Caesi – Wikipedia tiếng Việt

Caesi (tiếng Anh: cesium, tiếng Latinh: “caesius”)[ghi chú 1] là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Cs và số nguyên tử bằng 55. Nó là một kim loại kiềm mềm, màu hồng lá cây, và với điểm nóng chảy là 28 °C (83 °F) khiến cho nó trở thành một trong các kim loại ở dạng lỏng tại hay gần nhiệt độ phòng.[ghi chú 2] Caesi là một kim loại kiềm, có tính chất vật lý và hóa học giống với rubidi, kali; là kim loại hoạt động mạnh, có khả năng tự cháy, phản ứng với nước thậm chí ở nhiệt độ −116 °C (−177 °F). Nó là nguyên tố có độ âm điện thấp thứ hai sau franci, và chỉ có một đồng vị bền là caesi-133. Caesi được khai thác trong mỏ chủ yếu từ khoáng chất pollucit, trong khi các đồng vị phóng xạ khác, đặc biệt là caesi-137 – một sản phẩm phân hạch hạt nhân, được tách ra từ chất thải của các lò phản ứng hạt nhân.

Nhà hóa học người Đức Robert Bunsen và nhà vật lý học Gustav Kirchhoff đã phát hiện ra caesi năm 1860 bằng một giải pháp mới được tăng trưởng là ” quang phổ phát xạ nung bằng ngọn lửa “. Các ứng dụng quy mô nhỏ tiên phong của caesi là ” chất bắt giữ ” trong ống chân không và trong tế bào quang điện. Năm 1967, dựa trên nguyên tắc của Einstein về sự không đổi của vận tốc ánh sáng trong ngoài hành tinh, Ủy ban Quốc tế về Cân đo đã tách biệt hệ đếm 2 sóng riêng không liên quan gì đến nhau từ quang phổ phát xạ của caesi-133 để đồng định nghĩa giây và mét trong hệ SI. Từ đó caesi được ứng dụng thoáng rộng trong những đồng hồ đeo tay nguyên tử độ đúng mực cao .Từ thập niên 1990, ứng dụng của nguyên tố này trên quy mô lớn nhất là caesi format trong dung dịch khoan. Nó có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật điện, điện tử, và hóa học. Đồng vị phóng xạ caesi-137 có chu kỳ luân hồi bán rã khoảng chừng 30 năm và được sử dụng trong y học, thiết bị đo công nghiệp và thủy văn. Mặc dù nguyên tố chỉ có độ độc tính trung bình, nó là vật tư nguy cơ tiềm ẩn ở dạng sắt kẽm kim loại và những đồng vị phóng xạ của nó tác động ảnh hưởng đến sức khỏe thể chất cao nếu được phóng thích ra thiên nhiên và môi trường .

Tính chất vật lý[sửa|sửa mã nguồn]

Y-shaped yellowish crystal in glass ampoule, looking like the branch of a pine tree

Caesi-133 độ tinh khiết cao được bảo quản trong argon

Caesi là một sắt kẽm kim loại có màu nhạt rất dẻo, độ cứng thấp và rất mềm ( độ cứng của nó là 0,2, là nguyên tố mềm nhất ), nó chuyển sang màu tối khi xuất hiện oxy ở dạng vết. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] Caesi có điểm nóng chảy ở 28,4 °C ( 83,1 °F ), là một trong ít những sắt kẽm kim loại nguyên tố ở dạng lỏng trong điều kiện kèm theo gần nhiệt độ phòng. Thủy ngân là sắt kẽm kim loại nguyên tố duy nhất có điểm nóng chảy thấp hơn caesi. [ ghi chú 3 ] [ 13 ] Thêm vào đó, sắt kẽm kim loại caesi có điểm sôi khá thấp, 641 °C ( 1.186 °F ), thấp nhất trong tổng thể những kim loại trừ thủy ngân. [ 14 ] Các hợp chất của nó cháy cho ngọn lửa màu xanh dương [ 15 ] [ 16 ] hoặc tím. [ 16 ]
Mẫu caesi được dùng trong giảng dạy

Caesi tạo hợp kim với các kim loại kiềm khác, cũng như với vàng, và tạo hỗn hống với thủy ngân. Ở nhiệt độ dưới 650 °C (1.202 °F), nó không tạo hợp kim với coban, sắt, molypden, niken, platin, tantalum hay wolfram. Nó tạo thành các hợp chất đa kim với antimon, galli, indi và thori, có tính cảm quang.[9] Caesi tạo hỗn hợp với tất cả kim loại kiềm, trừ lithi; hợp kim với tỉ lệ mol chiếm 41% caesi, 47% kali, và 12% natri có điểm nóng chảy thấp nhất trong bất kỳ hợp kim kim loại nào đã được biết đến, ở −78 °C (−108 °F).[13][17] Một vài hỗn hống đã được nghiên cứu như: CsHg
2 có màu đen tạo ra ánh kim màu tía, trong khi CsHg có màu vàng ánh bạc.[18]

Tính chất hóa học[sửa|sửa mã nguồn]

Kim loại caesi có độ hoạt động giải trí mạnh và tự bốc cháy. Nó phản ứng nổ với nước thậm chí còn ở nhiệt độ thấp, mạnh hơn những sắt kẽm kim loại khác trong nhóm 1. [ 9 ] Phản ứng với nước đá ở nhiệt độ thấp − 116 °C ( − 177 °F ). [ 13 ] Do có tính hoạt động giải trí mạnh, sắt kẽm kim loại caesi được xếp vào nhóm vật tư nguy cơ tiềm ẩn. Nó được trữ và luân chuyển trong hydrocarbon khô, như dầu khoáng. Tương tự, nó phải được giải quyết và xử lý trong khí trơ như argon. Tuy nhiên, phản ứng nổ caesi-nước thường ít mạnh hơn phản ứng nổ natri-nước với cùng một lượng natri. Điều này là do caesi phát nổ ngay lập tức khi tiếp xúc với nước, nên có ít thời hạn để tích tụ hydro. [ 19 ] Caesi hoàn toàn có thể được chứa trong ống thủy tinh borosilicat được hút chân không. Với một lượng hơn 100 gram ( 3,5 oz ), caesi được luân chuyển trong những thùng chứa bằng thép không gỉ được bịt kín. [ 9 ]Tính chất hóa học của caesi tương tự như những sắt kẽm kim loại kiếm khác như gần với đặc thù của rubidi hơn. [ 20 ] Là một sắt kẽm kim loại kiềm, trạng thái oxy hóa thông dụng của nó là + 1. [ ghi chú 4 ] Có 1 số ít độc lạ nhỏ từ thực tiễn rằng nó khối lượng nguyên tử lớn hơn và độ dương điện lớn hơn so với những sắt kẽm kim loại kiềm khác. [ 22 ] Caesi là nguyên tố hóa học có độ dương điện cao nhất. [ ghi chú 5 ] [ 13 ] Ion caesi cũng lớn hơn và ít ” cứng ” hơn so với những sắt kẽm kim loại kiềm nhẹ hơn .
27 small gray spheres in 3 evenly spaced layers of nine. 8 spheres form a regular cube and 8 of those cubes form a larger cube. The gray spheres represent the cesium atoms. The center of each small cube is occupied by a small green sphere representing a chlorine atom. Thus, every chlorine is in the middle of a cube formed by cesium atoms and every cesium is in the middle of a cube formed by chlorine. Mô hình tinh thể lập phương của Cs và Cl trong CsCl

Phần lớn các hợp chất của caesi chứa nguyên tố ở dạng cation Cs+
, nó tạo liên kết ion với nhiều loại anion. Một ngoại lệ đáng chú ý là trường hợp anion caesua (Cs−
).[3] Các ngoại lệ khác bao gồm nhiều suboxit (xem phần các oxit bên dưới).

Đối với các hợp chất thông thường, các muối Cs+ hầu như không màu trừ anion là có màu. Nhiều muối đơn giản là hygroscopic, nhưng ít hơn so với các muối tương ứng của các kim loại kiềm nhẹ hơn. Các muối phosphat,[24] acetat, cacbonat, halide, oxit, nitrat, và sulfat đều tan trong nước. Các muối kép thường ít tan hơn, và tính tan thấp của caesi nhôm sulfat được khai thác để lấy Cs từ quặng của nó. Muối kép với antimon (như CsSbCl
4), bismuth, cadmi, đồng, sắt, và chì cũng ít tan.[9]

Caesi hydroxide (CsOH) là một base cực mạnh[20] và sẽ nhanh chóng ăn mòn bề mặt của bán dẫn như silicon.[25] CsOH thông thường được coi là “base mạnh nhất”, phản ánh tính hút tương đối yếu giữa ion lớn Cs+ và OH−;[15] nhưng trên thực tế thì nhiều hợp chất khác không tan trong dung dịch, như n-butyl lithi (C4H9Li) hay amit natri (NaNH2)[20] là các base mạnh hơn.

Hỗn hợp cân đối hóa học của caesi và vàng sẽ phản ứng để tạo thành caesi aurua vàng ( Cs + Au − ) trong điều kiện kèm theo nung. Anion aurua có ứng xử như một giả halogen. Hợp chất phản ứng mãnh liệt với nước tạo caesi hydroxide, vàng sắt kẽm kim loại, và khí hydro ; trong amonia lỏng nó hoàn toàn có thể phản ứng với một loại nhựa trao đổi ion caesi đặc biệt quan trọng tạo ra tetramethylammonium aurua. Hợp chất với platin tựa như như caesi platinua đỏ ( Cs2Pt ) chứa ion platinua có ứng xử như một giả chalcogen. [ 26 ]
Giống như những cation sắt kẽm kim loại, Cs + tạo phức với những base Lewis trong dung dịch. Do có size lớn, Cs + thường có số phối trí lớn hơn 6, là nổi bật cho những cation sắt kẽm kim loại kiềm nhẹ hơn. Xu hướng này bộc lộ rõ bởi số phối trí 9 trong CsCl, so với mẫu halit khi những sắt kẽm kim loại kiềm khác link với clo. Nó có số phối trí cao và mềm ( khuynh hướng tạo thành link cộng hóa trị ) là điểm cơ bản để tách Cs + ra khỏi những cation khác, như giải quyết và xử lý chất thải hạt nhân khi 137C s + được tác ra khỏi một lượng lớn K + không phóng xạ. [ 27 ]
Caesi fluoride ( CsF ) là một chất rắn màu trắng háo nước được sử dụng thoáng đãng trong hóa học cacbon-flo làm nguồn phân phối anion fluoride. [ 29 ] Caesi fluoride có cấu trúc giống halit, nghĩa là những ion Cs + và F − xếp trong một hình lập phương kết chặt giống như Na + và Cl − trong natri chloride. [ 20 ]

Caesi chloride (CsCl) kết tinh theo hệ lập phương, còn được gọi là cấu trúc caesi chloride.[22] Kiểu cấu trúc này là một ô mạng lập phương nguyên thủy với một đơn vị cơ bản gồm 2 nguyên tử, mỗi nguyên tử có số phối trí là 8; các nguyên tử chloride nằm trên các đinh của ô mạng, còn caesi nằm ở trọng tâm của hình lập phương. Cấu trúc này giống với CsBr và CsI, và nhiều hợp chất khác không chứa Cs.[22] Cấu trúc CsCl được tham chiếu vì Cs+ có bán kính ion là 174 pm và Cl−
181 pm.[30]

Cs

11

O

3

ô mạng

Caesi tạo nhiều hợp chất hai cấu tử với oxy hơn các kim loại kiềm khác. Khi cháy trong không khí, superoxide CsO
2 là sản phẩm chính.[31] Caesi oxit (Cs
2O) “bình thường” tạo các tinh thể hệ sáu phương có màu vàng cam,[32] và chỉ có oxit loại anti-CdCl
2.[33] Nó hóa hơi ở 250 °C (482 °F), và phân hủy thành kim loại caesi và peroxide Cs
2O
2 ở nhiệt độ trên 400 °C (752 °F).[34] Ngoài các superoxide và ozonua CsO
3,[35][36] nhiều suboxit có màu sáng cũng được nghiên cứu,[37] như Cs
7O, Cs
4O, Cs
11O
3, Cs
3O (lục sẫm[38]), CsO, Cs
3O
2,[39] hay Cs
7O
2.[40][41] Chất Cs
7O
2 có thể được nung trong chân không để tạo ra Cs
2O.[33] Hợp chất hai cấu tử với lưu huỳnh, seleni, và telluri cũng tồn tại.[9]

Polluxit, một khoáng vật của caesiCaesi là một nguyên tố tương đối hiếm vì nó chiếm trung bình khoảng chừng 3 ppm trong vỏ Trái Đất. [ 42 ] Nguyên tố này phổ cập thứ 45 trong số những nguyên tố và thứ 36 trong nhóm sắt kẽm kim loại. Tuy vậy, nó thông dụng hơn những nguyên tố như antimony, cadmi, thiếc và tungsten, và lớn gấp 20 lần so với thủy ngân hoặc bạc, nhưng chỉ hơn 3,3 % so với rubidi là loại cộng sinh với nó. [ 9 ]

Do có bán kính ion lớn, caesi là một trong những nguyên tố không tương hợp trong việc thay thế với các nguyên tố khác trong ô mạng tinh thể.[43] Trong sự kết tinh phân đoạn mácma, caesi được tập trung ở pha lỏng và kết tinh sau cùng. Do đó, các mỏ caesi lớn nhất là các thân quặng pecmatit được hình thành từ quá trình làm giàu quặng này. Do caesi không thể thay thế kali cũng như rubidi, các khoáng vật kiềm hình thành do quá trình bay hơi như sylvit (KCl) và carnallit (KMgCl
3·6H
2O) chỉ có thể chứa 0,002% caesi. Từ đó, Cs được tìm thấy trong ít khoáng vật. Một phần caesi có thể được tìm thấy trong beryl (Be
3Al
2(SiO
3)
6) và avogadrit ((K,Cs)BF
4), lên đến 15 wt% Cs2O trong khoáng pezzottait (Cs(Be2Li)Al2Si6O18), lên đến 8,4 wt% Cs2O trong londonit ((Cs,K)Al
4Be
4(B,Be)
12O
28), và ít phổ biến hơn trong rhodizit.[9] Nguồn khoáng sản duy nhất quan trọng có giá trị kinh tế của caesi là pollucit Cs(AlSi
2O
6), nó được tìm thấy ở một vài nơi trên thế giới trong các pecmatit, và đồng sinh với nguyên tố có giá trị hơn là lithi trong lepidolit và petalit. Trong pecmatit, các hạt có kích thước lớn và các khoáng vật bị chia tách rõ tạo ra một loại quặng cao cấp trong khai thác mỏ.[44]

Một trong những nguồn tài nguyên giàu caesi và quan trọng nhất trên quốc tế là mỏ Tanco ở Bernic Lake, Manitoba, Canada. Mỏ được ước tính chứa 350.000 tấn quặng pollucit, chiếm 2/3 trữ lượng trên quốc tế. [ 44 ] [ 45 ] Mặc dù cân đối hàm lượng caesi trong pollucit là 42,6 %, những mẫu pollucit tinh khiết từ mỏ này hoàn toàn có thể chỉ chiếm khoảng chừng 34 % caesi, trong khi hàm lượng trung bình 24 wt %. [ 45 ] Pollucit thương mại chứa hơn 19 % caesi. [ 46 ] Mỏ pecmatit Bikita ở Zimbabwe được khai thác để lấy petalit, nhưng nó chỉ chứa một lượng đáng kể pollucit. Một lượng pollucit khá nhiều mẫu mã cũng được khai thác ở sa mạc Karibib, Namibia. [ 45 ] Với vận tốc khai thác những mỏ trên quốc tế lúc bấy giờ với sản lượng 5 đến 10 tấn mỗn năm, với trữ lượng hiện tại việc khai thác hoàn toàn có thể lê dài hàng ngàn năm. [ 9 ]
Caesi có tối thiểu 39 đồng vị đã biết, là nhiều hơn bất kể một nguyên tố nào ( ngoại trừ franci ). Nguyên tử lượng của những đồng vị này nằm trong khoảng chừng từ 112 tới 151. Nhiều trong số này được tổng hợp từ những nguyên tố nhẹ hơn bằng quy trình bắt neutron chậm ( quy trình S ) bên trong những sao già, [ 47 ] cũng như trong những vụ nổ siêu tân tinh ( quy trình R ). [ 48 ] Mặc dù có nhiều đồng vị như vậy, tuy nhiên caesi chỉ có 1 đồng vị không thay đổi trong tự nhiên là Cs133 có 78 neutron. Mặc dù nó có spin hạt nhân lớn ( 7 ⁄ 2 + ), những nghiên cứu và điều tra cộng hưởng từ hạt nhân hoàn toàn có thể được triển khai trên đồng vị này ở tần số cộng hưởng 11,7 MHz. [ 49 ]
Biểu đồ thể hiện năng lượng phân rã của cesium-137 (nuclear spin: I=7⁄2+, chu kỳ bán rã 30 năm). Với xác suất 94,6%, nó phân rã beta phát ra 512 keV thành bari-137m (I=11/2-, t=2.55min); sản phần này sau đó phân rã gamma phát ra 662 keV với xác suất 85.1% thành bari-137 (I=3⁄2+). Ngoài ra, caesi-137 có thể phân rã trực tiếp thành bari-137 khi phát xạ beta với xác xuất 0,4%. Phân rã của caesi-137135C s có chu kỳ luân hồi bán rã rất dài khoảng chừng 2,3 triệu năm, dài nhất trong tổng thể những đồng vị của xê-si. 137C s và 134C s có chu kỳ luân hồi bán rã lần lượt là 30 và 2 năm. 137C s phân rã beta tạo thành đồng vị 137 mBa có thời hạn sống sót ngắn, và sau đó thành bari không phóng xạ, trong khi 134C s chuyển trực tiếp thành 134B a. Các đồng vị có số khối 129, 131, 132 và 136 có chu kỳ luân hồi bán rã từ một ngày đến hai tuần, trong khi hầu hết những đồng vị còn lại có chu kỳ luân hồi bán rã từ vài giây đến một giây. Có tối thiểu 21 đồng phân hạt nhân ở trạng thái kích thích. Ngoài 134 mCs ( có chu kỳ luân hồi bán rã dưới 3 giờ ), toàn bộ đều rất không bền và phân rã có chu kỳ luân hồi vài phút hay ngắn hơn. [ 50 ] [ 51 ]Đồng vị 135C s là một trong những loại sản phẩm phân hạch hạt nhân của urani có thời hạn sống sót lâu, nó được tạo ra trong những lò phản ứng hạt nhân. [ 52 ] Tuy nhiên, sản lượng loại sản phẩm phân hạch của nó bị giảm trong hầu hết những lò phản ứng do nguyên tử trước đó của nó, 135X e, là một neutron cực kỳ động và chuyển hóa tiếp tục thành 136X e bền trước khi phân rã thành 135C s. [ 53 ] [ 54 ]Do phân rã beta của nó ( thành 137 mBa ), 137C s là một nguồn phát phóng xạ gamma mạnh. [ 55 ] Chu kỳ bán rã của làm nó trở thành một mẫu sản phẩm phân hạch có thời hạn sống sót trung bình cùng với 90S r — cả hai góp thêm phần phát ra phóng xạ của những nguyên vật liệu hạt nhân đã qua sử dụng sau nhiều năm làm lạnh cho đến hàng trăm năm sau khi sử dụng. [ 56 ] Ví dụ, 137C s cùng với 90S r hiện tạo ra một nguồn phóng xạ lớn nhất ở khu vực xung quanh thảm họa Chernobyl. [ 57 ] Không khả thi để giải quyết và xử lý 137C s bằng bắt neutron ( do tỉ lệ bắt giữ thấp ) và hiệu quả là nó phải được để cho phân rã. [ 58 ]Hầu như tổng thể caesi được tạo ra từ phân hạch hạt nhân đều từ phân rã beta của những loại sản phẩm phân hạch giàu neutron hơn, trải qua nhiều đồng vị iod và xenon khác nhau. [ 59 ] Do iod và xenon có bay hơi và hoàn toàn có thể phân tán qua nguyên vật liệu hạt nhân hoặc không khí, caesi phóng xạ thường được tạo ra rất xa nguồn phân hạch. [ 60 ] Với vụ thử vũ khí hạt nhân khoảng chừng năm 1945, 137C s đã được giải phóng vào khí quyển và sau đó vào bề mặt Trái Đất ở dạng bụi phóng xạ. [ 9 ]
Khai thác quặng pollucit là một giải pháp sản xuất caesi và được thực thi trên quy mô nhỏ so với hầu hết những mỏ sắt kẽm kim loại khác. Quặng được nghiền, sàng, nhưng thường không tập trung chuyên sâu, và sau đó nghiền mịn. Caesi sau đó được chiết tác từ hầu hết pollucit bởi ba chiêu thức : hòa tan bằng axit, phân rã kềm, và khử trực tiếp. [ 9 ] [ 61 ]

Hòa tan axit, đá pollucit silicat được hòa tan trong các axit mạnh như axit clohydric (HCl), axit sulfuric (H
2SO
4), axit bromhydric (HBr), hay axit flohydric (HF). Với axit clohydric sẽ tạo ra hỗn hợp chloride tan và vác muối kép chloride không tan của caesi được kết tủa ở dạng caesi antimon chloride (Cs
4SbCl
7), caesi iod chloride (Cs
2ICl), hay caesi hexaclorocerat (Cs
2(CeCl
6)). sau khi tách, muối kép đã được kết tủa ở dạng tinh khiết được phân hủy, và thu được CsCl tinh khiết sau khi cho nước bốc hơi. Phương pháp sử dụng axit sulfuric cho ra muối kép không tan trực tiếp ở dạng phèn caesi (CsAl(SO
4)
2·12H
2O). Nhôm sunfat trong dung dịch được chuyển thành nhôm oxit không tan bằng cách nung phèn với cacbon, và sản phẩm được thủy luyện với nước để tạo ra dung dịch Cs
2SO
4.[9]

Nung pollucit với calci cacbonat và calci chloride tạo ra các calci silicat không tan và caesi chloride tan. Dùng nước hoặc ammoniac loãng (NH
4OH) tạo ra dung dịch chloride loãng (CsCl). Dung dịch này có thể cho bốc hơi tạo ra caesi clora hoặc chuyển thành phèn caesi hay caesi cacbonat. Dù không có tính thương mại, việc khử trực tiếp quặng với kali, natri hay calcin trong chân không cũng tạo ra trực tiếp kim loại caesi.[9]

Hầu hết caesi được khai thác ( ở dạng muối ) được chuyển trực tiếp thành xê-si format ( HCOO − Cs + ) cho những ứng dụng như khoan dầu. Để phân phối cho sự tăng trưởng của thị trường, Cabot Corporation đã thiết kế xây dựng xí nghiệp sản xuất năm 1997 ở mỏ Tanco gần Bernic Lake, Manitoba, với hiệu suất 12.000 thùng ( 1.900 m3 ) mỗi năm ở dạng dung dịch caesi format. [ 62 ] Các hợp chất của caesi được sản xuất ở quy mô nhỏ khởi đầu là caesi chloride và những nitrat của nó. [ 63 ]

Ngoài ra, kim loại caesi có thể thu được từ các hợp chất được làm tinh khiết từ quặng. Caesi chloride và các caesi halide khác có thể được khử ở 700 đến 800 °C (1.292 đến 1.472 °F) với calci hoặc bari, sau đó chưng cất kim loại. Bằng cách tương tự, aluminat, carbonat, hay hydroxide có thể được khử bằng magiê.[9] Kim loại cũng có thể được tách ra bằng điện phân dung dịch caesi Cyanide (CsCN). Ngoại lệ, caesi dạng khí và tinh khiết có thể được tạo ra bằng cách nhiệt phân caesi azua CsN
3 ở 390 °C (734 °F), loại Cyanide này được tạo ra từ dung dịch caesi sulfat và bạc azua.[61] Trong các ứng dụng chân không, caesi dicromat có thể được phản ứng với zirconi tạo ra kim loại xê-si tinh khiết mà không tạo ra các sản phẩm khí khác.[63]

Cs

2

Cr

2

O

7

+ 2 Zr → 2 Cs + 2

ZrO

2

+

Cr

2

O

3

Giá caesi sắt kẽm kim loại tinh khiết 99,8 % năm 2009 khoảng chừng 10 USD một gram ( 280 USD một ounce ), nhưng những hợp chất của nó rẻ hơn đáng kể. [ 45 ]
Gustav Kirchhoff ( trái ) và Robert Bunsen ( giữa )

Caesi (tiếng Latinh caesius có nghĩa là “thiên thanh” hay “lam nhạt”) được Robert Bunsen và Gustav Kirchhoff phát hiện nhờ quang phổ năm 1860 trong nước khoáng lấy từ Dürkheim, Đức.[ghi chú 6][64][65][66] Việc xác định nó dựa trên các vạch màu lam nhạt trong quang phổ của nó và nó là nguyên tố đầu tiên được phát hiện nhờ phân tích quang phổ, chỉ một năm sau khi Bunsen và Kirchhoff phát minh ra kính quang phổ.[13]

Để thu được một mẫu caesi tinh khiết, 44.000 lit nước khoáng đã được cho bốc hơi tạo ra 240 kilôgam ( 530 lb ) dung dịch muối. Các sắt kẽm kim loại kiềm thổ được kết tủa ở dạng sulfat hoặc oxalat, để lại những sắt kẽm kim loại kiềm trong dung dịch. Sau khi chuyển thành những nitrat và tách ra bằng ethanol thì thu được một hỗn hợp không chứa natri. Từ hỗn hợp này, lithi được kết tũa bằng ammoni cacbonat. Kali, rubidi và caesi tạo thành những muối không tan với axit cloroplatinic, nhưng những muối này có độ hòa tan hơi khác nhau trong nước nóng. Do đó, caesi và rubidi hexacloroplatinat ( ( Cs, Rb ) 2P tCl6 ) ít tan hơn hoàn toàn có thể thu được từ kết tinh phân đoạn. Sau khi khử hexachloroplatinat bằng hydro, caesi và rubidi hoàn toàn có thể được tách ra dựa trên tính tan khác nhau của dạng cacbonat của chúng trong cồn. Quá trình này tạo ra 9,2 gam ( 0,32 oz ) rubidi chloride và 7,3 gam ( 0,26 oz ) caesi chloride từ 44.000 lit nước khoáng bắt đầu. [ 65 ]

Hai nhà khoa học đã sử dụng caesi chloride này để tính toán khối lượng nguyên tử của nguyên tố mới là 123,35 (so với con số hiện tại được chấp nhận là 132,9).[65] Họ đã cố gắng tạo ra caesi nguyên tố bằng cách điện phân caesi chloride nóng chảy, nhưng thay vì tạo ra kim loại, thì họ thu được một chất màu xanh đồng nhất “không thể nhìn bằng mắt thường cũng như bằng kính hiển vi” có thể thấy được kim loại ở dạng vết nhỏ nhất”; kết quả là họ đã gán cho nó tên là subchloride (Cs
2Cl). Trong thực tế, sản phẩm họ tạo ra có thể là một hỗn hợp keo của caesi kim loại và caesi chloride.[67] Việc điện phân dung dịch chloride với anot thủy ngân tạo ra hỗn hống caesi sẵn sàng phân hủy trong các điều kiện dung dịch.[65] Kim loại tinh khiết cuối cùng cũng được nhà hóa học Đức Carl Setterberg tách ra khi nghiên cứu luận án tiến sĩ của ông với Kekulé và Bunsen.[66] Năm 1882, ông tạo ra kim loại caesi bằng cách điện phân caesi cyanide, và điều này đã tránh các vấn đề như đã gặp khi sử dụng chloride.[68]

Trong lịch sử, ứng dụng quan trọng nhất của caesi là trong nghiên cứu và phát triển, chủ yếu là lĩnh vực điện và hóa. Rất ít ứng dụng phát triển trên caesi mãi cho đến thập niên 1920, khi nó được sử dụng trong các ống chân không radio. Nó có hai chức năng; là một getter, nó loại bỏ oxy thừa sau khi chế tạo, và làm chất áo trên cathode được nung nóng, nó làm tăng độ dẫn điện. Caesi không được công nhận là một kim loại trong công nghiệp hiệu suất cao mãi cho đến thập niên 1950.[69] Những ứng dụng của caesi không phóng xạ như tế bào năng lượng, photomultiplier, các bộ phận quang học của kính hồng ngoại, chất xúc tác cho một số phản ứng hữu cơ, các tinh thể dùng trong máy đếm nhấp nháy, và trong máy phát điện MHD.[9] Caesi cũng và vẫn được sử dụng làm nguồn cung cấp các ion dương trong quang phổ khối ion thứ cấp (secondary ion mass spectrometry).

Từ năm 1967, Hệ thống đơn vị chức năng thống kê giám sát quốc tế xác lập giây dựa trên đặc thù của caesi. Hệ SI định nghĩa một giây là 9.192.631.770 chu kỳ luân hồi phân rã tương ứng với sự chuyển hai mức nguồn năng lượng từ trạng thái không thay đổi của nguyên tử caesi-133. [ 70 ]

Thăm dò dầu khí[sửa|sửa mã nguồn]

Có lẽ ứng dụng phổ biến nhất của caesi hiện nay là trong các dung dịch khoan dựa trên caesi format (Cs(HCOO)) trong công nghiệp khai thác dầu mỏ.[9] Dung dịch gốc nước của caesi format (HCOO−Cs+)—được tạo ra từ phản ứng của caesi hydroxide với Axit formic—được phát triển giữa thập niên 1990 được sử dụng trong khoan giếng dầu và dung dịch hoàn thiện giếng. Chức năng của dung dịch khoan là bôi trơn mũi khoan, mang mùn khoan lên trên bề mặt, và duy trì áp suất thành hệ trong quá trình khoan giếng. Các dung dịch hoàn thiện hỗ trợ cho việc lắp đặt các thiết bị điều khiển (phần cứng) sau khi khoan nhưng phải trước khi khai thác để duy trì áp suất.[9] Tỷ trọng cao của format caesi (tới 2,3 sg),[71] cùng với tính tương đối lành tính của các hợp chất Cs, làm giảm các yêu cầu đối với các chất rắn huyền phù tỷ trọng cao và có độc trong dung dịch khoan, làm cho nó có một số ưu thế đáng kể về mặt công nghệ, môi trường và công trình,[72][73]. Caesi format có thể được trộn với kali và natri format để giảm tỉ trọng dung dịch xuống bằng với tỉ trọng của nước (1.0 g·cm−3). Hơn nữa, nó có thể tự phân hủy và tái sử dụng, và có thể được tái chế, đây là một điểm quan trọng vì chi phí cao của nó (khoảng $4.000  một Barrel năm 2001).[74] Các format kiềm thì an toàn trong vận chuyển và không phá hỏng thành hệ hoặc các kim loại chìm xuống lỗ khoan như những muối tỉ trọng cao ăn mòn thay thế (như dung dịch kẽm bromide ZnBr
2); chúng cũng ít cần làm sạch hơn và giảm chi phí đổ thải.[9]

Đồng hồ nguyên tử[sửa|sửa mã nguồn]

Caesi cũng đáng chú ý quan tâm vì những sử dụng trong đồng hồ đeo tay nguyên tử, với độ đúng mực ở mức giây trong hàng nghìn năm. Kể từ năm 1967, đơn vị chức năng giám sát thời hạn của Hệ thống kê giám sát quốc tế ( SI ), giây, là dựa trên những thuộc tính của nguyên tử caesi. SI định nghĩa giây bằng 9.192.631.770 chu kỳ luân hồi bức xạ, tương ứng với sự chuyển trạng thái của hai mức nguồn năng lượng spin điện tử trong trạng thái tĩnh của nguyên tử Cs133. Đồng hồ caesi đúng mực tiên phong được Louis Essen tạo ra năm 1955 ở National Physical Laboratory ở UK. [ 75 ] Các đồng hồ đeo tay này được nâng cấp cải tiến theo định kỳ cứ mỗi nửa thế kỷ, và hình thành những tiêu chuẩn tuân thủ thời hạn và đo đạc tần số, và được xem là ” đơn vị chức năng đúng mực nhất mà còn người từng đạt được. ” [ 70 ] Các đồng hồ đeo tay này đo đạc tần số với sai số 2 đến 3 phần 1014, tương ứng với độ đúng mực thời hạn là 2 nano giây mỗi ngày, hoặc 1 giây trong 1,4 triệu năm. Phiên bản mới nhất có độ đúng chuẩn hơn 1/1015, tức là chúng lệch 1 giây trong 20 triệu năm. [ 9 ] Các đồng hồ đeo tay caesi cũng được dùng trong những mạng lưới quan sát thời hạn trong truyền tín hiện điện thoại di động và truyền thông tin trên Internet. [ 76 ]

Năng lượng điện và điện tử[sửa|sửa mã nguồn]

Các máy phát điện ion nhiệt bằng hơi caesi là những thiết bị nguồn năng lượng thấp chuyển nguồn năng lượng nhiệt thành nguồn năng lượng điện. Trong bộ chuyển ống chân không hai điện cực, nó trung hòa điện tích trong khoảng chừng không hình thành ở gần ca-tốt, và do vậy nó tăng cường dòng điện. [ 77 ]

Caesi cũng có những đặc điểm quan trọng do tính quang điện của nó, theo đó năng lượng ánh sáng được chuyển thành dòng điện. Nó được dùng trong các tế bào quang điện do các ca-tốt gốc caesi như hợp chất kim loại K
2CsSb, có người điện thế thấp để phát ra electron.[78] Các thiết bị quang điện sử dụng caesi như các thiết bị nhận dạng ký tự quang học, các đèn nhân quang điện, và các ống video camera.[79][80] Tuy nhiên, germani, rubidi, seleni, silicon, telluri, và nhiều nguyên tố khác có thể thay thế caesi trong các loại vật liệu cảm quang.[9]

Các tinh thể caesi iodide ( CsI ), caesi bromide ( CsBr ) và caesi fluoride ( CsF ) được ứng dụng làm scintillator trong máy điềm scintillation trong nhiều điều tra và nghiên cứu tài nguyên và vật lý hạt, vì chúng rất thích hợp để nhận dạng những tia phóng xạ gamma và tia X. Caesi với vai trò là một nguyên tố nặng cung ứng nguồn năng lượng dừng tốt, có năng lực nhận dạng tốt hơn. Các hợp chất của caesi cũng cung ứng chất phản ứng nhanh ( CsF ) và ít hút ẩm ( CsI ) .Hơi caesi được dùng phổ cập trong từ kế. [ 81 ] Nguyên tố cũng được dùng làm chuẩn nội trong quang phổ học. [ 82 ] Giống những sắt kẽm kim loại kiềm khác, caesi có ái lực mạnh với oxy và được sử dụng làm ” thắng ” ( phanh ) trong ống chân không. [ 83 ] Các ứng dụng khác ở dạng sắt kẽm kim loại như tia laser nguồn năng lượng cao, đèn huỳnh quang, và chỉnh lưu. [ 9 ]

Dung dịch ly tâm[sửa|sửa mã nguồn]

Do có tỉ trọng lớn, các dung dịch caesi chloride, caesi sulfat, và xêxi trifluoroacetat (Cs(O
2CCF
3)) được sử dụng phổ biến trong sinh học phân tử để tách lọc ly tâm.[84] Công nghệ này được ứng dụng chủ yếu trong tách các hạt virus, bào quan và các phần phân đoạn của tế bào, và các axit nucleic từ các mẫu sinh học.[85]

Hóa học và y học[sửa|sửa mã nguồn]

Some fine white powder on a laboratory watch glass Bột caesi chlorideCác ứng dụng về hóa của caesi tương đối ít. [ 86 ] Doping với những hợp chất Caesi được dùng để nâng cao hiệu suất cao một số ít chất xúc tác trong sản xuất chất hóa học như những monome axit acrylic, anthraquinone, etylen oxit, metanol, phthalic anhydrua, styren, metyl methacrylat, và nhiều olefin khác nhau. Nó cũng được sử dụng trong quy đổi xúc tác sulfur dioxide thành sulfur trioxit trong sản xuất axit sulfuric. [ 9 ]Caesi fluoride sử dụng thích hợp trong hóa vô cơ làm chất base, [ 20 ] hoặc nguồn anhydrous tạo ra ion fluoride. [ 87 ] Các muối Caesi đôi lúc thay những muối natri và kali trong tổng hợp hữu cơ như chất vòng hóa, ester hóa, và polymer hóa. Nó cũng được dùng trong dosimetry bức xạ thermoluminescent ( TLD ) : Khi tiếp xúc với bức xạ, nó thu được những khuyết tật tinh thể do đó khi được nung nóng, chuyển thành phát ra ánh sáng thích hợp với liều nhậu được. Do vậy, việc đo đạc xung ánh sáng bằng đèn nhân quang điện hoàn toàn có thể được cho phép liều bức xạ tích tụ để có thể lượng hóa được .

Hạt nhân và đồng vị của nó[sửa|sửa mã nguồn]

Caesi-137 là một đồng vị phóng xạ rất thông dụng được sử dụng như nguồn phát tia gamma trong những ứng dụng công nghiệp. Ưu điểm của nó là có chu kỳ luân hồi bán rã gần 30 năm, nó có trong quy trình nguyên vật liệu hạt nhân, và có 137B a đồng vị bền cuối. Khả năng hòa tan lớn trong nước là một bất lợi làm cho nó không thích hợp với large pool irradiators trong việc đáp ứng cho thực phẩm và dược phẩm. [ 88 ] Nó được dùng trong nông nghiệp, điều trị ung thư, và khử trùng vi sinh trong thực phẩm, bùn cống, và thiết bị phẫu thuật. [ 9 ] [ 89 ] Các đồng vị phóng xạ của caesi trong những thiết bị xạ trị được dùng trong nghành y học để trị những loại ung thư nhất định, [ 90 ] nhưng những thay thế sửa chữa tốt hơn trong trường hợp khẩn cấp và sử dụng caesi chloride tan trong nước trong những nguồn hoàn toàn có thể tạo ra sự ô nhiễm trên diện rộng, từ từ làm cho những caesi này không hề sử dụng được nữa. [ 91 ] [ 92 ] Caesi-137 đã được sử dụng trong nhiều thiết bị đo đạc công nghiệp, như đo nhiệt độ, tỉ trọng, thủy chuẩn, và đo bề dày. [ 93 ] Nó cũng được sử dụng trong những thiết bị đo địa vật lý giếng khoan để đo tỷ lệ electron của những thành hệ đá, giá trị này tương tự như như tỷ lệ khối của thành hệ. [ 94 ]Đồng vị 137 cũng được sử dụng trong những nghiên cứu và điều tra thủy văn tương tự như như sử dụng triti. Caesi-137 là đồng vị con trong phản ứng phân hạch hạt nhân. Với việc khởi đầu thử nghiệm hạt nhân khoảng chừng năm 1945, và liên tục những vụ thử sau đó trong suốt giữa thập niên 1980, caesi-137 đã được giải phóng vào không khí và nó thuận tiện được hấp thụ trong những dung dịch. Việc biết sự đổi khác theo năm trong khoảng chừng thời hạn đó được cho phép thiết lập mối quan hệ giữa đất và những lớp trầm tích. Caesi-134, và những đồng vị ít phổ cập hơn là caesi-135, cũng được sử dụng trong thủy văn bằng cách đo lượng caesi đầu ra của công nghiệp hạt nhân. Trong khi chúng ít thông dụng hơn cả caesi-133 hay caesi-137, những đồng vị này có ưu điểm là được tạo ra độc lập từ những nguồn tự tạo. [ 95 ]

Ứng dụng khác[sửa|sửa mã nguồn]

Các chính sách động cơ đẩy ion tĩnh điện khởi đầu được tăng trưởng dùng cho caesi hoặc thủy ngân .

Caesi và thủy ngân từng được dùng làm nhiên liệu trong động cơ đẩy của các động cơ ion thời kỳ đầu trên tàu không gian với các chuyến hành trình rất dài. Phương pháp ion hóa là việc tách các electron lớp ngoài cùng từ nhiên liệu khi tiếp xúc với điện cực wolfram có điện thế. Các vấn đề quan tâm như hoạt động ăn mòn của caesi đối với các bộ phận trên tàu không gian đã chuyển hướng phát triển sang ứng dụng nhiên liệu khí trơ, như xenon; loại này dễ xử lý trong các thí nghiệm ở mặt đất và ít có tiềm năng can thiệp trên phi thuyến không gian.[9] Cuối cùng, xenon đã được sử dụng trên phi thuyền thí nghiệm Deep Space 1 được phóng năm 1998.[96][97] Tuy nhiên, động cơ đẩy Field Emission Electric Propulsion sử dụng một hệ thống sơn giản các ion kim loại lỏng được tăng tốc như trường hợp của caesi để tạo ra lực đẩy đã được chế tạo.[98]

Caesi nitrat được sử dụng làm chất oxy hóa và chất tạo màu để đốt silic trong pháo sáng hồng ngoại, [ 99 ] như pháo sáng LUU-19, [ 100 ] do nó phát ra nhiều ánh sáng trong quang phổ cận hồng ngoại. [ 101 ] Caesi đã từng được sử dụng để giảm dấu vết khí thải động cơ trên màn hình hiển thị radar của máy bay quân sự chiến lược SR-71 Blackbird. [ 102 ] Caesi cùng với rubidi đã được thêm vào dạng carbonat trong thủy tinh do nó giảm độ dẫn điện và tăng độ không thay đổi và độ bền của sợi quang học và những thiết bị quan sát đêm hôm. Caesi fluoride hoặc nhôm fluoride được sử dụng trong chất tương hỗ cấu trúc hàn kim loại tổng hợp nhôm có chứa magiê. [ 9 ]Máy phát điện MHD – mạng lưới hệ thống phát điện đã được điều tra và nghiên cứu nhưng không được gật đầu thoáng đãng. [ 103 ] Kim loại xê-si cũng được xem là chất lỏng thao tác trong những quy trình Rankine nhiệt độ cao của những máy phát điện turboelectric. [ 104 ] Các muối xê-si được nhìn nhận là chất chống sốc đã được sử dụng sau khi tiêm do nhiễm độc asen. Do ảnh hưởng tác động của nó lên nhịp tim, tuy nhiên, chúng có vẻ như ít được dùng hơn so với những muối kali hay rubidi. Chúng cũng được dùng để trị động kinh. [ 9 ]
[105]Tỷ lệ liều phóng xạ tổng ( trong không khí ) của những đồng vị theo thời hạn sau thảm họa Chernobyl, caesi-137 trở thành một nguồn phóng xạ lớn trong khoảng chừng 200 ngày sau sự cố .Các hợp chất caesi không phóng xạ có độ độc trung bình. Tiếp xúc một lượng lớn hoàn toàn có thể gây không dễ chịu và co thắt, do đặc thù tương tự như của caesi so với kali, nhưng những lượng lớn như vậy không hề có được một cách thường thì trong những nguồn tự nhiên, vì vậy caesi không bị coi là chất hóa học chính gây ô nhiễm thiên nhiên và môi trường. [ 106 ] Liều gây chết trung bình ( LD50 ) của caesi chloride so với chuột là 2,3 g / kg, so với LD50 của kali chloride và natri chloride. [ 107 ] Ứng dụng chính của caesi không phóng xạ, là caesi format trong dung dịch khoan dầu khí, tận dụng độc tính thấp của nó để giảm ngân sách sửa chữa thay thế. [ 71 ]Tất cả những sắt kẽm kim loại kiềm đều có độ hoạt động hóa học cao. Caesi, một trong những sắt kẽm kim loại kiềm nặng nhất, là một trong số những sắt kẽm kim loại hoạt động hóa học mạnh nhất và gây nổ mạnh khi tiếp xúc với nước, do khí hydro được giải phóng ra từ phản ứng bị nung nóng bởi nhiệt giải phóng ra từ chính phản ứng này, gây ra đánh lửa và gây nổ mạnh ( như những sắt kẽm kim loại kiềm khác ) – nhưng do caesi là quá hoạt hóa nên phản ứng nổ này diễn ra ngay cả với nước lạnh hay nước đá. [ 9 ] Nhiệt độ bắt lửa của caesi là − 116 °C, do đó nó có tính tự cháy cao, và bùng nổ trong không khí tạo thành caesi hydroxide và nhiều oxit khác. Caesi hydroxide là một base cực mạnh, có năng lực ăn mòn thủy tinh. [ 14 ]

Các đồng vị Cs134 và Cs137 (có trong sinh quyển ở mức một lượng rất nhỏ do rò rỉ phóng xạ) là gánh nặng phóng xạ, phụ thuộc vào vị trí của từng khu vực. Caesi phóng xạ không tích lũy trong cơ thể như nhiều sản phẩm từ phân rã hạt nhân khác (chẳng hạn như iod phóng xạ hay stronti phóng xạ). Khoảng 10% caesi phóng xạ hấp thụ được thải ra khỏi cơ thể tương đối nhanh trong mồ hôi và trong nước tiểu. 90% còn lại có chu kỳ bán rã sinh học khoảng 50 đến 150 ngày.[108] Caesi phóng xạ sau kali và có khuynh hướng tích lũy trong tế bào thực vật, như trong trái cây và rau.[109][110][111] Thực vật hấp thụ caesi ở các mức khác nhau, một số không hấp thụ nhiều, và một số hấp thụ lượng lớn. đôi khi thể hiện khả năng kháng hấp thụ nó. Nó được ghi nhận rằng nấm trong các khu rừng bị ô nhiễm tích tụ caesi phóng xạ (caesi-137) trong túi sinh bào tử.[112] Tích tụ caesi-137 trong các hồ được quan tâm nhiều sau thảm họa Chernobyl.[113][114] Các thí nghiệm trên chó cho thấy một liều đơn 3,8 millicuries (140 MBq, 4,1 μg caesi-137) trên mỗi kilogram gây tử vong trong 3 tuần;[115] một lượng nhỏ hơn có thể gây vô sinh và ung thư.[116] Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế và các nguồn khác cảnh báo rằng các vật liệu phóng xạ như caesi-137 có thể được dùng trong các thiết bị phân tán phóng xạ hoặc “bom bẩn”.[117]

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *