 28 ° C, die es einer von nur fünf elementare Metalle, die bei oder nahe Raum Flüssigkeit macht Temperatur. Caesium ist ein Alkalimetall und besitzt ähnlich denen von Rubidium und Kalium, physikalischen und chemischen Eigenschaften. Das Metall ist extrem reaktiv und pyrophor, Reaktion mit Wasser selbst bei -116 ° C. Es ist die am wenigsten elektronegativen Element mit einem stabilen Isotop, Cäsium-133. Caesium ist meist aus Pollucit abgebaut, während die Radioisotope, insbesondere Cäsium-137, ein Spaltprodukt, aus Abfällen von Atomreaktoren produziert extrahiert.

Zwei deutsche Chemiker Robert Bunsen und Gustav Kirchhoff entdeckten Cäsium im Jahre 1860 von der neu entwickelten Methode der Flammenspektroskopie. Die erste kleine Anwendungen für Cäsium waren als "Getter" in Vakuumröhren und Fotozellen. Im Jahr 1967, basierend auf Einstein Definition der Lichtgeschwindigkeit als die konstante Abmessung im Universum wurde eine spezifische Frequenz aus dem Emissionsspektrum von Cäsium-133 ausgewählt, um in der Definition des zweiten von dem Internationalen Einheitensystem verwendet werden. Seitdem Cäsium wurde vielfach in der Atomuhren verwendet.

Seit den 1990er Jahren hat sich die größte Anwendung des Elements als Cäsiumformiat für Bohrflüssigkeiten gewesen. Es hat eine Reihe von Anwendungen in der Erzeugung von Strom, in der Elektronik und in der Chemie. Das radioaktive Isotop Cäsium-137 hat eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren und wird in medizinischen Anwendungen, Industrieanzeiger, und Hydrologie verwendet. Obwohl das Element nur leicht toxisch ist es ein gefährliches Material als Metall und seine Radioisotope stellen ein hohes Gesundheitsrisiko, wenn sie in die Umwelt freigesetzt.

Charakteristik

Physikalische Eigenschaften

Caesium ist ein sehr weiches, sehr duktil, blaß Metall, das in Gegenwart von Spurenmengen von Sauerstoff verdunkelt. Es hat einen Schmelzpunkt von 28,4 ° C, so dass es eines der wenigen elementaren Metallen, die Flüssigkeit in der Nähe von Raumtemperatur. Quecksilber ist das einzige elementare Metall mit einer bekannten niedrigeren Schmelzpunkt als Cäsium. Darüber hinaus hat das Metall einen eher niedrigen Siedepunkt 641 ° C, die niedrigste von allen anderen als Quecksilbermetallen. Seine Verbindungen zu verbrennen mit einem blauen oder violetten Farbe.

Caesium bildet Legierungen mit anderen Alkalimetallen, als auch mit Gold und Amalgame mit Quecksilber. Bei Temperaturen unter 650 ° C, ist es nicht mit Kobalt, Eisen, Molybdän, Nickel, Platin, Tantal oder Wolfram-Legierung. Es bildet gut definierte intermetallische Verbindungen mit Antimon, Gallium, Indium und Thorium, die lichtempfindlich sind. Es mischt sich mit all den anderen Alkalimetallen; und die Legierung mit einem molaren Verteilung von 41% Cäsium, 47% Kalium und 12% Natrium besitzt den niedrigsten Schmelzpunkt irgendeines bekannten Metalllegierung, bei -78 ° C. Ein paar Amalgame wurden untersucht: CsHg
2 ist schwarz mit einem violetten metallischen Glanz, während CsHg ist goldfarben, auch mit einem metallischen Glanz.

Chemische Eigenschaften

Caesium Metall hochreaktiven und sehr pyrophor. Zusätzlich zum Zünden der Luft spontan reagiert es auch bei niedrigen Temperaturen, um so mehr, als andere Mitglieder der ersten Gruppe des Periodensystems mit Wasser explosionsartig. Die Reaktion mit Wasservoll erfolgt bei Temperaturen von bis zu -116 ° C. Wegen seiner hohen Reaktivität ist die Metall als Gefahrgut eingestuft. Sie gespeichert und in trockenem gesättigten Kohlenwasserstoffen, wie Mineralöl geliefert. Ebenso muss es unter Schutzgas gehandhabt werden, wie Argon. Allerdings ist eine Cäsium-Wasser-Explosion oft weniger leistungsfähig als ein Natrium-Wasser-Explosion mit einer ähnlichen Menge an Natrium. Dies liegt daran, Cäsium explodiert augenblicklich bei Kontakt mit Wasser, so dass nur wenig Zeit für Wasserstoff zu akkumulieren. Caesium in vakuumversiegelten Borosilikatglas Ampullen gelagert werden. Die in Mengen von mehr als etwa 100 Gramm, ist Cäsium in luftdicht verschlossenen, rostfreien Stahlbehältern geliefert.

Die Chemie von Cäsium ist ähnlich derjenigen anderer Alkalimetalle, aber ist sehr ähnlich zu der von Rubidium, Cäsium Elements oberhalb des Periodensystems. Wie für ein Alkalimetall zu erwarten, ist der einzige gemeinsame Oxidationszustand +1. Einige kleine Unterschiede ergeben sich aus der Tatsache, dass es eine höhere Atommasse und ist elektropositiver als andere Alkalimetalle. Caesium ist das elektro stabile chemische Element. Das Cäsiumionen ist auch größer und weniger "hart" sind als die der leichteren Alkalimetallen.

Verbindungen

Die große Mehrheit der Cäsiumverbindungen das Element als Kation Cs + enthalten
, Die ionisch an eine Vielzahl von Anionen bindet. Eine bemerkenswerte Ausnahme ist durch die caeside Anion zur Verfügung gestellt. Weitere Ausnahmen sind die mehreren Suboxiden.

Wieder normalere Verbindungen sind Salze von Cs fast immer farblos, es sei denn das Anion selbst farbig ist. Viele der einfachen Salze hygroskopisch sind, aber weniger als die entsprechenden Salze der leichteren Alkalimetallen. Das Phosphat, Acetat, Carbonat, Halogenide, Oxid, Nitrat und Sulfat-Salze sind wasserlöslich. Doppelsalze sind oft weniger löslich und die geringe Löslichkeit Cesiumaluminiumsulfat wird bei der Reinigung von Cs aus seinen Erzen ausgebeutet. Das Doppelsalz mit Antimon, Wismut, Cadmium, Kupfer, Eisen und Blei sind auch schlecht löslich.

Caesiumhydroxid ist hygroskopisch und eine sehr starke Basis. Es ätzt rasch die Oberfläche des Halbleiter wie Silizium. CsOH zuvor von Chemikern als "stärksten Basis" angesehen, was auf die relativ schwache Anziehung zwischen dem großen Cs-Ionen und OH; es ist tatsächlich die stärkste Arrhenius Basis, aber eine Reihe von Verbindungen, die in wässriger Lösung, wie beispielsweise n-Butyllithium und Natriumamid existieren kann, sind einfach.

Eine stöchiometrische Mischung von Cäsium und Gold reagiert auf gelben Caesiumaurid beim Erhitzen zu bilden. Die Auridanion hier verhält sich wie ein Pseudo. Die Verbindung reagiert heftig mit Wasser, wodurch Cäsiumhydroxid, metallisches Gold, und Wasserstoffgas; in flüssigem Ammoniak kann es mit einer Cäsium-spezifischen Ionenaustauschharzes umgesetzt werden, um Tetramethylammoniumhydroxid Aurid herzustellen. Die analoge Platinverbindung, die rote Cäsium Platinid, enthält die Platinid Ionen, die als pseudochalcogen verhält.

Komplexe

Wie alle Metallkationen bildet Cs Komplexe mit Lewis-Basen in Lösung. Aufgrund seiner Größe, Cs nimmt normalerweise Koordinationszahlen größer als sechs-Koordination, die typisch für die leichteren Alkalimetallkationen ist. Dieser Trend wird durch die 8-Koordination in CsCl, gegen die von den anderen Alkalichloride angenommen Halit Motiv bereits sichtbar. Seiner hohen Koordinationszahl und die Weichheit sind die Basis für die Trennung von Cs von anderen Kationen, wie bei der Sanierung von nuklearen Abfällen, wobei CS von großen Mengen an nicht radioaktiven K. getrennt praktiziert

Halogenide

Caesiumfluorid ist ein hygroskopischer weißer Feststoff, die allgemein in Organofluorchemie als Quelle des Fluoridanion verwendet wird. Caesiumfluorid den Halit-Struktur, was bedeutet, dass die C und F-Pack in einer kubisch dichtesten gepackten Anordnung ebenso wie Na und Cl in Natriumchlorid. Es ist bemerkenswert, wie Cäsium und Fluor haben die niedrigsten und höchsten Elektronegativitäten jeweils unter allen bekannten Elementen.

Caesium Chlorid kristallisiert in der einfachen kubischen Kristallsystem. Auch als "Cäsiumchlorid-Struktur", diese Strukturmotiv eines primitiven kubischen Gitters mit einem Zweiatombasis zusammengesetzt, jede mit einem achtfacher Koordination; die Chloratome liegen auf der Gitterpunkte an den Kanten des Würfels, während die Cäsium-Atomen liegen, in die Löcher in der Mitte des Cubes. Diese Struktur wird mit CsBr und CsI, und viele andere Verbindungen, die nicht Cs enthalten, geteilt. Im Gegensatz dazu sind die meisten anderen Alkalihalogenide nehmen die Natriumchlorid-Struktur. Die CsCl-Struktur wird bevorzugt, da Cs einen Ionenradius von 174 pm und Cl-
 181 pm.

Oxide

Um so mehr, als die anderen Alkalimetalle Cäsium bildet zahlreiche binäre Verbindungen mit Sauerstoff. Wenn Cäsium brennt in Luft, das Superoxid CsO
2 ist das Hauptprodukt. Die "normale" Cäsiumoxid bildet gelborange hexagonale Kristalle, und ist das einzige Oxid der Anti CdCl
2 Art. Es verdampft bei 250 ° C und zersetzt Cäsiummetall und dem Peroxid Cs
2O
2 bei Temperaturen oberhalb von 400 ° C. Abgesehen von der Superoxid und Ozonids CsO
3, mehrere bunte Suboxiden wurden ebenfalls untersucht. Dazu gehören Cs
7O, Cs
4A, Cs
11O
3, Cs
3O, CSO, Cs
3O
2 sowie Cs
7O
2. Diese kann unter Vakuum zu erzeugen, Cs erhitzt werden
2O. Binäre Verbindungen mit Schwefel, Selen und Tellur existieren.

Isotopes

Caesium hat eine Gesamtfläche von 39 bekannten Isotope, die in ihrer Massenzahl von 112 auf 151. Mehrere von ihnen sind aus leichteren Elementen durch die langsame Neutroneneinfang Prozess in alten Sternen, sowohl innerhalb als auch Supernova-Explosionen synthetisiert reichen. Allerdings ist die einzige stabile Isotop Cäsium Cs, die 78 Neutronen. Obwohl es eine große Kernspin können magnetische Kernresonanzuntersuchungen mit diesem Isotop mit einer Resonanzfrequenz von 11,7 MHz durchgeführt werden.

Die radioaktive Cs hat eine sehr lange Halbwertszeit von etwa 2,3 Millionen Jahren längste aller radioaktiven Isotope von Cäsium. Cs und Cs haben Halbwertszeiten von 30 und zwei Jahre sind. Cs zersetzt, um eine kurzlebige Ba durch Beta-Zerfall, und dann an nicht-radioaktivem Barium, während Cs verwandelt sich in Ba direkt. Die Isotope mit Massenzahlen von 129, 131, 132 und 136 haben Halbwertszeiten zwischen einem Tag und zwei Wochen, während die meisten anderen Isotope haben Halbwertszeiten von wenigen Sekunden bis zu Bruchteilen einer Sekunde. Es gibt mindestens 21 metastabilen Kern Isomeren. Außer Cs, alle sind sehr instabil und zerfallen mit Halbwertszeiten von wenigen Minuten oder weniger.

Das Isotop Cs ist eine der langlebigen Spaltprodukte von Uran, die in Kernreaktoren zu bilden. Allerdings ist seine Spaltproduktausbeute in den meisten Reaktoren verringert, weil sein Vorgänger, Xe, ist ein äußerst starker Neutronengift und verwandelt häufig stabile Xe, bevor es an Cs zerfallen.

Wegen seiner Beta-Zerfall ist Cs ein starker Emitter von Gammastrahlung. Seine Halbwertszeit macht es die Hauptmittel lebten Spaltprodukt zusammen mit Sr beide sind für die Radioaktivität von verbrauchtem Kernbrennstoff nach mehreren Jahren der Kühlung bis zu mehreren hundert Jahren nach der Verwendung verantwortlich. Zum Beispiel Cs zusammen mit Sr derzeit erzeugen die größte Quelle von Radioaktivität in der Gegend um Tschernobyl generiert. Es ist nicht möglich, von Cs durch Neutroneneinfang verfügen und als Ergebnis ist es muss erlaubt zerfallen werden.

Fast alle Cäsium aus Kernspaltung erzeugten kommt von Beta-Zerfall von ursprünglich mehr neutronenreiche Spaltprodukte, die durch verschiedene Isotope von Jod und Xenon. Da Jod und Xenon sind flüchtig und können über Kernbrennstoff oder Luft diffundieren, radioaktives Cäsium ist oft weit entfernt von der Original-Website von Spalt erstellt. Mit dem Beginn der Atomwaffentests in der Umgebung von 1945 wurde Cs in die Atmosphäre freigesetzt und dann auf die Oberfläche der Erde zurückgegeben als Bestandteil des radioaktiven Fallout.

Auftreten

Caesium ist ein relativ seltenes Element, wie es wird geschätzt, dass in der Erdkruste durchschnittlich etwa 3 Teilen pro Million. Dies macht es der 45. häufigste aller Elemente und die 36. von allen Metallen. Dennoch ist es häufiger als Elemente wie Antimon, Cadmium, Zinn und Wolfram, und zwei Grßenordnungen häufiger als Quecksilber oder Silber, aber 3,3% so reichlich wie Rubidium, mit dem es so eng chemisch assoziiert.

Aufgrund ihrer großen Ionenradius ist Cäsium einer der "unvereinbare Elemente". Während Magma Kristallisation wird Cäsium in der flüssigen Phase konzentriert und kristallisiert letzten. Daher sind die größten Vorkommen von Cäsium sind Zone Pegmatit Erzkörper von diesem Anreicherungsprozess gebildet. Weil Cäsium nicht für Kalium als leicht ebenso wie Rubidium substituieren kann die Alkali evaporite Mineralien Sylvin und Carnallit nur 0,002% Cäsium enthalten. Folglich wird Cs in wenigen Mineralien gefunden. Prozentualen Mengen von Cäsium in Beryll gefunden werden
6) und Avogadrit BF
4), bis zu 15 Gew% Cs2O in der eng verwandten Mineral Pezzottait Al2Si6O18), bis zu 8,4 Gew% Cs2O in dem seltenen Mineral londonite Al
4BE
4
12O
28), und weniger in der weiter verbreitet rhodizite. Die einzige wirtschaftlich wichtige Quelle für mineralische Caesium ist Pollucit Cs, die an einigen Stellen auf der ganzen Welt in Zonen aufgeteilt Pegmatiten gefunden wird, und ist mit der kommerziell wichtigen Lithium-Mineralien Lepidolith und Petalit verbunden. Innerhalb der Pegmatiten, die große Korngröße und die starke Trennung der Mineralstoffe zu erstellen hochgradigem Erz für den Bergbau.

Einer der weltweit bedeutendsten und reichsten Quellen des Metalls ist die Tanco Mine bei Bernic See in Manitoba, Kanada. Die Ablagerungen gibt es schätzungsweise 350.000 t Polluciterz, die mehr als zwei Drittel der Weltreservebasis darstellen, enthalten. Obwohl die stöchiometrischen Gehalt an Cäsium in Pollucit ist 42,6% reines Pollucit Proben aus dieser Lagerstätte enthalten nur ca. 34% Cäsium, während das Durchschnittsgehalt 24 Gew%. Kommerzielle Pollucit enthält über 19% Cäsium. Die Bikita Pegmatit Kaution in Simbabwe ist für seine Petalit abgebaut, aber es enthält auch eine erhebliche Menge an Pollucit. Bemerkenswerte Mengen Pollucit werden auch in der Karibib-Wüste, Namibia abgebaut. Beim derzeitigen Tempo der Weltminenproduktion von 5 bis 10 Tonnen pro Jahr, werden Rückstellungen für Tausende von Jahren dauern.

Herstellung

Der Abbau von Polluciterz ist ein selektiver Prozess und wird auf einem kleinen Maßstab im Vergleich zu den meisten Metallbergbaubetrieb durchgeführt. Das Erz wird zerkleinert, von Hand sortiert, sondern in der Regel nicht eingeengt und dann gemahlen. Säureaufschluss, alkalische Zersetzung und Direktreduktion: Caesium wird dann aus Pollucit hauptsächlich durch drei Methoden extrahiert.

In der Säureaufschluss wird das Silikat Pollucit Felsen mit starken Säuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Bromwasserstoffsäure oder Fluorwasserstoffsäure gelöst. Mit Salzsäure wird eine Mischung von löslichen Chloriden hergestellt und die unlöslichen Chloriddoppelsalze von Cäsium als Cäsiumantimonchlorid, Cäsiumchlorid, Jod oder Cäsium hexachlorocerate) gefällt. Nach der Trennung wird die reine gefällte Doppelsalz zerlegt, und rein CsCl wird nach Verdampfen des Wassers erhalten. Das Verfahren unter Verwendung von Schwefelsäure ergibt die unlösliche Doppelsalz direkt als Cäsiumalaun
2 · 12H
2O). Das Aluminiumsulfat wird an den unlöslichen Aluminiumoxid durch Rösten des Alauns mit Kohlenstoff umgewandelt und das resultierende Produkt wird mit Wasser zu einer Cs Ausbeute gelaugt
2SO
4-Lösung.

Das Rösten von Pollucit mit Calciumcarbonat und Calciumchlorid Ausbeuten unlöslichen Calciumsilikate und lösliche Cäsiumchlorid. Auslaugen mit Wasser oder verdünnter Ammoniakausbeuten dann eine verdünnte Salzlösung. Diese Lösung kann verdampft werden, um Cäsiumchlorid zu produzieren oder in Cäsiumalaun oder Cäsiumcarbonat umgewandelt. Wenn auch nicht kommerziell durchführbar, direkten Reduktion des Erzes mit Kalium, Natrium oder Calcium im Vakuum kann Cäsium Metall direkt zu erzeugen.

Die meisten der abgebauten Cäsium direkt in Cäsiumformiat für Anwendungen wie Ölbohrungen umgewandelt. Um die Entwicklung von Markt zu versorgen, Cabot Corporation errichtet eine Produktionsanlage im Jahr 1997 an der Tanco Mine in der Nähe Bernic See in Manitoba, mit einer Kapazität von 12.000 Barrel pro Jahr Cäsiumformiat Lösung. Die primären kleineren kommerziellen Verbindungen von Cäsium sind Cäsiumchlorid und dessen Nitrat.

Alternativ kann Cäsiummetall aus den gereinigten Verbindungen aus dem Erz stamm erhalten werden. Caesiumchlorid und die anderen Cäsiumhalogenide ebenso kann bei 700 bis 800 ° C mit Kalzium oder Barium reduziert werden, gefolgt von einer Destillation des Cäsiummetall. In gleicher Weise kann das Aluminat, Carbonat oder Hydroxid von Magnesium reduziert werden. Das Metall kann auch durch Elektrolyse von geschmolzenem Cäsium Cyanid isoliert werden. Außergewöhnlicher Reinheit und gasfreies Cäsium kann durch thermische Zersetzung bei 390 ° C von Cäsium Azid CsN erfolgen
3, die aus wässrigen Cäsiumsulfat und Bariumsulfat Azid hergestellt wird. In Vakuumanwendungen kann Cäsium Dichromat mit Zirkon bilden reinen Cäsiummetall ohne andere gasförmige Produkte umgesetzt werden.

Der Preis von 99,8% reinem Cäsium im Jahr 2009 war etwa 10 US $ pro Gramm, aber die Verbindungen deutlich billiger sind.

Geschichte

1860 Robert Bunsen und Gustav Kirchhoff entdeckten Cäsium in der Mineralwasser aus Dürkheim, Deutschland. Aufgrund der hellen blauen Linien in seinem Emissionsspektrum, wählten sie den Namen von dem lateinischen Wort caesius abgeleitet und bedeutet himmelblauen. Caesium war das erste Element, um nur ein Jahr nach der Erfindung des Spektroskops von Bunsen und Kirchhoff spektroskopisch entdeckt zu werden.

Um eine reine Probe von Cäsium zu erhalten, mussten 44.000 Liter Mineralwasser zu verdampfenden bis 240 Kilogramm des konzentrierten Salzlösung zu erhalten. Die Erdalkalimetalle entweder als Sulfate oder Oxalate gefällt, so dass das Alkalimetall in der Lösung. Nach der Umwandlung in Nitrate und Extraktion mit Ethanol, wurde eine natriumfreie Mischung erhalten. Aus diesem Gemisch wurde das Lithium durch Ammoniumcarbonatlösung ausgefällt. Kalium, Rubidium und Cäsium bilden unlösliche Salze mit Chlorplatinsäure, aber diese Salze zeigen einen leichten Unterschied in der Löslichkeit in heißem Wasser. Daher konnte die weniger lösliche Cäsium und Rubidium Hexachloroplatinat 2PtCl6) durch fraktionierte Kristallisation erhalten werden. Nach der Reduktion des Hexachloroplatinat mit Wasserstoff, Cäsium und Rubidium könnte durch den Unterschied in der Löslichkeit der Carbonate in Alkohol abgetrennt werden. Das Verfahren ergab 9,2 g von Rubidium Chlorid und 7,3 g Cäsiumchlorid aus den ersten 44.000 Liter Mineralwasser.

Die beiden Wissenschaftler nutzten die so erhaltene, das Atomgewicht des neuen Elements auf 123,35 schätzen Cäsiumchlorid. Sie versuchten elementaren Cäsium durch Elektrolyse von geschmolzenem Cäsiumchlorid zu erzeugen, sondern aus einem Metall, einem blauen homogene Substanz, die "noch unter dem bloßen Auge noch unter dem Mikroskop" zeigte die geringste Spur von metallischen Substanz "erhalten sie, als ein Ergebnis, sie zugewiesen als Subchlorid. In Wirklichkeit wurde das Produkt wahrscheinlich eine kolloidale Mischung des Metalls und Cäsiumchlorid. Die Elektrolyse der wßrigen Lösung von Chlor mit einer Quecksilber Anode erzeugt eine Cäsium Amalgam, das leicht unter wässrigen Bedingungen zerlegt. Für die reine Metall wurde schließlich von dem deutschen Chemiker Carl Setterberg isoliert während der Arbeit an seiner Promotion mit Kekulé und Bunsen. Im Jahr 1882 produzierte er Cäsiummetall durch Elektrolyse von Cäsium Cyanid, und damit die Probleme mit dem Chlorid vermeiden.

Historisch ist der wichtigste Anwendung für Cäsium in Forschung und Entwicklung in erster Linie in der chemischen und elektrischen Feldern gewesen. Nur sehr wenige Anwendungen existiert für Cäsium, bis die 1920er Jahre, als es geschah im Radio Vakuumröhren verwendet werden. Es hatte zwei Funktionen; als Getter, entfernte es überschüssigem Sauerstoff nach der Herstellung und als Beschichtung auf der geheizten Kathode, die elektrische Leitfähigkeit erhöht sie. Caesium nicht als Hochleistungsindustriemetall bis 1950 anerkannt zu werden. Anwendungen von nicht-radioaktiven Cäsium enthalten Photozellen, Photomultiplier-Röhren, optischen Komponenten des Infrarot-Spektralphotometer, Katalysatoren für verschiedene organische Reaktionen, Kristalle für Szintillationszählern und in magnetohydroStromGeneratoren.

Seit 1967 hat das internationale System der Maße ihre Zeiteinheit, die zweite, von den Eigenschaften des Cäsium basiert. Das Internationale Einheitensystem definiert die zweite als 9192631770 Zyklen der Strahlung, die auf den Übergang zwischen zwei hyperfeinen Energieniveaus im Grundzustand des Cäsium-133-Atom korrespondiert. Die 13. Generalkonferenz für Maß und Gewicht des Jahres 1967 definiert eine zweite als: "die Dauer 9192631770 Zyklen von Mikrowellen Licht durch die Hyperfeinübergang von Cäsium-133-Atome im Grundzustand durch äußere Felder ungestört absorbiert oder emittiert".

Anwendungen

Erdölexploration

Die größte aktuelle Endverwendung von nicht-radioaktiven Cäsium in Cäsiumformiat basierten Bohrspülungen für die mineralgewinnenden Öl-Industrie. Wässrige Lösungen von Cäsiumformiat durch Umsetzung Cäsiumhydroxid mit Ameisensäure hergestellt wurden in die Mitte der 1990er Jahre zum Einsatz als Erdölbohrsystem und Komplettierungsflüssigkeiten entwickelt. Die Funktion Cäsiumformiat als Bohrflüssigkeit auf Bohrmeißel zu schmieren, um Bohrklein an die Oberfläche zu bringen und Druck auf die Formation während des Bohrens des Bohrlochs zu halten. Als Fertigstellungsfluid, das die Einlagerung von Steuerungshardware nach dem Bohren, aber vor der Herstellung hilft, ist die Funktion der Cäsiumformiat, um den Druck aufrecht zu erhalten.

Die hohe Dichte des Cäsium Formiatsalzlösung, gekoppelt mit der relativ gutartigen Natur der meisten Cäsiumverbindungen, verringert das Erfordernis für toxische hoher Dichte Schwebstoffe in der Bohrflüssigkeit einen bedeutenden technologischen, Technik und Umwelt von Vorteil. Im Gegensatz zu den Komponenten der vielen anderen schweren Flüssigkeiten ist Cäsiumformiat relativ umweltfreundlich. Cäsium Formiatsalzlösung mit Kalium- und Natrium Formiate gemischt werden, um die Dichte der Fluide bis zu derjenigen von Wasser zu verringern. Weiterhin ist es biologisch abbaubar und regenerierbar und kann recycelt werden, was angesichts der hohen Kosten von Bedeutung ist. Alkali Formiate sind sicher zu handhaben und nicht die Herstellung Bildung oder Bohrloch-Metallen als ätzend alternative, hochdichten Salzlösungen manchmal tun beschädigen; sie erfordern auch weniger Bereinigung und Reduzierung der Entsorgungskosten.

Atomuhren

Caesium-basierten Atomuhren beobachten, elektromagnetische Übergänge in der Hyperfeinstruktur von Cäsium-133-Atome und verwenden Sie es als Bezugspunkt. Die erste genaue Cäsium-Uhr wurde von Louis Essen im Jahre 1955 an der National Physical Laboratory in Großbritannien errichtet. Sie haben wiederholt im letzten halben Jahrhundert verbessert worden, und bilden die Grundlage für die standardkonforme Zeit- und Frequenzmessungen. Diese Takte messen Frequenz mit einem Fehler von 2 bis 3 Teile in 10, die zu einer Zeitmessgenauigkeit von 2 Nanosekunden pro Tag oder einer Sekunde in 1.400.000 Jahre entsprechen würde. Die neuesten Versionen sind genau auf besser als 1 in 10, das heißt, sie durch ca. 2 Sekunden seit dem Aussterben der Dinosaurier vor 66.000.000 Jahre sein würde, und wurde als "die genaueste Realisierung einer Einheit, die die Menschheit angesehen noch nicht erreicht. "

Caesium Uhren werden auch in Netzwerken, die den Zeitpunkt der Handy-Getriebe und den Informationsfluss im Internet zu überwachen verwendet.

Elektrische Leistung und Elektronik

Caesium Dampf thermionische Generatoren sind Low-Power-Geräte, die Wärmeenergie in elektrische Energie umzuwandeln. In der Zwei-Elektroden-Vakuumröhrenwandler neutralisiert es die Raumladung, die aufbaut in der Nähe der Kathode, und dabei, den Stromfluss erhöht sie.

Caesium ist auch wichtig für die Photoemissionseigenschaften, durch die Lichtenergie, um den Elektronenfluss umgewandelt. Es ist in photoelektrischen Zellen, da Cäsium-basierten Kathoden, wie die intermetallische Verbindung K verwendet
2CsSb, haben niedrige Schwellenspannung für die Emission von Elektronen. Die Palette der Photoemissionseinrichtungen mit Cäsium umfassen optische Zeichenerkennung Geräte, Photomultiplier-Röhren, und Video-Kamera Röhren. Dennoch können Germanium, Rubidium, Selen, Silicium, Tellur, und einige andere Elemente Cäsium in lichtempfindlichen Materialien zu ersetzen.

Caesiumiodid, Bromid und Cäsiumfluorid-Kristalle für Szintillatoren in Szintillationszählern weit in Bodenschätzen und Teilchenphysikforschung verwendet verwendet, da sie für die Detektion von Röntgen- und Gammastrahlung gut geeignet sind. Cäsium, wobei ein schweres Element, sorgt für eine gute Bremsleistung, einen Beitrag zur besseren Detektivität. Cäsium-Verbindungen kann auch eine schnellere Reaktion und weniger hygroskopisch.

Caesium Dampf wird in vielen gemeinsamen Magnetometer verwendet. Das Bauteil auch als ein interner Standard in Spektrophotometrie verwendet wird. Wie andere Alkalimetalle Cäsium hat eine große Affinität zu Sauerstoff und wird als "Getter" in Vakuumröhren verwendet. Andere Verwendungen des Metalls umfassen Hochenergie-Laser, Dampf Glimmlampen und Dampfgleichrichter.

Zentrifugation Flüssigkeiten

Aufgrund ihrer hohen Dichte werden Lösungen von Cäsiumchlorid, Cäsiumsulfat und Cäsium trifluoracetat) allgemein in der Molekularbiologie für die Dichte-Ultrazentrifugation verwendet. Diese Technologie ist in erster Linie auf die Isolierung von viralen Partikeln, subzellulären Organellen und Fraktionen und Nukleinsäuren aus biologischen Proben aufgetragen.

Chemische und medizinische Zwecke

Relativ wenige chemische Anwendungen bestehen für Cäsium. Dotierung mit Cäsiumverbindungen wird verwendet, um die Wirksamkeit der verschiedenen Metallionen-Katalysatoren bei der Herstellung von Chemikalien, wie Acrylsäure, Anthrachinon, Ethylenoxid, Methanol, Phthalsäureanhydrid, Styrol, Methylmethacrylat-Monomeren und verschiedenen Olefinen zu verbessern. Es wird auch bei der katalytischen Umsetzung von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid bei der Herstellung von Schwefelsäure verwendet wird.

Caesiumfluorid genießt Nischen Einsatz in der organischen Chemie als Basis oder als wasserfreie Fluoridionenquelle. Caesium Salze ersetzen manchmal Kalium- oder Natriumsalze in der organischen Synthese, wie Cyclisierung, Veresterung und Polymerisation. Es hat sich auch in thermo Strahlungsdosimetrie verwendet: Wenn der Strahlung ausgesetzt, Kristalldefekte, die, wenn sie erhitzt werden, dann holen unter Aussendung von Licht in einem angemessenen Verhältnis zur empfangenen Dosis erwirbt sie. Somit Messen der Lichtimpuls mit einer Photomultiplier-Röhre, kann sich das akkumulierte Strahlendosis zu quantifizieren.

Kern- und Isotopenanwendungen

Caesium-137 ist ein sehr häufig Radioisotop als gamma-Emitter in industriellen Anwendungen eingesetzt. Seine Vorteile sind: eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren, die Verfügbarkeit von dem Kernbrennstoffkreislauf, und mit Ba als stabiles Endprodukt. Die hohe Wasserlöslichkeit ist ein Nachteil, die er mit großem Pool Strahler für Lebensmittel und medizinische Versorgung unvereinbar macht. Es wurde in der Landwirtschaft, Krebsbehandlung, sowie die Sterilisation von Lebensmitteln, Klärschlamm und chirurgischen Geräten verwendet worden. Radioaktive Isotope Cäsium in Strahlungsvorrichtungen wurden in der Medizin verwendet werden, um bestimmte Typen des Krebses zu behandeln, aber Entstehung bessere Alternativen und die Verwendung von wasserlöslichen Cäsiumchlorid in den Quellen, die weitreichende Kontamination schaffen könnten, allmählich legte einige diese Cäsiumquellen außer Betrieb. Cäsium 137 hat in einer Vielzahl von industriellen Messlehren, einschließlich Feuchtigkeit, Dichte, Nivellierung und Dickenmessgeräte eingesetzt. Es wurde auch in Bohrlochmessvorrichtungen zur Messung der Elektronendichte der Gesteinsformationen, die analog zu der Schüttdichte der Formationen verwendet worden.

Isotop 137 ist auch in hydrologischen Untersuchungen analog zu denjenigen mit Tritium verwendet. Es ist eine Tochter Produkt der Kernspaltung Reaktionen. Mit dem Beginn der Atomtests in der Umgebung von 1945 und weiter bis Mitte der 1980er Jahre, wurde Cäsium-137 in die Atmosphäre, wo es leicht in Lösung absorbiert wird freigegeben. Bekannte von Jahr zu Jahr Schwankungen innerhalb dieser Frist ermöglicht Korrelation mit Boden- und Sedimentschichten. Caesium-134 und in einem geringeren Ausmaß Cäsium-135, sind ebenfalls in der Hydrologie als Maß für Cäsium Ausgabe durch die Kernkraftindustrie eingesetzt. Während sie sind weniger verbreitet als entweder Cäsium-133 oder Cäsium-137, haben diese Isotope den Vorteil, dass ausschließlich aus anthropogenen Quellen produziert.

Andere Verwendungen

Caesium und Quecksilber wurden als Treibmittel in der frühen Ionentriebwerke für Raumfahrtantriebe auf sehr langen interplanetaren Missionen oder extraplanetary gestaltet verwendet. Die Ionisierung erfolgt auch die äußeren Elektronenstrahlen vom Treibmittel bei Kontakt mit einer Wolframelektrode, die Spannung war zu strippen. Bedenken wegen der korrodierenden Wirkung von Cäsium auf Raumfahrzeugkomponenten haben die Entwicklung in Richtung der Verwendung von Inertgas-Treibgase, wie Xenon geschoben; Das ist einfacher, in Boden-Tests zu behandeln und hat weniger Potenzial, mit dem Raumfahrzeug stören. Schließlich Xenon wurde in der experimentellen Raumsonde Deep Space 1 im Jahr 1998. Dennoch Feldemissions elektrischen Antriebswerke, die ein einfaches System der Beschleunigungsflüssigkeit Metallionen zu verwenden, wie beispielsweise von Cäsium, um Schub zu erstellen wurden gebaut gestartet eingesetzt.

Caesiumnitrat wird als ein Oxidationsmittel verwendet und pyroteECHNISCHE Färbemittel zu Silizium im Infrarotleuchten, wie die LUU-19 Fackel zu brennen, da er viel von seinem Licht emittiert im nahen Infrarotspektrum. Caesium verwendet worden ist, um die Radarsignatur Abgasschwaden in der SR-71 Black militärischen Flugzeugen zu reduzieren. Caesium zusammen mit Rubidium, wurde als Carbonat zu Glas hinzugefügt werden, da es reduziert die elektrische Leitfähigkeit und verbessert die Stabilität und Haltbarkeit der Faseroptik und Nachtsichtgeräte. Caesiumfluorid oder Cäsiumaluminiumfluorid in Flußmittel zum Löten von Aluminium-Legierungen, die Magnesium enthalten, formuliert verwendet.

Prognosen

Magnetohydroenergieerzeugungssysteme erforscht, aber versäumt, eine breite Akzeptanz zu gewinnen. Caesium Metall auch als Arbeitsfluid in Hochtemperatur-Rankine-Kreisturbogeneratoren in Betracht gezogen. Caesium-Salze wurden ausgewertet hock Reagenzien nach der Verabreichung von Arsen Medikamenten verwendet werden. Wegen ihrer Wirkung auf die Herzrhythmen, jedoch sind sie weniger wahrscheinlich als Kalium- oder Rubidiumsalze eingesetzt werden. Sie haben auch zur Behandlung von Epilepsie.

Gesundheits- und Sicherheitsrisiken

Cäsium-Verbindungen werden nur selten von den meisten Menschen begegnet, aber die meisten sind aufgrund der chemischen Ähnlichkeit von Cäsium zu Kalium leicht giftig. Einwirkung großer Mengen an Cäsiumverbindungen Hyperirritabilität und Krämpfe verursachen, aber die genannten Mengen normalerweise nicht in natürlichen Quellen begegnet werden kann, ist Cäsium keine große chemische Umweltschadstoff. Die mittlere letale Dosis Wert für Cäsiumchlorid bei Mäusen liegt bei 2,3 g pro Kilogramm, die vergleichbar mit den LD50-Werte von Kaliumchlorid und Natriumchlorid.

Caesium Metall eines der reaktiven Elemente und hochexplosiv ist, wenn es mit Wasser in Berührung kommt. Die durch die Reaktion erzeugte Wasserstoffgas wird durch die Wärmeenergie zur selben Zeit freigesetzt wird, wodurch die Zündung und eine heftige Explosion erhitzt. Dies kann mit anderen Alkalimetallen auftreten, aber Cäsium ist so stark, dass dieses explosive Reaktion kann auch durch kaltes Wasser ausgelöst werden. Der Selbstentzündungstemperatur von Cäsium ist ebenfalls -116 ° C, so ist es sehr pyrophor, und zündet explosionsartig in Luft auf Cäsiumhydroxid und verschiedene Oxide zu bilden. Caesiumhydroxid ist eine sehr starke Basis, und wird schnell korrodieren Glas.

Die Isotope 134 und 137 in der Biosphäre in kleinen Mengen durch menschliche Aktivitäten vorhanden sind und stellen eine Radioaktivitätsbelastung, die je nach Standort unterschiedlich. Radiocaesium nicht im Körper so effektiv wie viele andere Spaltprodukte ansammeln. Etwa 10% der absorbierten Radiocäsium Wäschen aus dem Körper relativ schnell in Schweiß und Urin. Die restlichen 90% eine biologische Halbwertszeit zwischen 50 und 150 Tagen. Radiocäsium folgt Kalium und neigt dazu, in Pflanzengeweben, einschließlich Obst und Gemüse zu sammeln. Pflanzen absorbieren Cäsium unterschiedlich, einige nicht absorbieren es viel, und einige nehmen es große Mengen, manchmal die Anzeige großer Widerstand gegen sie. Es ist auch gut dokumentiert, dass Pilze aus kontaminierten Wäldern akkumulieren Radiocäsium in ihrem Pilzsporenfrüchte. Akkumulation von Cäsium-137 in Seen ist ein besorgnis nach der Katastrophe von Tschernobyl. Versuche mit Hunden zeigten, dass eine einzige Dosis von 3,8 Millicurie pro Kilogramm letal ist innerhalb von drei Wochen; kleinere Mengen können Unfruchtbarkeit und Krebs verursachen. Die Internationale Atomenergie-Organisation und anderen Quellen haben davor gewarnt, dass radioaktive Materialien, wie Cäsium-137, konnte in der radiologischen Dispersionsvorrichtungen oder "schmutzige Bomben" verwendet werden.

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