Xêsi

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
(đổi hướng từ Xêzi)
Bước tới: menu, tìm kiếm
Xêsi,  55Cs
Cesium.jpg
Tính chất chung
Tên, ký hiệu Xêsi, Cs
Phiên âm /ˈsziəm/ SEE-zee-əm
Hình dạng Bạc ngà
Xêsi trong bảng tuần hoàn
  Lattice body centered cubic.svg
 
55
Cs
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Số nguyên tử 55
Khối lượng nguyên tử chuẩn 132,9054519(2)
Phân loại Kim loại kiềm
Nhóm, phân lớp 1s
Chu kỳ Chu kỳ 6
Cấu hình electron [Xe] 6s1
mỗi lớp 2, 8, 18, 18, 8, 1
Tính chất vật lý
Màu sắc Bạc ngà
Trạng thái vật chất Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy 301,59 K ​(28,44 °C, ​83,19 °F)
Nhiệt độ sôi 944 K ​(671 °C, ​1240 °F)
Mật độ (gần nhiệt độ phòng) 1,93 g·cm−3 (at 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng ở nhiệt độ nóng chảy: 1,843 g·cm−3
Điểm tới hạn 1938 K, 9,4 MPa
Nhiệt lượng nóng chảy 2,09 kJ·mol−1
Nhiệt lượng bay hơi 63,9 kJ·mol−1
Nhiệt dung 32,210 J·mol−1·K−1

Áp suất hơi

P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
ở T (K) 418 469 534 623 750 940
Tính chất nguyên tử
Trạng thái ôxi hóa 1Bazơ mạnh
Độ âm điện 0,79 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa Thứ nhất: 375,7 kJ·mol−1
Thứ hai: 2234,3 kJ·mol−1
Thứ ba: 3400 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị empirical: 265 pm
Độ dài liên kết cộng hóa trị 244±11 pm
Bán kính Van der Waals 343 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể Lập phương tâm khối
Độ giãn nở nhiệt 97 µm·m−1·K−1 (at 25 °C)
Độ dẫn nhiệt 35,9 W·m−1·K−1
Điện trở suất at 20 °C: 205 n Ω·m
Tính chất từ Thuận từ[1]
Mô đun Young 1,7 GPa
Mô đun nén 1,6 GPa
Độ cứng theo thang Mohs 0,2
Độ cứng theo thang Brinell 0,14 MPa
Số đăng ký CAS 7440-46-2
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Xêsi
iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP
133Cs 100% 133Cs ổn định với 78 nơtron
134Cs Tổng hợp 2,0648 năm ε 1.229 134Xe
β 2.059 134Ba
135Cs Tổng hợp 2.3×106 năm β 0.269 135Ba
137Cs Tổng hợp 30,17 năm[2] β 1.174 137Ba

Xêsi là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Cssố nguyên tử bằng 55. Nó là một kim loại kiềm mềm màu vàng ngà với điểm nóng chảy là 28 °C (83 °F), làm cho nó trở thành một trong các kim loại ở dạng lỏng tại hay gần nhiệt độ phòng, cùng với rubidi (39 °C), franxi (27 °C), thủy ngân (-39 °C) và gali (30 °C). Nguyên tố này đáng chú ý nhất là với các ứng dụng trong đồng hồ nguyên tử.

Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]

Xêsi (tiếng Latinh caesius có nghĩa là "thiên thanh" hay "lam nhạt") được Robert BunsenGustav Kirchhoff phát hiện nhờ quang phổ năm 1860 trong nước khoáng lấy từ Dürkheim, Đức. Việc xác định nó dựa trên các vạch màu lam nhạt trong quang phổ của nó và nó là nguyên tố đầu tiên được phát hiện nhờ phân tích quang phổ. Xêsi kim loại đã được Carl Setterberg điều chế ra năm 1882. Về mặt lịch sử, ứng dụng quan trọng nhất của xêsi là trong nghiên cứu và phát triển, chủ yếu là trong các ứng dụng hóa học và điện học.

Đặc trưng[sửa | sửa mã nguồn]

Tinh thể của Xêsi trong ống chứa

Phổ điện từ của xêsi có hai vạch sáng trong phần xanh lam của quang phổ cùng với một vài vạch khác trong các phần màu đỏ, vàng và lục. Kim loại này có màu vàng ngà, mềm và dễ uốn. Xêsi là nguyên tố có độ âm điện, thế ion hóa và tính kiềm đứng thứ hai, chỉ sau franxi. Xêsi là kim loại ít phổ biến nhất trong số 5 kim loại kiềm không phóng xạ (Về mặt kỹ thuật thì franxi là kim loại kiềm ít phổ biến nhất, nhưng do nó có tính phóng xạ cao, với chỉ khoảng 550 gam trong toàn bộ lớp vỏ Trái Đất tại một thời điểm[3], nên độ phổ biến của nó có thể coi là bằng 0 trong thực tế).

Cùng với gali, franxithủy ngân, xêsi là một trong số các kim loại ở dạng lỏng trong điều kiện/hay gần nhiệt độ phòng. Xêsi phản ứng mãnh liệt trong nước lạnh và cũng phản ứng với nước đá ở nhiệt độ trên -116 °C (157K).

Hiđrôxít xêsi (CsOH) là một bazơ cực mạnh và sẽ nhanh chóng ăn mòn bề mặt của thủy tinh. CsOH thông thường được coi là "bazơ mạnh nhất" (sau FrOH), nhưng trên thực tế thì nhiều hợp chất khác, như n-butyl liti (C4H9Li) hay amit natri (NaNH2) là các bazơ mạnh hơn.

Người ta cũng cho rằng xêsi, khi phản ứng với flo, sẽ chiếm nhiều flo hơn lượng pháp hóa của nó [cần dẫn nguồn]. Điều này là có thể, do sau khi muối Cs+F được tạo ra thì ion Cs+, với cấu trúc điện tử tương tự như của nguyên tố xenon, có thể, tương tự như xenon, bị ôxi hóa tiếp bởi flo để tạo thành florua bậc cao hơn (ở dạng dấu vết), như CsF3, tương tự như XeF2.

Ứng dụng[sửa | sửa mã nguồn]

Có lẽ ứng dụng phổ biến nhất của xêsi hiện nay là trong các chất lỏng khoan dựa trên format xêsi (Cs(HCOO)) trong công nghiệp khai thác dầu mỏ. Tỷ trọng cao của format xêsi (tới 2,3 sg), cùng với tính hòa nhã tương đối của Cs133, làm giảm các yêu cầu đối với các chất rắn huyền phù tỷ trọng cao và có độc trong chất lỏng khoan, làm cho nó có một số ưu thế đáng kể về mặt công nghệ, môi trường và công trình [4],[5].

Xêsi cũng đáng chú ý vì các sử dụng trong đồng hồ nguyên tử, với độ chính xác ở mức giây trong hàng nghìn năm. Kể từ năm 1967, đơn vị đo lường thời gian của Hệ đo lường quốc tế (SI), giây, là dựa trên các thuộc tính của nguyên tử xêsi. SI định nghĩa giây bằng 9.192.631.770 chu kỳ bức xạ, tương ứng với sự chuyển trạng thái của hai mức năng lượng spin điện tử trong trạng thái tĩnh của nguyên tử Cs133.

  • Cs134 được sử dụng trong thủy học như là phép đo lượng phát ra của xêsi bởi công nghiệp năng lượng nguyên tử. Đồng vị này được sử dụng là do mặc dù nó ít thịnh hành hơn Cs133 hay Cs137, nhưng Cs134 có thể được sinh ra bằng các phản ứng hạt nhân. Cs135 cũng đã được sử dụng vì mục đích này.
  • Giống như các nguyên tố nhóm 1 khác, xêsi có ái lực lớn với ôxy và vì thế được sử dụng như là "chất thu khí" trong các ống chân không.
  • Kim loại này cũng được sử dụng trong các tế bào quang điện do khả năng bức xạ điện tử cao của nó.
  • Xêsi cũng được sử dụng như là chất xúc tác trong quá trình hiđrô hóa của một vài hợp chất hữu cơ.
  • Các đồng vị phóng xạ của xêsi được sử dụng trong lĩnh vực y học để điều trị một vài dạng ung thư.
  • Florua xêsi được sử dụng rộng rãi trong hóa hữu cơ như là một bazơ và là nguồn của các ion florua khan.
  • Hơi xêsi được sử dụng trong nhiều loại từ kế phổ biến.
  • Do có tỷ trọng cao, dung dịch clorua xêsi nói chung hay được sử dụng trong sinh học phân tử để siêu ly tâm gradient tỷ trọng, chủ yếu để tách các phần tử virus, các cơ quan tử hay các phần cận tế bào, cũng như các axít nucleic từ các mẫu sinh học.
  • Nitrat xêsi được sử dụng như là chất ôxi hóa để đốt silic trong hồng ngoại[6] như LUU-19[7], do nó bức xạ phần lớn phổ điện từ của nó trong phổ cận hồng ngoại.
  • Gần đây, kim loại này được sử dụng trong các hệ thống động cơ đẩy ion[cần dẫn nguồn].
  • Cs137 là đồng vị phóng xạ, sử dụng như là nguồn bức xạ gamma trong các ứng dụng công nghiệp, như:
    • Đo mật độ hơi ẩm
    • Đo độ thăng bằng
    • Đo độ dày
    • Các thiết bị trong giếng khoan (được sử dụng để đo độ dày của các tầng đá)
  • Như một tiêu chuẩn quốc tế trong phổ trắc quang học

Phổ biến[sửa | sửa mã nguồn]

Polluxit, một khoáng vật của xêsi

Xêsi có mặt trong các khoáng vật như lepidolit, polluxit (silicat nhôm và xêsi ngậm nước) cũng như trong một vài nguồn khác. Một trong các nguồn giàu và đáng kể nhất có chứa kim loại này là tại khu vực hồ BernicManitoba. Các trầm tích tại đây ước tính chứa khoảng 300.000 tấn polluxit với hàm lượng xêsi khoảng 20%.

Nó có thể cô lập nhờ điện phân xyanua xêsi nóng chảy và bằng một vài cách khác nữa. Xêsi cực kỳ tinh khiết và không chứa khí có thể được điều chế bằng phân hủy nhiệt đối với azua xêsi. Các hợp chất chính của xêsi là clorua xêsinitrat xêsi. Giá của xêsi kim loại vào năm 1997 là khoảng 30 USD một gam, nhưng các hợp chất của nó thì rẻ hơn.

Đồng vị[sửa | sửa mã nguồn]

Xêsi có ít nhất 40 đồng vị đã biết, là nhiều hơn bất kỳ một nguyên tố nào (ngoại trừ franxi). Nguyên tử lượng của các đồng vị này nằm trong khoảng từ 112 tới 151. Mặc dù có nhiều đồng vị như vậy, song xêsi chỉ có 1 đồng vị ổn định trong tự nhiên là Cs133. Phần lớn các đồng vị còn lại có chu kỳ bán rã từ vài ngày tới chỉ vài phần của giây. Đồng vị do phóng xạ tạo ra, Cs137 đã từng được sử dụng trong các nghiên cứu thủy học, tương tự như việc sử dụng của H3. Cs137 được sản sinh từ các vụ nổ hạt nhân cũng như từ các nhà máy điện nguyên tử và đáng chú ý nhất là được giải phóng vào khí quyển từ thảm họa Chernobyl năm 1986.

Điều này là do đồng vị Cs137 là một trong nhiều sản phẩm của phân rã hạt nhân, trực tiếp từ hạt nhân của urani.

Bắt đầu từ năm 1945, với sự khởi đầu của việc thử nghiệm hạt nhân, Cs137 đã được giải phóng vào khí quyển Trái Đất, tại đây nó được hấp thụ vào dung dịch và được quay trở lại bề mặt Trái Đất dưới dạng thành phần của bụi phóng xạ. Khi Cs137 xâm nhập vào nước ngầm, nó tích lũy lại trong đất bề mặt và bị di dời khỏi đất chủ yếu bởi sự vận chuyển của các hạt đất. Kết quả là, người ta có thể sử dụng các số liệu về hàm lượng của đồng vị này trong đất để xác định tuổi của nó. Cs137 có chu kỳ bán rã 30,17 năm. Nó bị phân rã thành bari-137m (sản phẩm phân rã tồn tại ngắn) sau đó tạo thành bari không phóng xạ.

Cảnh báo[sửa | sửa mã nguồn]

Tất cả các kim loại kiềm đều có độ hoạt động hóa học cao. Xêsi, một trong các kim loại kiềm nặng nhất, là một trong số các kim loại hoạt động hóa học mạnh nhất và gây nổ mạnh khi tiếp xúc với nước, do khí hiđrô được giải phóng ra từ phản ứng bị nung nóng bởi nhiệt giải phóng ra từ chính phản ứng này, gây ra đánh lửa và gây nổ mạnh (như các kim loại kiềm khác) – nhưng do xêsi là quá hoạt hóa nên phản ứng nổ này diễn ra ngay cả với nước lạnh hay nước đá. Hiđrôxít xêsi là một bazơ cực mạnh, có khả năng ăn mòn thủy tinh.

Các hợp chất của xêsi là tương đối hiếm, nhưng nói chung chúng nên được coi là tương đối độc hại do sự tương tự về mặt hóa học của chúng với kali. Một lượng lớn có thể gây ra kích thích quá mức hay co giật, nhưng những lượng lớn như vậy không thể có được một cách thông thường trong các nguồn tự nhiên, vì thế xêsi không bị coi là chất hóa học chính gây ô nhiễm môi trường. Trong thử nghiệm trên chuột được nuôi bằng khẩu phần ăn chứa xêsi thay vì kali thì chúng đều bị chết, vì thế nguyên tố này không thể thay thế cho kali về mặt chức năng sinh học.

Các đồng vị Cs134 và Cs137 (có trong sinh quyển ở mức một lượng rất nhỏ do rò rỉ phóng xạ) là gánh nặng phóng xạ, phụ thuộc vào vị trí của từng khu vực. Xêsi phóng xạ không tích lũy trong cơ thể như nhiều sản phẩm từ phân rã hạt nhân khác (chẳng hạn như iốt phóng xạ hay stronti phóng xạ).

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

Wikisource-logo.svg
Wikisource có văn bản gốc từ 1911 Encyclopædia Britannica về:

Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ “Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds” (PDF). Handbook of Chemistry and Physics (ấn bản 81). CRC press. Truy cập ngày 26 tháng 9 năm 2010. 
  2. ^ “"NIST Radionuclide Half-Life Measurements"”. Truy cập ngày 13 tháng 3 năm 2011. 
  3. ^ Adloff, Jean-Pierre; George B. Kauffman (23/9 năm 2005). “Francium (Atomic Number 87), the Last Discovered Natural Element”. The Chemical Educator 10 (5). Truy cập ngày 16 tháng 5 năm 2006.  Đã bỏ qua văn bản “ [[DOI|doi]]:[http://dx.doi.org/10.1333%2Fs00897050956a 10.1333/s00897050956a]” (trợ giúp)
  4. ^ Drilling and Completing Difficult HP/HT Wells With the Aid of Cesium Formate Brines-A Performance Review
  5. ^ Overview: Cesium Formate Fluids
  6. ^ United States Patent 6230628: Infrared illumination compositions and articles containing the same
  7. ^ LUU-19 Flare

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]