Cesium (Cs): eigenschappen, gevaren en toepassingen van het alkalimetaal
Ontdek eigenschappen, gevaren en toepassingen van cesium (Cs): reactiviteit, laag smeltpunt, opslag, zeldzaamheid en veiligheidsmaatregelen voor dit extreem reactieve alkalimetaal.
Cesium (of cesium) is het scheikundige element met atoomnummer 55 in het periodiek systeem. Zijn symbool is Cs.
Eigenschappen
Cesium is een alkalimetaal en vormt net als de andere alkalimetalen gemakkelijk een +1‑ion (Cs+). Het metalen element heeft een zilverachtig‑gouden uiterlijk en is zeer zacht — het kan met een mes worden gesneden. Het smeltpunt is laag (ongeveer 28,5 °C), waardoor cesium bij warme kamertemperatuur vloeibaar kan zijn. De kookpunt ligt rond 671 °C en de dichtheid van vast cesium is ongeveer 1,9 g/cm³.
Chemisch is cesium uiterst reactief. Het reageert heftig met lucht en water; in lucht oxideert het snel en kan zelfs ontbranden, en bij contact met water kan het ontploffen door snelle vrijgave van waterstof en warmte. De reactiviteit met water is groter dan bij de meeste andere alkalimetalen. Vanwege die hoge reactiviteit wordt cesium meestal bewaard onder minerale olie of in een inert gasatmosfeer.
De elektronconfiguratie is [Xe]6s1. Het stabiele isotoop met massagetal 133 (133Cs) is het natuurlijk voorkomende isotoop en wordt gebruikt in precisie‑klokken (zie verder).
Voorkomen en winning
Cesium is een relatief zeldzaam element op de aarde. Het komt niet vrij in metallic vorm voor maar is gebonden in mineralen; het belangrijkste ertstype is polluciet (een cesium‑houdend aluminosilicaat). Omdat de voorraden beperkt zijn en winning gespecialiseerde verwerking vereist, is cesium relatief duur.
Toepassingen
- Atomaire klokken: 133Cs wordt gebruikt voor de definitie van de seconde; de hyperfijnovergang van 133Cs in cesium‑klokken vormt de referentie voor zeer nauwkeurige tijdmetingen.
- Industriële en wetenschappelijke toepassingen: cesiumzouten (zoals cesiumfluoride) worden gebruikt als katalysatoren of reagentia in de organische chemie; cesium wordt ook gebruikt in vacuümbuizen, fotokathoden en sommige types photocellen vanwege zijn lage ionisatiepotentiaal.
- Boor- en olie-industrie: hoogdichte vloeistoffen op basis van cesiumformiaat worden gebruikt als boorvloeistoffen voor diepe of gespecialiseerde boorlocaties omdat ze hoge dichtheden combineren met goede oplosbaarheid en milieuaspecten die beter zijn dan sommige alternatieven.
- Medisch en industrieel radioisotoopgebruik: radioactief 137Cs (een splijtingsproduct) is gebruikt in radiotherapie en industriële meetapparatuur (niveau‑ en diktemetingen), hoewel het door veiligheidsrisico's en alternatieven in sommige toepassingen wordt teruggedrongen.
Isotopen en radioactiviteit
Het stabiele isotoop 133Cs is van groot belang voor tijdstandaarden. Een andere veelbesproken isotoop is 137Cs, een radioactief splijtingsproduct met een halfwaardetijd van ongeveer 30 jaar. 137Cs zendt bèta‑ en gammastraling uit en is berucht vanwege milieu‑ en gezondheidsrisico's na kernrampen (bijvoorbeeld Chernobyl en Fukushima), omdat het zich kan verspreiden, langdurig aanwezig blijft en zich in het lichaam opweegt op plaatsen waar kalium ook voorkomt.
Gevaren en veiligheidsmaatregelen
Als elementair metaal is cesium pyroforisch en extreem reactief met water en lucht. Het is daarom gevaarlijke stof om onbeschermd mee te werken. Enkele belangrijke risico’s en aanbevelingen:
- Bewaren onder minerale olie of in een inert gas (zoals argon) om contact met lucht en vocht te voorkomen.
- Persoonlijke beschermingsmiddelen (handschoenen, spatbril, laboratoriumjas) en afgeschermde, goed geventileerde werkplek gebruiken. Werk met kleine hoeveelheden en bij voorkeur in een glovebox of inerte atmosfeer.
- Vermijd contact met water en organische peroxiden; houd brandblusmiddelen geschikt voor metallenvuren paraat (metalenvuurblussers, droge zandlaag — niet met water blussen).
- In geval van morsen of brand: evacueer en schakel gespecialiseerde gevaarlijke‑stoffenresponse in. Kleine hoeveelheden moeten door een erkende afvalverwerker worden afgevoerd; blussen met water is gevaarlijk.
- Veel niet‑radioactieve chemische verbindingen van cesium zijn relatief weinig toxisch, maar in grotere hoeveelheden kunnen cesiumzouten giftig zijn doordat cesium zich in het lichaam gedraagt als kalium (gelegen bij kalium in het periodiek systeem). Radioactieve cesiumverbindingen vormen uiteraard een veel groter gezondheidsrisico door stralingsblootstelling en interne opname.
Geschiedenis en naam
Cesium werd ontdekt in 1860 door Robert Bunsen en Gustav Kirchhoff met behulp van spectroscopie. De naam komt van het Latijnse caesius, wat “hemelsblauw” betekent, naar de blauwe lijnen die in het spectrum van het element zichtbaar waren.
Samenvatting
Cesium is een zacht, zilver‑goudkleurig alkalimetaal met symbool Cs en atoomnummer 55. Het heeft een laag smeltpunt (≈28,5 °C) en is zeer reactief en brandgevaarlijk; vandaar dat het onder olie of inerte atmosfeer wordt opgeslagen. Hoewel het zeldzaam en relatief duur is, heeft het belangrijke toepassingen (vooral 133Cs‑klokken en gespecialiseerde industriële toepassingen). Radioactief 137Cs is een belangrijke bron van bezorgdheid bij nucleaire ongevallen door langdurige milieu‑en gezondheidsrisico's.
Geschiedenis
Cesium werd voor het eerst beschreven in 1861, door Gustav Robert Kirchhoff en Robert Wilhelm Bunsen. Zij testten mineraalwater uit Bad Dürkheim. Nadat zij calcium, strontium, magnesium en lithium hadden gescheiden, zagen zij twee lijnen in het "blauwe" bereik van het spectrum. Op grond van deze lijnen concludeerden zij dat er naast de reeds gevonden elementen nog een onbekende stof in het mineraalwater moest zitten. Zij noemden deze stof cesium, naar de kleur blauw.
Isotopen en verbindingen
Er zijn ten minste 39 isotopen van cesium bekend, die in atoommassa variëren van 112 tot 151. Slechts één daarvan, 133Cs, is stabiel. De natuurlijk voorkomende isotoop van cesium is dan ook 133Cs, dat niet radioactief is. 133Cs wordt gebruikt in atoomklokken, waarvan de trillingsfrequentie wordt gebruikt om de lengte van een seconde te definiëren. Een andere isotoop, 137Cs, wordt niet in de natuur gemaakt, maar wel na kernsplitsing. Het is zeer radioactief en wordt gebruikt als een industriële bron van gammastralen.
Cesium vormt verbindingen met vele andere chemische elementen. Vanwege zijn hoge dichtheid wordt cesiumformiaat gebruikt bij olieboringen.
Reactiviteit
Cesium is extreem reactief in lucht en water. Cesium oxideert snel in lucht en kan op elk moment spontaan ontbranden (willekeurig vlam vatten). Daarom moet het in kerosine of een minerale olie worden bewaard, net als andere elementen van groep één (lithium, natrium, rubidium en francium). In water reageert cesium heftig en wordt cesiumhydroxide (2CsOH) gevormd. Het cesium zinkt ongeveer een seconde en explodeert dan. De explosie is meer dan 50 keer zo groot als de grootte van het element dat in het water is gevallen, en de explosie is voldoende om een gewone Pyrex-beker, -fles of -testbuis te doen breken. Een video van de reactie vindt u hier.
Vragen en antwoorden
V: Wat is cesium?
A: Cesium is een chemisch element met atoomnummer 55 en het symbool is Cs.
V: Tot welke groep behoort cesium?
A: Cesium behoort tot de groep van de alkalimetalen.
V: Wat is het smeltpunt van cesium?
A: Het smeltpunt van cesium is laag, bij 28°C.
V: Is cesium reactief?
A: Ja, het is zeer reactief.
V: Wat maakt cesium tot een gevaarlijke chemische stof?
A: Door zijn hoge reactiviteit is het gevaarlijk. Het kan zichzelf in brand steken en explodeert bij contact met water.
V: Waarom wordt cesium opgeslagen in minerale olie?
A: Cesium wordt opgeslagen in minerale olie vanwege zijn heftige reactie met water.
V: Is cesium een gewoon element?
A: Nee, cesium is een zeldzaam element en is vrij duur vanwege de beperkte beschikbaarheid op aarde.
Zoek in de encyclopedie