Heading

Cesium (Cs), ook gespeld als cesium, chemisch element van Groep 1 (ook Groep Ia genoemd) van het periodiek systeem, de alkalimetaalgroep, en het eerste element dat spectroscopisch werd ontdekt (1860), door de Duitse wetenschappers Robert Bunsen en Gustav Kirchhoff, die het naar de unieke blauwe lijnen van zijn spectrum noemden (Latijn caesius, “hemelsblauw”).

Britannica Quiz

118 Namen en Symbolen van het Periodiek Systeem Quiz

Het Periodiek Systeem bestaat uit 118 elementen. Hoe goed ken je hun symbolen? In deze quiz krijg je alle 118 chemische symbolen te zien, en moet je de naam kiezen van het chemische element waar elk symbool voor staat.

Dit zilverkleurige metaal met een gouden gietvorm is het meest reactief en een van de zachtste van alle metalen. Het smelt bij 28,4 °C (83,1 °F), net boven kamertemperatuur. Het is ongeveer half zo talrijk als lood en 70 keer zo talrijk als zilver. Cesium komt in minieme hoeveelheden (7 delen per miljoen) voor in de aardkorst in de mineralen polluciet, rhodiziet, en lepidoliet. Polluciet (Cs4Al4Si9O26∙H2O) is een cesiumrijk mineraal dat op kwarts lijkt. In zuivere vorm bevat het 40,1% cesium, en onzuivere monsters worden gewoonlijk met handmatige sorteermethoden afgescheiden tot meer dan 25% cesium. Grote pollucietafzettingen zijn gevonden in Zimbabwe en in de lithiumhoudende pegmatieten bij Bernic Lake, Manitoba, Canada. Rhodiziet is een zeldzaam mineraal dat in lage concentraties wordt aangetroffen in lepidoliet en in zoutpekel en zoutafzettingen.

Het voornaamste probleem bij de productie van zuiver cesium is dat cesium in de natuur altijd samen met rubidium wordt aangetroffen en ook wordt gemengd met andere alkalimetalen. Omdat cesium en rubidium chemisch sterk op elkaar lijken, leverde hun scheiding talrijke problemen op vóór de komst van ionenuitwisselingsmethoden en ion-specifieke complexvormers zoals kroonethers. Zodra zuivere zouten zijn bereid, is het een eenvoudige taak deze om te zetten in het vrije metaal.

Cesium kan worden geïsoleerd door elektrolyse van een gesmolten mengsel van cesiumcyanide en bariumcyanide en door andere methoden, zoals reductie van zijn zouten met natriummetaal, gevolgd door gefractioneerde distillatie. Cesium reageert explosief met koud water; het verbindt zich gemakkelijk met zuurstof, zodat het in vacuümbuizen wordt gebruikt als een “getter” om de sporen van zuurstof en andere gassen die in de buis zijn opgesloten, te verwijderen wanneer deze is afgesloten. Het zeer zuivere gasvrije cesium dat nodig is als “getter” voor zuurstof in vacuümbuizen kan naar behoefte worden geproduceerd door cesiumazide (CsN3) in vacuüm te verhitten. Omdat cesium sterk foto-elektrisch is (het verliest gemakkelijk elektronen wanneer het door licht wordt getroffen), wordt het gebruikt in foto-elektrische cellen, fotomultiplicatorbuizen, scintillatietellers en spectrofotometers. Het wordt ook gebruikt in infraroodlampen. Omdat het cesiumatoom thermisch kan worden geïoniseerd en de positief geladen ionen tot grote snelheden kunnen worden versneld, zouden cesiumsystemen buitengewoon hoge uitlaatsnelheden kunnen leveren voor plasmavoortstuwingsmotoren voor verkenning van de diepe ruimte.

Cesiummetaal wordt in vrij beperkte hoeveelheden geproduceerd vanwege de relatief hoge kosten. Cesium wordt toegepast in thermionische omzetters die rechtstreeks elektriciteit opwekken in kernreactoren of uit de warmte die vrijkomt bij radioactief verval. Een andere mogelijke toepassing van cesiummetaal is de produktie van een eutectische NaKCs-legering met een laag smeltpunt.

Atomair cesium wordt gebruikt in ’s werelds tijdstandaard, de cesiumklok. De microgolf-spectraallijn die door de isotoop cesium-133 wordt uitgezonden, heeft een frequentie van 9.192.631.770 hertz (cycli per seconde). Dit is de fundamentele eenheid van tijd. Cesiumklokken zijn zo stabiel en nauwkeurig dat ze betrouwbaar zijn tot op 1 seconde in 1,4 miljoen jaar. Primaire standaard cesiumklokken, zoals NIST-F1 in Boulder, Colo., zijn ongeveer zo groot als een platte treinwagon. Commerciële secundaire standaarden zijn zo groot als koffers.

Natuurlijk voorkomend cesium bestaat geheel uit de niet-radioactieve isotoop cesium-133; een groot aantal radioactieve isotopen van cesium-123 tot cesium-144 zijn bereid. Cesium-137 is nuttig in de medische en industriële radiologie wegens zijn lange halveringstijd van 30,17 jaar. Het is echter een belangrijk bestanddeel van radioactieve neerslag en een afvalproduct dat overblijft bij de productie van plutonium en andere verrijkte splijtstoffen, en vormt daarom een gevaar voor het milieu. Het verwijderen van radioactief cesium uit verontreinigde grond op plaatsen waar kernwapens worden geproduceerd, zoals het Oak Ridge National Laboratory in Oak Ridge, Tennessee, en de Hanford-site van het Amerikaanse ministerie van Energie in de buurt van Richland, Washington, is een grote schoonmaakoperatie.

Cesium is moeilijk te hanteren omdat het spontaan reageert in de lucht. Als een metaalmonster een groot genoeg oppervlak heeft, kan het verbranden en superoxiden vormen. Cesium superoxide heeft een meer roodachtige kleur. Cs2O2 kan worden gevormd door oxidatie van het metaal met de benodigde hoeveelheid zuurstof, maar andere reacties van cesium met zuurstof zijn veel complexer.

Cesium is het meest elektropositieve en meest basische element, en daarom verliest het gemakkelijker dan alle andere elementen zijn enkele valentie-elektron en vormt het ionische bindingen met bijna alle anorganische en organische anionen. Het anion Cs- is ook bereid. Cesiumhydroxide (CsOH), dat het hydroxide-anion (OH-) bevat, is de sterkste bekende base, die zelfs glas aantast. Sommige cesiumzouten worden gebruikt voor het maken van mineraalwater. Cesium vormt een aantal kwikamalgamen. Door het grotere soortelijke volume van cesium, in vergelijking met de lichtere alkalimetalen, heeft het minder de neiging om legeringssystemen met andere metalen te vormen.

Rubidium en cesium zijn in alle verhoudingen mengbaar en hebben een volledige vaste oplosbaarheid; er wordt een smeltpunt van minimaal 9 °C bereikt.