發現曆史
1846年,德國弗賴貝格(Freiberg)冶金學教授普拉特勒曾經分析了鱗雲母(又稱紅雲母)的礦石時,誤将硫酸铯當成了硫酸鈉和硫酸鉀的混合物了。
1860年,本生和基爾霍夫創建光譜分析,他們用分光鏡在濃縮的杜克海姆礦泉水中發現有一個新的堿金屬存在。他們在一篇報告中叙述:“蒸發掉40噸礦泉水,把石灰、锶土和苦土沉澱後,用碳酸铵除去锂土,得到的濾液在分光鏡中除顯示出鈉、鉀和锂的譜線外,還有兩條明亮的藍線,在锶線附近。現在并無已知的簡單物質能在光譜的這一部分顯現出這兩條藍線。經過研究可以得出結論,必有一未知的簡單物質存在,屬于堿金屬族。我們建議把這一物質叫做caesium(铯),符号為Cs。”
1882年,德國化學家塞特貝格電解氰化铯(CsCN)和氰化鋇(Ba(CN)2)的混合物時獲得铯。
礦藏分布
铯在地殼中含量為3.2×10-4%(百萬分之三點二),铯榴石是含铯礦物,也是提取铯的主要原料。已發現34種铯的同位素,除铯–133是唯一存在于自然界的穩定同位素;其餘皆是鈾裂變産生的放射性同位素。
Durkheim的礦物質水中含有豐富的铯化合物,所以可以從Durkheim的礦物質水提取。
铯元素一般分布在含礦物質較多的水中。
物理性質
同位素
铯的同位素中,天然存在的铯-133是一種穩定同位素,而其他铯同位素都屬于放射性元素。
铯-137是核彈、核武器試驗和核反應堆内核裂變的副産品之一,它會釋放伽瑪射線。因為铯137的半衰期達30年,如果通過進食或呼吸攝入了铯-137,或受到沉降在地面上的铯-137照射,都會對身體有較持久的影響。
晶胞參數
a = 614.1 pm
b = 614.1 pm
c = 614.1 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
化學性質
铯的化學性質極為活潑,在潮濕空氣中容易自燃,所以必須儲存在惰性氣體中,如氩和氮中。
铯在空氣中生成一層灰藍色的氧化铯,不到一分鐘就可以燃燒起來,發出玫瑰色的火焰,生成過氧化铯和超氧化铯。
與水反應
铯和水的反應是爆炸性的,反應生成氫氣和氫氧化铯:2Cs+2H2O→2CsOH+H2↑
和溫度低到-116℃的冰也可發生猛烈反應産生氫氣、氫氧化铯,生成的氫氧化铯是氫氧化堿中堿性最強的。
與氯氣反應
铯可以在氯氣中自燃,生成氯化铯。
與氧氣反應
铯能和氧發生劇烈反應,生成多種铯氧化物。
铯在空氣中生成一層灰藍色的氧化铯,不到一分鐘就可以燃燒起來,發出玫瑰色的火焰,生成過氧化铯和超氧化铯。
在潮濕空氣中,氧化的熱量足以使铯熔化并燃燒。
其他化學性質
铯不與氮反應,但在高溫下能與氫反應,生成相當穩定的氫化物。
與鹵素也可生成穩定的鹵化物,這是由于它的離子半徑大所帶來的特點。
铯和有機物也會發生同其他堿金屬相類似的反應,但它比較活潑。氯化铯是它的主要化合物。
铯鹽跟鉀鹽、鈉鹽一樣溶于所有鹽溶液中。(高氯酸鹽不溶)
主要化合物
铯化合物多數都含有Cs離子,它能與很多種離子形成離子鍵。Cs的鹽通常是無色的,除非陰離子有顔色。許多簡單的鹽具有潮解性,但比更輕的其他堿金屬弱。铯的乙酸鹽、碳酸鹽、鹵化物、氧化物、硝酸鹽和硫酸鹽可溶于水。複鹽通常溶解度較小,硫酸鋁铯溶解度較小的性質常用來從礦石中提純铯。與銻(例如CsSbCl4)、铋、镉、銅、鐵和鉛形成的複鹽通常溶解度很小。
氫氧化铯(CsOH)是一種具有強烈吸水性的強堿。它能迅速腐蝕半導體材料(例如矽)的表面。
天然來源
自然界中铯鹽存在于礦物中,有少量氯化铯存在于光鹵石。
制備方法
铯可以由氯化铯用鈣還原制取。
铯的制取一般用電解法和熱還原法制備。但是由于對電極有強腐蝕性,工業上一般不用電解法。
主要用途
工業用途
金屬铯主要用于制造光電管、攝譜儀、閃爍計數器、無線電電子管、軍用紅外信号燈以及各種光學儀器和檢測儀器中。它的化合物用于玻璃和陶瓷的生産,用作二氧化碳淨化裝置中的吸收劑、無線電電子管吸氣劑。有時候铯也用在微量化學中。
醫學用途
在醫藥上铯鹽可用作服用含砷藥物後的防休克劑。同位素铯-137可用以治療癌症。铯-137可作為γ輻射源,用于醫療器械的殺菌、癌症的治療以及工業設備的γ探傷等。由于铯的半衰期較長及其易造成擴散的弱點,故近年來铯-137源已漸被钴-60源所取代。
相關事件
環保部在安徽等檢出放射性元素
2011年3月29日,在安徽省、廣東省、廣西壯族自治區和甯夏回族自治區的監測點氣溶膠取樣中還檢測到了極微量的人工放射性核素铯-137和铯-134,其濃度均在10-5貝克/立方米量級及以下。環境中铯-137進入人體後易被吸收,均勻分布于全身;由于铯-137能釋放γ射線,很容易在體外測出。進入體内的放射性铯主要滞留在全身軟組織中,尤其是肌肉中,在骨和脂肪中濃度較低;較大量放射性铯攝入體内後可引起急、慢性損傷。
日本福島核電站周邊蚯蚓體内檢測出放射性元素
2012年2月初,從森林綜合研究所(位于茨城縣築波市)的主任研究員長谷川元洋(土壤動物學)等的調查中得知,調查人員從因福島核事故而被部分劃入警戒區域的福島縣川内村的蚯蚓體内檢測出了活度為每千克約2萬貝克勒爾的放射性核素铯。
2012年4月2日,研究人員對從荒川河口附近等東京灣内三個地方采集到的海底土壤樣本進行了分析。結果顯示,深度為1米以内的土壤中铯的含量為每平方米7305至27213貝克勒爾,與2011年8月20日在同一地點檢測到的每平方米578至18244貝克勒爾的數據相比,含量明顯上升。
美捕獲金槍魚體内含放射性铯
2012年5月29日,日本《每日新聞》網站報道,美國斯坦福大學的研究人員通過調查發現,日本東京電力公司福島第一核電站洩露出的放射性铯元素,已經在美國加利福尼亞附近海域捕撈上來的金槍魚體内被檢測出。研究人員指出:“這證明,放射性物質被海洋生物吸收後正在擴散到其他地區。”該研究成果發表在了29日出版的美國科學學術紀要上。
福島兒童尿液中檢測出放射性铯
2012年7月3日,日本福島縣的141名兒童,在尿液樣本中檢測出了少量放射性铯。福島核洩漏事件已經過去一年多的時間,關于核洩漏産生的影響依然在持續。這家總部位于日本橫濱的同位素研究所,對2022名兒童的尿液進行檢測,結果表明,共有141份尿液樣本檢測到放射性铯。
福島首次發現核污染大米
2012年10月24日,日本福島縣政府對全縣新稻米的檢查後發現,須賀川市收割的稻米中,發現放射性铯的含量超過日本政府新頒發的食品安全标準10貝克勒爾,為每公斤110貝克勒爾。福島縣政府稱,這是今年第一次發現超标的污染稻米,已經禁止其銷售流通。
美西海岸首次發現福島核事故“指紋”铯134
2016年12月10日,據美國《政治家報》報道,美國伍茲霍爾海洋研究所科學家肯·比塞勒領導的研究團隊從美國俄勒岡州蒂拉穆克灣和戈爾德比奇收集的海水樣本中測量到了铯134。這也是美國西海岸海水樣本中首次測量出這一福島核事故洩漏的放射性污染物。此前,他們曾在溫哥華島一個碼頭附近采集的海水樣本中發現了铯134。