Cs

Atoomklok

Het ¹³³Cs atoom definieert sinds 1967 de standaard van tijd, de seconde. De referentie is een specifieke 'hyperfijne' energetische overgang in de grondtoestand van het ¹³³cesium atoom (in rust, bij 0 K). De daarmee corresponderende straling heeft volgens de definitie uit 1967 een frequentie van 9.192.631.770 Hz. Anders gezegd: één seconde is precies de duur van 9.192.631.770 perioden van die straling.

In een atoomklok wordt de betreffende energie-overgang gebruikt voor het afstemmen van een microgolfgenerator. De geproduceerde microgolfstraling drijft vervolgens als het ware de klok aan. De enorme precisie wordt pas bereikt als het lukt de referentie-atomen sterk af te koelen (zover mogelijk richting 0K) en om te corrigeren voor ongewenste bij-effecten van de opstelling. Het National Institute of Standards and Technology (NIST) in de Verenigde Staten beschikt over 's werelds meest nauwkeurige atoomklok. Deze heeft een afwijking van slechts één seconde in 138 miljoen jaar.

Foto-elektrische cel

Foto-elektrische cellen met cesiumhoudende verbindingen zijn vooral gevoelig voor infrarood licht. De kathode van zo'n foto-elektrische cel bestaat uit cesiumoxide (Cs₂O en CsO), eventueel in combinatie met galliumarsenide (GaAs),  cesiumantimonide (Cs₃Sb) en -bismutide (Cs₃Bi). Als er licht op deze verbindingen valt, worden er elektronen vrijgemaakt, waardoor een elektrische stroom ontstaat.

Gammabestralingsbron

Het isotoop ¹³⁷Cs, met een halfwaardetijd van 27 jaar, kan als bron voor gammastraling dienen. Het is relatief goedkoop omdat het een bijproduct is van de kernsplitsing van uranium in kernreactoren. Gammastraling kent vele industriële toepassingen, onder andere voor het steriliseren van voedsel en voor meetinstrumenten. In de geneeskunde werd ¹³⁷Cs gebruikt voor de bestraling van onder andere baarmoederhals- en blaaskanker.

Infraroodlamp

Infraroodlampen zijn voorzien van cesium of cesiumchloride als gasvanger (getter). Het bindt onzuiverheden zoals sporen van zuurstof en stikstof. Ook röntgen- en andere vacuümbuizen maken gebruik van dergelijke gasvangers.

Stuurraketbrandstof

Ionenmotoren voor de besturingssystemen van satellieten (de stuurraketten) beschikken vaak over het hoogenergetische cesiumboorhydride (CsBH₄) als brandstof. Er zijn ook stuurrakketen met zeer fijn verdeeld cesium als brandstof. Het cesium kan 140 maal zoveel energie leveren als een zelfde hoeveelheid ???gewone??? brandstof.

Boorvloeistof

Bij de oliewinning wordt veel gebruik gemaakt van waterige oplossingen van cesiumformiaat (HCOO^-Cs⁺). Deze dienen onder andere als smering van de boorkop, brengen het boorgruis naar de oppervlakte en zorgen voor een constante boordruk.

Meer toepassingen

Als element en in legeringen

• diktemeting van o.m. papier, metaal, beton (¹³⁷Cs)
• gelijkrichter (Cs-damp)
• gloeikathode
• katalysator voor organische hydrogenatie
• nucleaire batterij (¹³⁷Cs)

In verbindingen

• glas, keramiek                                                                      Cs₂CO₃
• infraroodprisma                                                                    CsI
• katalysator bij polymerisatiereacties                                     Cs₂CO_3, CsOH                                          
• prisma's, lenzen en vensters voor  infraroodapparatuur      CsI-kristallen
• röntgendetector (zie I-53)                                                     CsI 
• scintillatieteller                                                                      CsCl, -Br, -I

Naam

De naam cesium is afgeleid van het Latijnse caesius dat hemelsblauw betekent. Twee helderblauwe lijnen karakteriseren het emissiespectrum van cesium.

Ontdekking

De Duitsers Robert Wilhelm Bunsen (chemicus) en Gustav Robert Kirchhoff (natuurkundige, foto) toonden het nieuwe element in 1860 aan in het mineraal lepidoliet en in droge dampresten van mineraalwater uit Bad Dürkheim. Ze maakten gebruik van vlamspectroscopie - cesium is het eerste element dat met deze methode werd ontdekt.

In 1882 maakte de Duitse chemicus Carl Setterberg het eerste metallische cesium door elektrolyse van een gesmolten mengsel van cesium- en bariumcyanide (CsCN, Ba(CN)₂).

Voorkomen

Cesium staat op plats 47 in de ranglijst van meest voorkomende elementen in de aardkorst, met een aandeel van 3.10^-4 %. Het is vooral te vinden in mineralen als

• polluciet (foto)             (Cs,Na)₂Al₂Si₄O₁₂.H₂O
• rhodiziet                      (K,Cs)₂Al₄Be₄(B,Be)₁₂O₂₈

En in zeer kleine hoeveelheden voor in de mineralen:

• beryl                            Be₃Al₂Si₆O₁₈
• lepidoliet                     K(Li,Al)₃(Si,Al)₄O₁₀(F,OH)₂
• trifilien                         LiFe⁺²PO₄

Ook bronwater, zeewater, akkeraarde en verbrandingsresten van planten bevatten kleine hoeveelheden cesiumverbindingen.

Winning

Polluciet is het enige mineraal waaruit cesium commercieel te winnen is. De belangrijkste wingebieden liggen in Zimbabwe, de Verenigde Staten van Amerika, Canada, Rusland, Namibië en Elba. 

Vroeger

In 1882 maakte de Duitse chemicus Carl Setterberg het eerste metallische cesium door elektrolyse van een gesmolten mengsel van cesium- en bariumcyanide (CsCN, Ba(CN)₂).

Tegenwoordig

Cesium wordt op verschillende manieren geïsoleerd. Voorbewerking van het mineraalpolluciet resulteert in verschillende cesiumverbindingen. Dit levert vervolgens elementair cesium via

• reductie (in vacuüm) van gesmolten cesiumchloride, -hydroxide of -carbonaat met magnesium, calcium, aluminium, waterstof of calciumcarbide, gevolgd door destillatie.
• elektrolyse van gesmolten cesiumzouten.

Op kleine schaal is zeer zuiver cesium te bereiden door ontleding van cesiumnitride (CsN₃).