mini|Cezij mini|Raspadanje cezija-137 To je meki, srebrno zlatni alkalijski metal, s talištem na 28 °C, što ga čini jednim od pet metala elemenata koji su tekući na sobnim temperaturama. Budući da je cezij alkalijski metal, njegova fizička i kemijska svojstva su slična rubidiju i kaliju. Izuzetno je reaktivan i u doticaju sa zrakom na sobnoj temperaturi ili blago povišenoj temperaturi oksidira i sam se zapali (piroforni metali). Reagira s vodom čak i na −116 °C. Cezij kao stabilni element ima najmanju elektronegativnost (0,79 po Paulingovoj ljestvici) od svih elemenata. Od mnogobrojnih cezijevih izotopa, jedino je cezij-133 stabilan. Proizvodi se uglavnom od minerala polucita. Radioaktivni cezij-137 se dobiva iz radioaktivnog otpada, koji nastaje u nuklearnim reaktorima.
Cezij su 1860. godine otkrili Robert Wilhelm Bunsen i Gustav Kirchhoff (Njemačka). Ime mu dolazi od latinske riječi caesius za nebesko plavu boju. To je veoma mekani, srebrno bijeli metal. Burno reagira s vodom. Na zraku izgara do superoksida (CsO2). Prva manja primjena je bila u elektronskim cijevima (vezanje kisika) i u solarnim člancima. Godine 1967. je određena frekvencija cezija-133 izabrana od Međunarodnog sustava mjernih jedinica za određivanje trajanja jedne sekunde, jer se cezij već tada dosta koristio za atomske satove. Radioaktivni izotop cezij-137 ima vrijeme poluraspada oko 30 godina, a koristi se u medicini, industriji i hidrologiji. Iako je cezij srednje otrovan, vrlo je opasan kao metal i njegovi izotopi predstavljaju veliku opasnost za zdravlje, u slučaju radioaktivnog ispuštanja.
Svojstva
Fizička svojstva Cezij je vrlo mekan (na Mohsovoj ljestvici ima najmanju vrijednost od svih elemenata – 0,2), vrlo rastezljiv (duktilan) srebrno-bijeli metal, koji razvija srebrno-zlatnu boju u malom prisustvu kisika. Ima talište na 28,4 °C, što ga čini jednim od pet metala elemenata koji su tekući na sobnim temperaturama. Živa je jedini metal koji ima talište niže od cezija. Osim toga, cezij ima nisko vrelište na 641 °C, najniže od svih metala osim žive. Njegovi spojevi izgaraju s plavom bojom. United States Geological Survey, 2009., "Mineral Commodity Profile: Cesium" William C. Butterman, William E. Brooks, Robert G. Reese Jr."Exploring Chemical Elements and their Compounds", Heiserman David L., McGraw-Hill, 1992.
Cezij stvara legure sa svim ostalim alkalijskim metalima, ali i sa zlatom i živinim amalgamima. Na temperaturama ispod 650 °C stvara legure s kobaltom, željezom, molibdenom, niklom, platinom, tantalom ili volframom. On stvara dobro utvrđene međumetalne spojeve s antimonom, galijem, indijem i torijem, koji su fotoosjetljivi. S ostalim alkalijskim metalima se vrlo dobro miješa (osim s litijem), a legura s 41 % cezija, 47 % kalija i 12 % natrija ima najniže talište od svih poznatih legura, samo −78 °C. Proučavano je samo nekoliko spojeva s amalgamima: CsHg2 je crn s ljubičastim metalnim sjajem, dok CsHg je zlatne boje i isto ima metalni sjaj. "It's Elemental: The Periodic Table – Cesium", American Chemical Society, 2010., Kaner Richard, 2003.
Kemijska svojstva Cezij je izuzetno reaktivan i u doticaju sa zrakom na sobnoj temperaturi ili blago povišenoj temperaturi oksidira i sam se zapali (piroforni metali). Osim toga, reagira vrlo eksplozivno s vodom, čak i kod niskih temperatura. Cezij je reaktivniji od svih alkalijskih metala. Reagira s ledom vode čak i na temperaturi od −116 °C. Zbog toga se kao metal smatra opasnim materijalom. Skladišti se i prevozi u suhim zasićenim ugljikovodicima, kao što je mineralno ulje. Može se slično zaštititi u inertnom plinu, kao što su argon ili dušik. Može se spremiti u malim vakuumskim ampulama od borosilikatnog stakla. U količinama većim od 100 grama, cezij se prevozi u nepropusnim spremnicima od nehrđajućeg čelika.
Po kemijskim svojstvima je sličan ostalim alkalijskim metalima, a najviše s rubidijem. Male razlike nastaju jer ima veću atomsku masu i više je elektropozitivan od ostalih alkalijskih metala.Andreev S. V., Letokhov V. S., Mishin V. I.: "Laser resonance photoionization spectroscopy of Rydberg levels in Fr", Physical Review Letters, 1987.
Kemijski spojevi s cezijem U velikoj većini cezijevih spojeva, cezij je u obliku kationa Cs+, koji ima ionsku vezu s velikom većinom aniona. Iznimka su alkidi i neki suboksidi. Cezijeve soli su uglavnom bezbojne. Većina jednostavnih soli je higroskopična i može vezati molekule vode na sebe, ali manje od soli drugih alkalijskih metala. Cezijevi acetati, karbonati, halidi, oksidi, nitrati i sulfati su topivi u vodi. Dvostruke soli su često slabije topive i to se svojstvo koristi za izdvajanje iz rude ili mineralnih sirovina. Dvostruke soli s antimonom (kao što je CsSbCl4), bizmutom, kadmijem, bakrom, željezom i olovom su vrlo slabo topive.Angewandte Chemie, 1979., J. L. Dye: "Compounds of Alkali Metal Anions"
Cezijev hidroksid (CsOH) je higroskopičan i vrlo jaka baza. On vrlo brzo nagriza površine poluvodiča, kao što je silicij. Prije se smatralo da je cezijev hidroksid (CsOH) najjača baza, zbog vrlo slabe veze između velikog Cs+ iona i OH–, ali ima i još jačih baza. "Etching in microsystem technology" Köhler Michael J., Wiley-VCH, 1999.
Izotopi Cezij ima ukupno 39 poznatih izotopa i njihova atomska masa se kreće od 112 do 151. Neki od njih nastaju od lakših elemenata, sporim hvatanjem neutrona unutar starih zvijezda ili unutar eksplozija supernova. Ipak, jedini stabilan izotop je cezij-133, koji ima 78 neutrona i 55 protona. Iako ima veliki spin jezgre (7/2+), proučavanje nuklearne magnetske rezonancije može se obaviti kod rezonantne frekvencije 11,7 MHz."Complexation of caesium and rubidium cations with crown ethers in N,N-dimethy", 1996., Goff C., Polyhedron
Radioaktivni cezij-135 ima vrlo dugo vrijeme poluraspada od 2,3 milijuna godina, dok cezij-137 ima 30 godina, a cezij-134 dvije godine. Cezij-137 se raspada u kratkotrajni barij-137, uz oslobađanje beta-čestica, a zatim prelazi u neradioaktivni barij-134. Izotop cezij-134 odmah prelazi u barij-134. Izotopi s atomskom masom 129, 131, 132 i 136 imaju vrijeme poluraspada između jednog dana i dva tjedna. Ostali izotopi imaju vrijeme poluraspada od dijela sekunde do sekunde. Postoji najmanje 21 metastabilan nuklearni izomer, i jedino cezij-134m ima vrijeme poluraspada ispod 3 sata, dok su ostali vrlo nestabilni i raspadaju se za nekoliko minuta ili manje."The half-life of Cs137", 1955., Brown F., Hall G.R., Walter A.J., Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry "Interactive Chart of Nuclides", Brookhaven National Laboratory, Sonzogni Alejandro, 2008,
Izotop cezij-135 je jedan od najtrajnijih produkatanuklearne fisije urana, koji se stvara u nuklearnim reaktorima. Ipak, stvaranje tog izotopa je smanjeno u većini nuklearnih reaktora, jer njegov prethodnik ksenon-135, snažno reagira s neutronima i pretvara se u stabilni ksenon-136, prije nego što se raspadne u cezij-135. "CANDU Fundamentals", CANDU Owners Group Inc., 2010.Journal of Environmental Radioactivity: "Preliminary evaluation of 135Cs/137Cs as a forensic tool for identifying source of radioactive contamination", V. F. Taylor, R. D. Evans, R. J. Cornett, 2008.
Kada se cezij-137 raspada u barij-137m i oslobađa beta-čestice, on isto snažno emitira gama-čestice. Zajedno sa stroncijem-90, čini osnovni izvor dugotrajnog radioaktivnog zračenja u potrošenom nuklearnom gorivu, koji nakon nekoliko godina hlađenja emitira još nekoliko stotina godina. Tako na primjer, cezij-137 zajedno sa stroncijem-90, trenutno stvara najveći izvor radioaktivnosti nastao nakon Černobilske nesreće. Ne može se proces ubrzati s neutronima, jer slabo hvataju neutrone, pa se moraju ostaviti do potpunog raspada."Transmutation of Cesium-137 Using Proton Accelerator" Takeshi Kase, Kenji Konashi, Hiroshi Takahashi, Yasuo Hirao, 1993., Journal of Nuclear Science and Technology
Gotovo sav cezij dobiven iz nuklearne fisije, koji stvara i beta-čestice, nastaje od prethodnika bogatih neutronima, posebno joda i ksenona. Ali jod i ksenon su hlapljivi i mogu izaći iz nuklearnog goriva, pa se radioaktivni cezij može naći i dosta daleko od nuklearnog reaktora. Kada je počelo testiranje nuklearnog oružja 1945., cezij je oslobođen u Zemljinu atmosferu, a zatim se vratio na površinu Zemlje u obliku radioaktivne prašine."Release of xenon-137 and iodine-137 from UO2 pellet by pulse neutron irradiation at NSRR" Ishiwatari N., Nagai H., Nippon Genshiryoku Gakkaishi 2010.
Nalazišta mini|Polucit, mineral cezija Cezij je relativno rijedak element u Zemljinoj kori, s obzirom na to da ga ima oko 0,0003%. To ga čini 45. elementom po zastupljenosti i 36. od svih metala. Ipak, ima ga više od antimona, kadmija, kositra i volframa, i puno više od žive ili srebra, ali ima ga 30 puta manje od rubidija, koji je kemijski vrlo sličan element.Turekian K.K., Wedepohl K. H., 1961., "Distribution of the elements in some major units of the Earth's crust", Geological Society of America Bulletin
Zbog velikog ionskog polumjera, za vrijeme kristalizacije magme, cezij se kristalizira među posljednjima. Zbog toga, cezij ćemo naći samo u nekoliko minerala. Jedini ekonomski isplativ mineral je polucit Cs(AlSi2O6), koji se može naći samo na nekoliko mjesta u svijetu i često zajedno s litijevim mineralima. Jedan od najvećih rudnika cezija je u Kanadi, gdje ga ima oko 66 % svjetskih rezervi. Da bi polucit bio isplativ za vađenje, treba imati više od 19 % cezija. Ostala značajna nalazišta su u Zimbabveu i Namibiji."The Tanco Pegmatite at Bernic Lake, Manitoba: X. Pollucite" Petr Černý, Canadian Mineralogist, 1978., 2010.
Povijest mini|Gustav Kirchhoff (lijevo) i Robert Bunsen (u centru) su otkrili cezij uz pomoć spektroskopije 1860. su Gustav Kirchhoff i Robert Bunsen otkrili cezij u mineralnoj vodi iz Dürkheima (Njemačka). Zbog jake plave linije u emisionom spektru, nazvali su ga po latinskoj riječi caesius, što znači plavo nebo. To je bio prvi element koji je otkriven uz pomoć spektroskopije, samo godinu dana nakon otkriča spektrometra."The discovery of the elements. XIII. Some spectroscopic discoveries" Weeks Mary Elvira, Journal of Chemical Education, 1932.
Da bi dobili čisti uzorak cezija, bilo je potrebno ishlapiti 44 000 litara mineralne vode, da bi se dobilo 240 kilograma koncentrirane otopine soli. Zemnoalkalijski metali su se odlobodili kao talog, ostavljajući alkalijske metale u otopini. Zatim je dodavan etanol, da bi se soli pretvorile u nitrate i tako oslobodili natrija. Iz te preostale smjese, litij je odvojen s amonijevim karbonatom [(NH4)2CO3]. Kalij, rubidij i cezij stvaraju netopive soli s kloroplatinskom kiselinom [H2PtCl6•(H2O)6], ali te soli pokazuju laganu razliku u topivosti u vrućoj vodi. Zbog toga, slabije topivi cezij i rubidij heksakloroplatinat ((Cs,Rb)2PtCl6) se može izdvojiti djelomičnom kristalizacijom. Nakon redukcije heksakloroplatinata s vodikom, cezij i rubidij se mogu razdvojiti zbog razlike u topivosti njihovih karbonata u alkoholu. Na kraju, Kirchhoff i Bunsen su dobili 9,2 grama rubidijevog klorida i 7,3 grama cezijevog klorida, iz 44 000 litara mineralne vode."Chemische Analyse durch Spectralbeobachtungen" G. Kirchhoff, R. Bunsen, Annalen der Physik|Annalen der Physik und Chemie, 1861.