Sezyum

Sezyum, ₅₅Cs

Sezyum
Telaffuz	/ˈsiːziəm/ ​(SEE-zee-əm)
Alternatif isim	cesium (ABD, gayri resmi)
Görünüm	soluk altın renginde
Standart atom ağırlığı Ar, std(Cs)	7002132905451960000♠132.90545196(6)
Periyodik tablodaki Sezyum
Rb ↑ Cs ↓ Fr ksenon ← sezyum → baryum
Atom numarası (Z)	55
Grup	grup 1 (alkali metal)
Period	periyot 6
Blok	s-blok
Element kategorisi	Alkali metal
Elektron konfigürasyonu	[Xe] 6s1
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 18, 8, 1
Fiziksel özellikler
STP de Faz	katı
Erime noktası	301.7 K ​(28.5 °C, ​83.3 °F)
Kaynama noktası	944 K ​(671 °C, ​1240 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)	1.93 g/cm3
sıvı olduğunda ( m.p.)	1.843 g/cm3
Kritik nokta	1938 K, 9.4 MPa
Isı entalpisi	2.09 kJ/mol
Buharlaştırma vaporization	63.9 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	32.210 J/(mol·K)
Buhar basıncı P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 418 469 534 623 750 940
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	−1, +1 (a güçlü baz oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 0.79
Ionization enerjisi	1.: 375.7 kJ/mol 2.: 2234.3 kJ/mol 3.: 3400 kJ/mol
Atom yarıçapı	deneysel: 265 pm
Kovalent yarıçapı	244±11 pm
Van der Waals yarıçapı	343 pm
sezyum spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	​hacim merkezli kübik (bcc)
Termal Genleşme	97 µm/(m·K) (25 °C)
Termal iletkenlik	35.9 W/(m·K)
Elektriksel direnç	205 nΩ·m (20 °C)
Manyetik sıralama	paramanyetik
Young modülü	1.7 GPa
Bulk modülü	1.6 GPa
Mohs sertliği	0.2
Brinell sertliği	0.14 MPa
CAS Numarası	7440-46-2
Tarihçe
Adlandırma	Latince caesius'tan, spektral renkleri için gök mavisi
Keşfeden	Robert Bunsen ve Gustav Kirchhoff (1860)
İlk izolasyon	Carl Setterberg (1882)
sezyum ana izotopları
İzo­top Bol­luk Half-life (t1/2) Bozunma modu Boz­unma 133Cs 100% kararlı 134Cs syn 2.0648 y ε 134Xe β− 134Ba 135Cs izi 2.3×106 y β− 135Ba 137Cs syn 30.17 y β− 137Ba

Sezyum sembolü Cs ve atom numarası 55 olan kimyasal bir elementtir. 28,5 °C (83,3 °F) erime noktasına sahip yumuşak, gümüşi-altın bir alkali metaldir, bu da onu oda sıcaklığında veya buna yakın sıcaklıkta sıvı olan yalnızca beş temel metalden biri yapar. Sezyum, rubidyum ve potasyumunkilere benzer fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir. Tüm metaller arasında en reaktif olan piroforiktir ve -116 °C'de (-177 °F) bile su ile reaksiyona girer. Pauling ölçeğinde 0,79 değeri ile en az elektronegatif elementtir. Sadece bir kararlı izotopu, sezyum-133'e sahiptir. Sezyum çoğunlukla polüsitten çıkarılırken, radyoizotoplar, özellikle bir fisyon ürünü olan sezyum-137, nükleer reaktörler tarafından üretilen atıklardan çıkarılır.

Alman kimyager Robert Bunsen ve fizikçi Gustav Kirchhoff, yeni geliştirilen alev spektroskopisi yöntemiyle 1860 yılında sezyum keşfetti. Sezyum için ilk küçük ölçekli uygulamalar, vakum tüplerinde ve fotoelektrik hücrelerde bir "alıcı" olarak yapıldı. 1967'de, Einstein'ın ışık hızının evrendeki en sabit boyut olduğuna dair kanıtına dayanarak, Uluslararası Birimler Sistemi, saniye ve metre ile birlikte tanımlamak için bir sezyum-133 emisyon spektrumundan iki spesifik dalga sayısı kullandı. O zamandan beri, sezyum son derece hassas atom saatlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

1990'lardan beri, elementin en büyük uygulaması sondaj sıvıları için sezyum format olmuştur, ancak elektrik üretiminde, elektronikte ve kimyada bir dizi uygulamaya sahiptir. Radyoaktif izotop sezyum-137'nin yarı ömrü yaklaşık 30 yıldır ve tıbbi uygulamalarda, endüstriyel göstergelerde ve hidrolojide kullanılır. Radyoaktif olmayan sezyum bileşikleri yalnızca hafif derecede toksiktir, ancak saf metalin suyla patlayıcı bir şekilde reaksiyona girme eğilimi, sezyumun tehlikeli bir malzeme olarak kabul edildiği ve radyoizotopların çevrede önemli bir sağlık ve ekolojik tehlike oluşturduğu anlamına gelir.

Tarihçe

1860'da Robert Bunsen ve Gustav Kirchhoff, Almanya'nın Dürkheim kentindeki maden suyunda sezyum keşfetti. Emisyon spektrumundaki parlak mavi çizgiler nedeniyle, adı Latince caesius kelimesinden, yani gök mavisi anlamına gelir. Sezyum, sadece bir yıl önce Bunsen ve Kirchhoff tarafından icat edilen bir spektroskopla keşfedilen ilk elementti.

Saf bir sezyum numunesi elde etmek için, 44.000 litre (9,700 imp gal; 12,000 US gal) maden suyunun buharlaştırılması ve 240 kilogram (530 lb) konsantre tuz çözeltisi elde edilmesi gerekiyordu. Alkali toprak metaller, çözeltide alkali metali bırakarak sülfatlar veya oksalatlar olarak çökeltildi. Nitratlara dönüştürüldükten ve etanol ile ekstraksiyondan sonra, sodyum içermeyen bir karışım elde edildi. Bu karışımdan lityum, amonyum karbonat ile çökeltildi. Potasyum, rubidyum ve sezyum, kloroplatinik asit ile çözünmeyen tuzlar oluşturur, ancak bu tuzlar, sıcak suda çözünürlük açısından küçük bir farklılık gösterir ve daha az çözünür sezyum ve rubidyum heksakloroplatinat ((Cs,Rb)₂PtCl₈), fraksiyonel kristalizasyon ile elde edildi. Heksakloroplatinatın hidrojen ile indirgenmesinden sonra, sezyum ve rubidyum, karbonatlarının alkol içindeki çözünürlüklerindeki farklılık ile ayrıldı. İşlem, ilk 44.000 litre maden suyundan 9.2 gram (0.32 oz) rubidyum klorür ve 7.3 gram (0.26 oz) sezyum klorür verdi.

Sezyum klorürden, iki bilim adamı, yeni elementin atom ağırlığını 123.35 olarak tahmin etti (şu anda kabul edilen 132.9'dan biri ile karşılaştırıldığında). Erimiş sezyum klorürün elektroliziyle elemental sezyum üretmeye çalıştılar, ancak bir metal yerine, "ne çıplak göz altında ne de mikroskop altında metalik maddeden en ufak bir iz göstermeyen" mavi homojen bir madde elde ettiler; sonuç olarak, onu bir alt klorür (Cs₂Cl) olarak belirlediler. Gerçekte, ürün muhtemelen metal ve sezyum klorürün koloidal bir karışımıydı. Sulu klorür çözeltisinin bir cıva katodu ile elektrolizi, sulu koşullar altında kolayca ayrışan bir sezyum amalgamı üretti. Saf metal sonunda Kekulé ve Bunsen ile doktorası üzerinde çalışırken Alman kimyager Carl Setterberg tarafından izole edildi. 1882'de sezyum siyanürü elektrolize ederek, klorür ile ilgili problemlerden kaçınarak sezyum metali üretti.

Tarihsel olarak, sezyumun en önemli kullanımı araştırma ve geliştirmede, özellikle kimyasal ve elektrik alanlarında olmuştur. İki işlevi olduğu radyo vakum tüplerinde kullanılmaya başlandığı 1920'lere kadar sezyum için çok az uygulama vardı; bir alıcı olarak, üretimden sonra fazla oksijeni uzaklaştırdı ve ısıtılmış katot üzerine bir kaplama olarak elektrik iletkenliğini arttırdı. Sezyum, 1950'lere kadar yüksek performanslı bir endüstriyel metal olarak tanınmıyordu. Radyoaktif olmayan sezyum uygulamaları arasında fotoelektrik hücreler, fotoçoğaltıcı tüpler, kızılötesi spektrofotometrelerin optik bileşenleri, çeşitli organik reaksiyonlar için katalizörler, sintilasyon sayaçları için kristaller ve manyetohidrodinamik güç jeneratörleri bulunuyordu. Sezyum ayrıca ikincil iyon kütle spektrometrisinde (SIMS) pozitif iyon kaynağı olarak kullanıldı ve halen kullanılmaktadır.

1967'den beri, Uluslararası Ölçüm Sistemi, birincil zaman birimini, ikincisi ise sezyumun özelliklerine dayandırmaktadır. Uluslararası Birimler Sistemi (SI), ikincisini sezyum-133'ün temel durumunun iki aşırı ince enerji seviyesi arasındaki geçişe karşılık gelen spektral çizginin mikrodalga frekansında 9,192,631,770 döngü süresi olarak tanımlar. 1967'deki 13. Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı, bir saniyeyi şu şekilde tanımladı: "Sezyum-133 atomlarının temel durumlarında dış alanlardan etkilenmeden aşırı ince geçişi tarafından emilen veya yayılan 9,192,631,770 döngü mikrodalga ışığının süresi".

Karakteristikleri

Fiziki ozellikleri

Sezyum en yumuşak elementtir (sertliği 0,2 Mohs'dur). Eser miktarda oksijen varlığında koyulaşan çok sünek, soluk bir metaldir. Mineral yağın varlığında (nakliye sırasında en iyi saklandığı yerde), metalik parlaklığını kaybeder ve daha mat, gri bir görünüm alır. 28,5 °C (83,3 °F) erime noktasına sahiptir ve bu da onu oda sıcaklığına yakın sıvı halde olan birkaç element metalden biri yapar. Cıva, bilinen erime noktası sezyumdan daha düşük olan tek kararlı elemental metaldir. Buna ek olarak, metal, cıva dışındaki tüm metaller arasında en düşük olan 641 °C (1,186 °F) gibi oldukça düşük bir kaynama noktasına sahiptir. Bileşikleri mavi veya mor renkte yanar.

Sezyum, diğer alkali metaller, altın ve cıva (amalgamlar) ile alaşımlar oluşturur. 650 °C'nin (1,202 °F) altındaki sıcaklıklarda kobalt, demir, molibden, nikel, platin, tantal veya tungsten ile alaşım yapmaz. Işığa duyarlı antimon, galyum, indiyum ve toryum ile iyi tanımlanmış intermetalik bileşikler oluşturur. Diğer tüm alkali metallerle (lityum hariç) karışır; %41 sezyum, %47 potasyum ve %12 sodyum molar dağılımına sahip alaşım, -78 °C'de (-108 °F) bilinen herhangi bir metal alaşımının en düşük erime noktasına sahiptir. Birkaç amalgam incelenmiştir: CsHg₂ mor metalik bir parıltıyla siyahtır, CsHg ise altın rengindedir ve yine metalik bir parıltıya sahiptir.

Sezyumun altın rengi, grup aşağı inerken alkali metallerin elektronlarını harekete geçirmek için gereken azalan ışık frekansından gelir. Lityumdan rubidyuma geçiş için bu frekans ultraviyole şeklindedir, ancak sezyum için spektrumun mavi-mor ucuna girer; başka bir deyişle, alkali metallerin plazmonik frekansı lityumdan sezyuma düşer. Böylece sezyum mor ışığı tercihen iletir ve kısmen emerken diğer renkler (daha düşük frekanslı) yansıtılır; dolayısıyla sarımsı görünür.

Kimyasal özellikler

Sezyum metali oldukça reaktif ve çok piroforiktir. Havada kendiliğinden tutuşur ve diğer alkali metallere (periyodik tablonun ilk grubu) göre düşük sıcaklıklarda bile su ile patlayıcı tepkimeye girer. -116 °C (-177 °F) kadar düşük sıcaklıklarda buzla reaksiyona girer. Bu yüksek reaktivite nedeniyle, sezyum metal tehlikeli bir malzeme olarak sınıflandırılır. Mineral yağ gibi kuru, doymuş hidrokarbonlarda depolanır ve sevk edilir. Sadece argon gibi inert gazlar altında işlenebilir. Bununla birlikte, bir sezyum-su patlaması, benzer miktarda sodyum içeren bir sodyum-su patlamasından genellikle daha az güçlüdür. Bunun nedeni, sezyumun suyla temas ettiğinde anında patlaması ve hidrojenin birikmesi için çok az zaman bırakmasıdır. Sezyum, vakumla kapatılmış borosilikat cam ampullerde saklanabilir. Yaklaşık 100 gramdan (3,5 oz) fazla miktarlarda sezyum, hava geçirmez şekilde kapatılmış paslanmaz çelik kaplarda sevk edilir.

Sezyumun kimyası, periyodik tablodaki sezyumun üzerindeki element olan rubidyum gibi diğer alkali metallerinkine benzer. Bir alkali metal için beklendiği gibi, tek yaygın oksidasyon durumu + 1'dir. Bazı küçük farklılıklar, daha yüksek bir atom kütlesine sahip olması ve diğer (radyoaktif olmayan) alkali metallerden daha elektropozitif olması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Sezyum, en elektropozitif kimyasal elementtir. Sezyum iyonu da daha büyüktür ve hafif alkali metallerden daha az "serttir".

Bileşikler

Çoğu sezyum bileşiği, çok çeşitli anyonlara iyonik olarak bağlanan Cs⁺ katyonunu içerir. Dikkate değer bir istisna, sezid anyonudur (Cs⁻) ve diğerleri, birkaç alt oksittir (aşağıdaki oksitler bölümüne bakınız).

Cs⁺ tuzları, anyonun kendisi renkli olmadıkça genellikle renksizdir. Basit tuzların çoğu higroskopiktir, ancak daha hafif alkali metallerin karşılık gelen tuzlarından daha azdır. Fosfat, asetat, karbonat, halojenürler, oksit, nitrat ve sülfat tuzları suda çözünürdür. Çift tuzlar genellikle daha az çözünürdür ve sezyum alüminyum sülfatın düşük çözünürlüğünden Cs'nin cevherlerden rafine edilmesinde yararlanılır. Antimon içeren ikili tuz (CsSbCl₄ gibi), bizmut, kadmiyum, bakır, demir ve kurşun da çok az çözünür.

Sezyum hidroksit (CsOH) higroskopiktir ve kuvvetli baziktir. Silikon gibi yarı iletkenlerin yüzeyini hızla aşındırır. CsOH, daha önce kimyagerler tarafından, büyük Cs⁺ iyonu ve OH⁻ arasındaki nispeten zayıf çekiciliği yansıtan "en güçlü baz" olarak görülüyordu; gerçekten de en güçlü Arrhenius bazıdır, ancak n-butillityum ve sodyum amid gibi suda çözünmeyen bazı bileşikler daha baziktir.

Sezyum ve altının stokiyometrik bir karışımı, ısıtma üzerine sarı sezyum aurid (Cs⁺Au⁻) oluşturmak üzere reaksiyona girecektir. Buradaki auride anyonu, sözde halojen gibi davranır. Bileşik suyla şiddetli bir şekilde reaksiyona girerek sezyum hidroksit, metalik altın ve hidrojen gazı verir; sıvı amonyakta, tetrametilamonyum aurid üretmek için sezyuma özgü bir iyon değişim reçinesi ile reaksiyona sokulabilir. Benzer platin bileşiği, kırmızı sezyum platinid (Cs₂Pt), bir psödokalkojen olarak davranan platinid iyonunu içerir.

Kompleksleri

Tüm metal katyonlar gibi, Cs⁺, çözelti içinde Lewis bazları ile kompleksler oluşturur. Büyük boyutu nedeniyle, Cs⁺ genellikle daha küçük alkali metal katyonları için tipik olan 6'dan büyük koordinasyon sayılarını kullanır. Bu fark, CsCl'nin 8 koordinasyonunda belirgindir. Bu yüksek koordinasyon sayısı ve yumuşaklık (kovalent bağ oluşturma eğilimi), ¹³⁷Cs⁺ 'nın büyük miktarlarda radyoaktif olmayan K⁺' dan ayrılması gereken nükleer atıkların ıslahında Cs⁺ 'nın diğer katyonlardan ayrılmasında yararlanılan özelliklerdir.

Halitler

Çift cidarlı karbon nanotüpler içinde büyütülen tek atomlu sezyum halojen teller (TEM görüntüsü).

Sezyum florür (CsF), organoflorin kimyasında florür anyonları kaynağı olarak yaygın olarak kullanılan higroskopik beyaz bir katıdır. Sezyum florür, halit yapısına sahiptir, yani Cs⁺ ve F⁻, sodyum klorürde Na⁺ ve Cl⁻ gibi en yakın kübik dizide paketlenir. Bilhassa sezyum ve florin, bilinen tüm elementler arasında sırasıyla en düşük ve en yüksek elektronegatifliğe sahiptir.

Sezyum klorür (CsCl), basit kübik kristal sisteminde kristalleşir. "Sezyum klorür yapısı" olarak da adlandırılan bu yapısal motif, her biri sekiz kat koordinasyona sahip iki atom temelli ilkel bir kübik kafesten oluşur; Klorür atomları küpün kenarlarındaki kafes noktalarında, sezyum atomları ise küplerin ortasındaki deliklerde bulunur. Bu yapı, CsBr ve CsI ve Cs içermeyen diğer birçok bileşik ile paylaşılır. Buna karşılık, diğer alkalin halojenürlerin çoğu, sodyum klorür (NaCl) yapısına sahiptir. CsCl yapısı tercih edilir çünkü Cs⁺, 174 pm ve Cl⁻ 181 pm iyonik yarıçapa sahiptir.

Oksitler

Diğer alkali metallerden daha çok sezyum, oksijen ile çok sayıda ikili bileşik oluşturur. Sezyum havada yandığında, süperoksit CsO₂ ana üründür. "Normal" sezyum oksit (Cs₂O), sarı-turuncu altıgen kristaller oluşturur ve anti-CdCl₂ tipinin tek oksitidir. 250 °C'de (482 °F) buharlaşır ve 400 °C'nin (752 °F) üzerindeki sıcaklıklarda sezyum metal ve peroksit Cs₂O₂'ye ayrışır. Süperoksit ve ozonit CsO₃'e ek olarak, birkaç parlak renkli alt oksit de incelenmiştir. Bunlar arasında Cs₇O, Cs₄O, Cs₁₁O₃, Cs₃O (koyu yeşil), CsO, Cs₃O₂ ve Cs₇O₂ bulunur. İkincisi, Cs₂0 oluşturmak için bir vakumda ısıtılabilir. Kükürt, selenyum ve tellür içeren ikili bileşikler de mevcuttur.

İzotopları

Sezyumun kütle numarası (yani çekirdekteki nükleon sayısı) 112 ile 151 arasında değişen 39 bilinen izotopu vardır. Bunların birçoğu, eski yıldızların içindeki yavaş nötron yakalama işlemi (S-süreci) ve süpernova patlamalarındaki R-süreci ile daha hafif elementlerden sentezlenir. Tek kararlı sezyum izotopu 78 nötronlu ¹³³CS'dir. Büyük bir nükleer spini (7/2+) olmasına rağmen, nükleer manyetik rezonans çalışmaları bu izotopu 11.7 MHz rezonans frekansında kullanabilir.

Radyoaktif ¹³⁵Cs'ler, sezyumun tüm radyoaktif izotoplarının en uzun olanı olan yaklaşık 2,3 milyon yıllık çok uzun bir yarı ömre sahiptir. ¹³⁷Cs ve ¹³⁴Cs, sırasıyla 30 ve iki yıllık yarı ömre sahiptir. ¹³⁷Cs, beta bozunumuyla kısa ömürlü ^137mBa'ya ve ardından radyoaktif olmayan baryuma ayrışırken, ¹³⁴Cs doğrudan ¹³⁴Ba'ya dönüşür. Kütle numaraları 129, 131, 132 ve 136 olan izotoplar, bir gün ile iki hafta arasında yarı ömre sahipken, diğer izotopların çoğunun birkaç saniyeden saniyenin kesirlerine kadar yarı ömürleri vardır. En az 21 yarı kararlı nükleer izomer mevcuttur. ^134mC dışında (yarılanma ömrü 3 saatin biraz altında), hepsi çok kararsızdır ve birkaç dakika veya daha kısa yarılanma ömürleri ile bozulur.

İzotop ¹³⁵Cs'ler, nükleer reaktörlerde üretilen uranyumun uzun ömürlü fisyon ürünlerinden biridir. Bununla birlikte, bu fisyon ürünü verimi çoğu reaktörde azalır çünkü önceki ¹³⁵Xe güçlü bir nötron zehiridir ve ¹³⁵Cs'ye bozulmadan önce sık sık kararlı ¹³⁶Xe'ye dönüşür.

¹³⁷Cs'den ^137mBa'ya beta bozunması, güçlü bir gama radyasyonu emisyonudur. ¹³⁷Cs< ve ⁹⁰Sr, nükleer fisyonun başlıca orta ömürlü ürünleri ve birkaç yıl süren soğumadan sonra kullanılmış nükleer yakıttan elde edilen başlıca radyoaktivite kaynaklarıdır. Bu iki izotop, Çernobil felaketi alanındaki en büyük artık radyoaktivite kaynağıdır. Düşük yakalama oranı nedeniyle, ¹³⁷Cs'lerin nötron yakalama yoluyla imha edilmesi mümkün değildir ve mevcut tek çözüm, zamanla bozulmasına izin vermektir.

Nükleer fisyondan üretilen hemen hemen tüm sezyum, başlangıçta daha nötronca zengin fisyon ürünlerinin çeşitli iyot ve ksenon izotoplarından geçen beta bozunmasından gelir. İyot ve ksenon uçucu olduğundan ve nükleer yakıt veya hava yoluyla yayılabildiğinden, radyoaktif sezyum genellikle orijinal fisyon bölgesinden uzakta oluşturulur. 1950'lerden 1980'lere kadar süren nükleer silah testleri ile ¹³⁷Cs'ler atmosfere salındı ve radyoaktif serpinti bileşeni olarak yeryüzüne geri döndü. O zamanlardan toprağın ve tortunun hareketinin hazır bir işaretidir.

Oluşum

Pollucite, bir sezyum minerali

Sezyum, Dünya'nın kabuğunda milyonda ortalama 3 parça olduğu tahmin edilen nispeten nadir bir elementtir. Metaller arasında en çok bulunan 45. element ve 36. elementtir. Bununla birlikte, antimon, kadmiyum, kalay ve tungsten gibi elementlerden daha fazladır ve cıva ve gümüşten daha bol olan iki büyüklük sırasıdır; Kimyasal olarak yakından ilişkili olduğu rubidyum kadar %3,3 oranında bulunur.

Geniş iyonik yarıçapı nedeniyle sezyum, "uyumsuz elementlerden" biridir. Magma kristalleşmesi sırasında, sezyum sıvı fazda konsantre olur ve en son kristalleşir. Bu nedenle, en büyük sezyum yatakları, bu zenginleştirme işlemiyle oluşturulan zon pegmatit cevher kütleleridir. Sezyum, rubidyum kadar kolayca potasyum yerine geçmediğinden, alkali evaporit mineralleri silvit (KCl) ve karnalit (KMgCl
3·6H
2O) yalnızca %0,002 sezyum içerebilir. Sonuç olarak sezyum birkaç mineralde bulunur. Sezyumun yüzde miktarları beril (Be
3Al
2(SiO
3)
6) ve avogadritte ((K,Cs)BF
4), yakından ilişkili mineral pezzottaitte (Cs(Be
2Li)Al
2Si
6O
18) ağırlıkça% 15'e kadar Cs₂O'da, 8.4'e kadar bulunabilir. nadir mineral londonitte ((Cs,K)Al
4Be
4(B,Be)
12O
28) ağırlıkça %Cs₂O ve daha yaygın olan rodizitte daha azdır. Sezyum için ekonomik olarak önemli tek cevher, ticari açıdan daha önemli lityum mineralleri, lepidolit ve petalit ile ilişkili zonlu pegmatitlerde dünyanın birkaç yerinde bulunan pollucite Cs(AlSi
2O
6)'dir . Pegmatitler içinde, büyük tane boyutu ve minerallerin güçlü bir şekilde ayrılması, madencilik için yüksek tenörlü cevherle sonuçlanır.

Dünyanın bilinen en önemli ve en zengin sezyum kaynağı, Kanada'nın Manitoba kentindeki Bernic Gölü'ndeki Tanco Madeni olup, dünya rezerv tabanının üçte ikisinden fazlasını temsil eden, 350.000 metrik ton polüsit cevheri içerdiği tahmin edilmektedir. Polikitte sezyumun stokiyometrik içeriği %42.6 olmasına rağmen, bu tortudan alınan saf pollükit numuneleri sadece yaklaşık %34 sezyum içerirken, ortalama içerik ağırlıkça %24'tür. Ticari pollucite, %19'dan fazla sezyum içerir. Zimbabwe'deki Bikita pegmatit yatağı, petaliti için çıkarılıyor, ancak aynı zamanda önemli miktarda kirlilik içeriyor. Bir diğer önemli kirlilik kaynağı Namibya'daki Karibib Çölü'ndedir. Yılda 5 ila 10 metrik tonluk dünya maden üretiminin şu anki hızında, rezervler binlerce yıl sürecek.

Üretim

Pollucite cevherinin madenciliği ve rafine edilmesi seçici bir işlemdir ve diğer metallerin çoğundan daha küçük bir ölçekte yürütülür. Cevher ezilir, elle ayrıştırılır, ancak genellikle konsantre edilmez ve sonra öğütülür. Daha sonra sezyum, esas olarak üç yöntemle pollucite'den ekstrakte edilir: asit sindirimi, alkalin ayrışma ve doğrudan indirgeme.

Asit sindiriminde silikat pollükit kayası, hidroklorik (HCl), sülfürik (H
2SO
4), hidrobromik (HBr) veya hidroflorik (HF) asitler gibi güçlü asitlerle çözülür. Hidroklorik asit ile bir çözünür klorür karışımı üretilir ve sezyumun çözünmeyen klorür çift tuzları, sezyum antimon klorür (Cs
4SbCl
7), sezyum iyot klorür (Cs
2ICl) veya sezyum heksakloroserat (Cs
2(CeCl
6)) olarak çökeltilir. Ayrıldıktan sonra, saf çökelmiş çift tuz ayrıştırılır ve saf CsCl, suyun buharlaştırılmasıyla çökeltilir.

Sülfürik asit yöntemi, çözünmeyen çift tuzu doğrudan sezyum şapı (CsAl(SO
4)
2·12H
2O) olarak verir. Alüminyum sülfat bileşeni, şapın karbonla kavrulmasıyla çözünmez alüminyum okside dönüştürülür ve elde edilen ürün, bir Cs
2SO
4 çözeltisi verecek şekilde suyla süzülür.

Polikitin kalsiyum karbonat ve kalsiyum klorür ile kavrulması, çözünmeyen kalsiyum silikatlar ve çözünür sezyum klorür verir. Su veya seyreltik amonyak (NH
4OH) ile süzme, seyreltik bir klorür (CsCl) çözeltisi verir. Bu çözelti, sezyum klorür üretmek için buharlaştırılabilir veya sezyum şapı veya sezyum karbonata dönüştürülebilir. Ticari olarak uygun olmasa da, cevher doğrudan potasyum, sodyum veya kalsiyum ile vakumda indirgenebilir, doğrudan sezyum metali üretebilir.

Çıkarılan sezyumun çoğu (tuz olarak), petrol sondajı gibi uygulamalar için doğrudan sezyum formatına (HCOO⁻Cs⁺) dönüştürülür. Cabot Corporation, gelişmekte olan pazara tedarik sağlamak için 1997 yılında Manitoba'daki Bernic Gölü yakınlarındaki Tanco madeninde yılda 12.000 varil (1.900 m3) sezyum format çözeltisi kapasiteli bir üretim tesisi kurdu. Daha küçük ölçekli ticari sezyum bileşikleri, sezyum klorür ve nitrattır.

Alternatif olarak, sezyum metali cevherden türetilen saflaştırılmış bileşiklerden elde edilebilir. Sezyum klorür ve diğer sezyum halojenürler 700 ila 800 °C'de (1,292 ila 1,472 °F) kalsiyum veya baryum ile indirgenebilir ve sonuçtan sezyum metal damıtılabilir. Aynı şekilde alüminat, karbonat veya hidroksit, magnezyum ile indirgenebilir.

Metal ayrıca kaynaşmış sezyum siyanürün (CsCN) elektroliziyle de izole edilebilir. Sulu sezyum sülfat ve baryum asidden üretilebilen sezyum asit CsN
3'ün 390 °C (734 °F) termal ayrışması ile olağanüstü saf ve gazsız sezyum üretilebilir. Vakum uygulamalarında, sezyum dikromat, diğer gazlı ürünler olmadan saf sezyum metali üretmek için zirkonyum ile reaksiyona sokulabilir.

Cs
2Cr
2O
7 + 2 Zr → 2 Cs + 2 ZrO
2+ Cr
2O
3

2009'da %99.8 saf sezyumun (metal bazlı) fiyatı gram başına yaklaşık 10 dolardı (280 $/ons), ancak bileşikler önemli ölçüde daha ucuz.

Uygulamalar

Petrol arama

Günümüzde radyoaktif olmayan sezyumun en büyük kullanımı, maden çıkarma petrol endüstrisi için sezyum format sondaj sıvılarıdır. Sulu sezyum format çözeltileri (HCOO⁻Cs⁺)— sezyum hidroksitin formik asitle reaksiyona sokulmasıyla elde edildi - 1990'ların ortalarında petrol kuyusu sondajı ve tamamlama sıvıları olarak kullanılmak üzere geliştirildi. Bir sondaj sıvısının işlevi, matkap uçlarını yağlamak, kaya parçalarını yüzeye çıkarmak ve kuyunun sondajı sırasında formasyon üzerindeki basıncı korumaktır. Tamamlama sıvıları, sondajdan sonra ancak üretimden önce basıncı koruyarak kontrol donanımının yerleştirilmesine yardımcı olur.

Sezyum format tuzlu suyunun yüksek yoğunluğu (galon başına 2,3 g/cm³ veya 19,2 libreye kadar), çoğu sezyum bileşiğinin nispeten iyi huylu yapısı ile birleştiğinde, sondaj sıvısında toksik yüksek yoğunluklu askıda katı madde gereksinimini azaltır - önemli teknolojik, mühendislik ve çevresel avantaj saglar. Diğer birçok ağır sıvının bileşenlerinin aksine, sezyum format nispeten çevre dostudur. Sezyum format tuzlu su, sıvıların yoğunluğunu suya (1.0 g/cm³ veya galon başına 8.3 pound) düşürmek için potasyum ve sodyum formatlarıyla karıştırılabilir. Dahası, biyolojik olarak parçalanabilir ve geri dönüştürülebilir, bu da yüksek maliyeti (2001'de varil başına yaklaşık 4.000 $) açısından önemlidir. Alkali formatlar, aşındırıcı alternatif olarak, yüksek yoğunluklu tuzlu suların (çinko bromür ZnBr
2 çözeltileri gibi) bazen yaptığı gibi, oluşan oluşum veya kuyu içi metalleri işlemek için güvenlidir ve zarar vermez; ayrıca daha az temizlik gerektirirler ve bertaraf maliyetlerini düşürürler.

Atomik saatler

Sezyum tabanlı atomik saatler, sezyum-133 atomlarının aşırı ince yapısındaki elektromanyetik geçişleri referans noktası olarak kullanır. İlk doğru sezyum saati, 1955'te İngiltere'deki Ulusal Fizik Laboratuvarı'nda Louis Essen tarafından yapıldı. Sezyum saatleri son yarım yüzyılda gelişti ve "insanlığın henüz başardığı bir birimin en doğru şekilde gerçekleştirilmesi" olarak kabul ediliyor. Bu saatler frekansı 10¹⁴'te 2 ila 3 parça hata ile ölçer ve bu da günde 2 nanosaniye veya 1,4 milyon yılda bir saniye doğruluğa karşılık gelir. En son sürümler, 10¹⁵'te 1 parçadan, 20 milyon yılda yaklaşık 1 saniyeden daha doğrudur. Sezyum standardı, standartlara uygun zaman ve frekans ölçümleri için birincil standarttır. Sezyum saatleri, cep telefonu ağlarının ve İnternetin zamanlamasını düzenler.

SI Birimleri

Saniye, sembolü s, SI zaman birimidir. Sezyum-133 atomunun sertleşmemiş taban hal aşırı ince geçiş frekansı olan sezyum frekansı Δν_Cs'lerin sabit sayısal değerinin, s⁻¹'e eşit olan Hz birimiyle ifade edildiğinde 9192631770 olmasıyla tanımlanır.

Elektrik gücü ve elektronik

Sezyum buharlı termiyonik jeneratörler, ısı enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren düşük güçlü cihazlardır. İki elektrotlu vakum tüp dönüştürücüsünde sezyum, katot yakınındaki alan yükünü nötralize eder ve akım akışını artırır.

Sezyum, ışığı elektron akışına dönüştüren fotoemisif özellikleri açısından da önemlidir. Fotoelektrik hücrelerde kullanılır çünkü intermetalik bileşik gibi sezyum bazlı katotlar K
2CsSb, elektron emisyonu için düşük bir eşik voltajına sahiptir. Sezyum kullanan ışık yayıcı cihazlar arasında optik karakter tanıma cihazları, foto çoğaltıcı tüpler ve video kamera tüpleri bulunur. Bununla birlikte, ışığa duyarlı malzemelerdeki sezyum yerine germanyum, rubidyum, selenyum, silikon, tellür ve diğer birkaç element ikame edilebilir.

Sezyum iyodür (CsI), bromür (CsBr) ve sezyum florür (CsF) kristalleri, gama ve X-ışını radyasyonunu tespit etmek için mineral araştırmalarında ve parçacık fiziği araştırmalarında yaygın olarak kullanılan sintilasyon sayaçlarında sintilatörler için kullanılır. Ağır bir element olan sezyum, daha iyi algılama ile iyi bir durdurma gücü sağlar. Sezyum bileşikleri daha hızlı bir yanıt (CsF) sağlayabilir ve daha az higroskopik (CsI) olabilir. Sezyum buharı birçok yaygın manyetometrede kullanılmaktadır.

Element, spektrofotometride dahili bir standart olarak kullanılır. Diğer alkali metaller gibi, sezyum da oksijene büyük bir afiniteye sahiptir ve vakumlu tüplerde bir "alıcı" olarak kullanılır. Metalin diğer kullanımları arasında yüksek enerjili lazerler, buhar kızdırma lambaları ve buhar redresörleri bulunur.

Santrifüj sıvıları

Sezyum iyonunun yüksek yoğunluğu, sezyum klorür, sezyum sülfat ve sezyum trifloroasetat (Cs(O
2CCF
3)) çözeltilerini, yoğunluk gradyanlı ultrasantrifüj için moleküler biyolojide yararlı kılar. Bu teknoloji temel olarak viral partiküllerin, hücre altı organellerin ve fraksiyonların ve nükleik asitlerin biyolojik numunelerden izolasyonunda kullanılır.

Kimyasal ve tıbbi kullanım

Sezyum klorür tozu

Nispeten az sayıda kimyasal uygulama sezyum kullanır. Sezyum bileşikleri ile doping, akrilik asit, antrakinon, etilen oksit, metanol, ftalik anhidrit, stiren, metil metakrilat monomerleri ve çeşitli olefinler gibi kimyasal sentez için çeşitli metal iyon katalizörlerinin etkinliğini arttırır. Sülfürik asit üretiminde kükürt dioksitin kükürt trioksite katalitik olarak dönüştürülmesinde de kullanılır.

Sezyum florür, organik kimyada bir baz ve susuz bir florür iyonu kaynağı olarak niş bir kullanıma sahiptir. Sezyum tuzları bazen organik sentezde, siklizasyon, esterleştirme ve polimerizasyon gibi potasyum veya sodyum tuzlarının yerini alır. Sezyum ayrıca termolüminesan radyasyon dozimetrisinde (TLD) de kullanılmıştır: Radyasyona maruz kaldığında, ısıtıldığında, alınan doza orantılı ışık emisyonuyla geri dönen kristal kusurları kazanır. Bu nedenle, ışık darbesinin bir fotoçoğaltıcı tüp ile ölçülmesi, biriken radyasyon dozunun ölçülmesine izin verebilir.

Nükleer ve izotop uygulamaları

Sezyum-137, endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak gama yayıcı olarak kullanılan bir radyoizotoptur. Avantajları arasında yaklaşık 30 yıllık bir yarılanma ömrü, nükleer yakıt döngüsünden elde edilebilirliği ve istikrarlı bir son ürün olarak ¹³⁷Ba'ya sahip olması sayılabilir. Suda yüksek çözünürlük, onu yiyecek ve tıbbi malzemeler için büyük havuz ışınlayıcıları ile uyumsuz kılan bir dezavantajdır. Tarımda, kanser tedavisinde ve gıda, kanalizasyon çamuru ve cerrahi ekipmanların sterilizasyonunda kullanılmıştır. Radyasyon cihazlarında sezyumun radyoaktif izotopları, belirli kanser türlerini tedavi etmek için tıp alanında kullanıldı, ancak daha iyi alternatiflerin ortaya çıkması ve kaynaklarda geniş kapsamlı kontaminasyon yaratabilecek suda çözünür sezyum klorür kullanımı yavaş yavaş bu sezyum kaynakları kullanım dışıdır. Sezyum-137, nem, yoğunluk, tesviye ve kalınlık göstergeleri dahil olmak üzere çeşitli endüstriyel ölçüm göstergelerinde kullanılmıştır. Ayrıca, oluşumların yığın yoğunluğuna benzer şekilde kaya oluşumlarının elektron yoğunluğunu ölçmek için kuyu kayıt cihazlarında da kullanılmıştır.

Sezyum-137, trityumlu olanlara benzer hidrolojik çalışmalarda kullanılmıştır. 1950'lerden 1980'lerin ortalarına kadar fisyon bombası testinin bir yan ürünü olan sezyum-137, çözelti içinde kolayca emildiği atmosfere salındı. Bu dönem içinde bilinen yıldan yıla değişim, toprak ve tortu katmanları ile korelasyona izin verir. Sezyum-134 ve daha az ölçüde sezyum-135, hidrolojide nükleer enerji endüstrisinin sezyum çıktısını ölçmek için de kullanılmıştır. Sezyum-133 veya sezyum-137'den daha az yaygın olmalarına rağmen, bu koruyucu izotoplar yalnızca antropojenik kaynaklardan üretilir.

Diğer kullanımlar

Sezyum veya cıva yakıtla kullanılmak üzere geliştirilmiş elektrostatik iyon iticinin şemaları

Sezyum ve cıva, çok uzun gezegenler arası veya gezegen dışı görevlerde uzay aracı itme gücü için tasarlanmış ilk iyon motorlarında itici olarak kullanıldı. Yakıt, yüklü bir tungsten elektrotu ile temas ettirilerek iyonize edildi. Ancak, uzay aracı bileşenlerinde sezyumun neden olduğu korozyon, gelişmeyi, yere dayalı testlerde kullanımı daha kolay olan ve uzay aracına daha az potansiyel hasar veren ksenon gibi inert gaz itici gazları yönünde itti. Ksenon, 1998'de fırlatılan deneysel uzay aracı Deep Space 1'de kullanıldı. Bununla birlikte, sezyum gibi sıvı metal iyonlarını hızlandıran alan emisyonlu elektrikli tahrik iticileri inşa edildi.

Sezyum nitrat, ışığının çoğunu yakın kızılötesi spektrumda yaydığı için, LUU-19 parlaması gibi kızılötesi işaret fişeklerinde silikonu yakmak için bir oksitleyici ve piroteknik renklendirici olarak kullanılır. Sezyum, Lockheed A-12 CIA keşif uçağındaki egzoz dumanlarının radar izini azaltmak için geliştirilmiş olabilir. Sezyum ve rubidyum, elektriksel iletkenliği azalttığı ve fiber optik ve gece görüş cihazlarının kararlılığını ve dayanıklılığını artırdığı için cama karbonat olarak eklenmiştir. Magnezyum içeren alüminyum alaşımlarının sert lehimlenmesi için formüle edilmiş flukslarda sezyum florür veya sezyum alüminyum florür kullanılır.

Manyetohidrodinamik (MHD) güç üreten sistemler araştırıldı, ancak geniş çapta kabul görmedi. Sezyum metal ayrıca yüksek sıcaklıklı Rankine çevrimli turboelektrik jeneratörlerde çalışma sıvısı olarak kabul edilmiştir.

Sezyum tuzları, arsenik ilaçlarının uygulanmasını takiben anti-şok reaktifleri olarak değerlendirilmiştir. Ancak kalp ritimleri üzerindeki etkilerinden dolayı, kullanılma olasılıkları potasyum veya rubidyum tuzlarına göre daha azdır. Ayrıca epilepsiyi tedavi etmek için de kullanılmıştır.

Sezyum-133 lazerle soğutulabilir ve kuantum fiziğindeki temel ve teknolojik sorunları araştırmak için kullanılabilir. Ayarlanabilir etkileşimler gerektiren ultra soğuk atomlarla ilgili çalışmaları etkinleştirmek için özellikle uygun bir Feshbach spektrumuna sahiptir.

Sağlık ve güvenlik tehlikeleri

Sezyum

Tehlikeler
GHS piktogramlar
GHS işaret kelimesi	Tehlike
GHS Tehlike bildirimleri	H260, H314
GHS Önlem Açıklamaları	P223, P231, P232, P280, P305+351+338, P370+378, P422
NFPA 704	4 3 3 W
Aksi belirtilmediği sürece, veriler malzemelerin standart hallerinde verilir (25 °C'de [77 °F], 100 kPa).
Bilgikutusu referansı

Radyoaktif olmayan sezyum bileşikleri yalnızca hafif derecede toksiktir ve radyoaktif olmayan sezyum önemli bir çevresel tehlike değildir. Biyokimyasal süreçler sezyumu potasyum ile karıştırıp ikame edebileceğinden, fazla sezyum hipokalemi, aritmi ve akut kalp durmasına neden olabilir. Ancak bu tür miktarlara normalde doğal kaynaklarda rastlanmaz.

Farelerde sezyum klorür için medyan öldürücü doz (LD50), kilogram başına 2.3 gramdır ve bu, potasyum klorür ve sodyum klorürün LD50 değerleri ile karşılaştırılabilir. Radyoaktif olmayan sezyumun başlıca kullanımı, petrol sondaj sıvılarında sezyum format gibidir, çünkü daha maliyetli olmasına rağmen alternatiflerden çok daha az toksiktir.

Sezyum metali, en reaktif elementlerden biridir ve su varlığında oldukça patlayıcıdır. Reaksiyonun ürettiği hidrojen gazı, aynı zamanda açığa çıkan termal enerji ile ısıtılarak tutuşmaya ve şiddetli bir patlamaya neden olur. Bu, diğer alkali metallerde meydana gelebilir, ancak sezyum o kadar güçlüdür ki, bu patlayıcı reaksiyon soğuk suyla bile tetiklenebilir.

Oldukça piroforiktir: Sezyumun kendiliğinden tutuşma sıcaklığı -116 °C'dir (-177 °F) ve sezyum hidroksit ve çeşitli oksitler oluşturmak için havada patlayarak tutuşur. Sezyum hidroksit çok güçlü bir bazdır ve camı hızla aşındırır.

İzotoplar 134 ve 137 biyosferde, yere göre farklılık gösteren insan faaliyetlerinden küçük miktarlarda bulunur. Radiocaesium, vücutta diğer fisyon ürünleri (radyoiyot ve radyostronsiyum gibi) kadar kolaylıkla birikmez. Emilen radiocaesium'un yaklaşık %10'u ter ve idrarda nispeten hızlı bir şekilde vücuttan atılır. Kalan %90, 50 ila 150 gün arasında biyolojik bir yarı ömre sahiptir. Radiocaesium, potasyumu takip eder ve meyve ve sebzeler dahil olmak üzere bitki dokularında birikme eğilimindedir. Bitkiler sezyumun emiliminde büyük farklılıklar gösterir, bazen ona karşı büyük direnç gösterir. Kirlenmiş ormanlardan elde edilen mantarların, mantar sporokarplarında radyokezyum (sezyum-137) biriktirdiği de iyi belgelenmiştir. Çernobil felaketinden sonra göllerde sezyum-137 birikimi büyük bir endişe kaynağı oldu. Köpeklerle yapılan deneyler, kilogram başına 3,8 milyonluk tek bir dozun (140 MBq, 4,1 μg sezyum-137) üç hafta içinde ölümcül olduğunu gösterdi; daha küçük miktarlar kısırlığa ve kansere neden olabilir. Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı ve diğer kaynaklar, sezyum-137 gibi radyoaktif maddelerin radyolojik dağılım cihazlarında veya "kirli bombalarda" kullanılabileceği konusunda uyarıda bulundu.