Cesio

Il cesio è l'elemento chimico di numero atomico 55 e il suo simbolo è Cs.

Cesio
55 Cs                                                                                                                                                                                                                                               xeno ← cesio → bario
Aspetto
Aspetto dell'elemento liquido bianco argenteo
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	cesio, Cs, 55
Serie	metalli alcalini
Gruppo, periodo, blocco	1(IA), 6, s
Densità	1 879 kg/m³
Durezza	0,2
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	2S1/2
Proprietà atomiche
Peso atomico	132,90545
Raggio atomico (calc.)	260(298) pm
Raggio covalente	225 pm
Configurazione elettronica	[Xe]6s1
e− per livello energetico	2, 8, 18, 18, 8, 1
Stati di ossidazione	1 (base forte)
Struttura cristallina	Cubica a corpo centrato
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido (a 25 °C)
Punto di fusione	301,59 K (28,44 °C)
Punto di ebollizione	944 K (671 °C)
Volume molare	70,94×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	67,74 kJ/mol
Calore di fusione	2,092 kJ/mol
Tensione di vapore	2,5 kPa
Altre proprietà
Numero CAS	7440-46-2
Elettronegatività	0,79 (Scala di Pauling)
Calore specifico	240 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	4,89×106/(m·Ω)
Conducibilità termica	35,9 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	375,7 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	2 234,3 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	3 400 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 133Cs 100% Cs è stabile con 78 neutroni 134Cs sintetico 2,0648 anni ε β− 196,9 329,9 134Xe 134Ba 135Cs sintetico 2,3×106 anni β− 43,1 135Ba 137Cs sintetico 30,09 anni β− 188,4 137Ba
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

È un metallo alcalino di colore argenteo-dorato, tenero e duttile, fonde poco al di sopra della temperatura ambiente. L'uso più importante del cesio è negli orologi atomici.

Caratteristiche

Lo spettro elettromagnetico del cesio ha due righe brillanti nella parte blu dello spettro e molte altre linee nel rosso, nel giallo e nel verde. Il cesio è anche l'elemento più elettropositivo di tutti e quello con il più basso potenziale di ionizzazione; inoltre è il meno comune di tutti i metalli alcalini, non considerando il rarissimo e radioattivo francio.

Il cesio può trovarsi liquido a temperatura ambiente. Il cesio reagisce in maniera esplosiva a contatto con l'acqua fredda e perfino con il ghiaccio a temperature al di sopra di −116 °C. L'idrossido di cesio (CsOH) è una base molto forte ed intacca rapidamente la superficie del vetro. Reagendo con l'acido bromidrico forma il Bromuro di cesio.

Applicazioni

• Il ¹³⁴Cs, come il ³H, si usa in idrologia per misurare la produzione di cesio da parte dell'industria elettronucleare. Si usa questo isotopo perché, oltre ad essere più raro rispetto al ¹³³Cs o al ¹³⁷Cs, può essere prodotto solamente da reazioni nucleari. Anche il ¹³⁵Cs è stato usato a questo scopo.
• Come altri elementi del gruppo 1, il cesio ha una grande affinità per l'ossigeno e si usa come "getter" nei tubi a vuoto.
• Nelle celle fotoelettriche
• Come catalizzatore nell'idrogenazione di alcuni composti organici.
• Gli isotopi radioattivi di cesio si usano in medicina per trattare alcuni tipi di cancro.
• Il fluoruro di cesio è largamente usato in chimica organica come base e come sorgente di ioni fluoruro anidri.
• Il formiato di cesio è usato come lubrificante nella perforazione delle rocce.
• Isotopi del cesio sono impiegati negli orologi atomici.
• Questo metallo è stato usato anche in astronautica per sistemi di propulsione a ioni per sonde spaziali.
• Il cesio-137, in analogia col cobalto-60, è stato usato per la sterilizzazione per irradiazione di cibi o sostanze come il tabacco.
• L'elemento viene utilizzato come standard interno nella determinazione quantitativa dei metalli con spettrofotometria, spettroscopia di emissione e ICP-MS.

Storia

Il cesio (dal Latino cæsius, che vuol dire "blu cielo") fu scoperto spettroscopicamente da Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff nel 1860 nelle acque minerali di Dürkheim, in Germania. L'identificazione fu basata sulle brillanti linee blu del suo spettro e fu il primo elemento scoperto attraverso l'analisi spettroscopica. Il cesio metallico venne prodotto per la prima volta nel 1881. Nel 1967 il Sistema Internazionale delle Unità di misura (SI) ha definito il secondo come 9 192 631 770 oscillazioni della radiazione corrispondente alla transizione fra due livelli energetici dello stato fondamentale dell'atomo di ¹³³Cs. Storicamente l'uso più importante del cesio è stato nella ricerca e sviluppo di prodotti e applicazioni chimiche ed elettriche.

Disponibilità

Come metallo alcalino il cesio si trova nella lepidolite, nella pollucite (silicato idrato di alluminio e cesio) e in altri minerali. Una delle più ricche ed importanti fonti di cesio è situata presso il lago Bernic nel Manitoba (Canada): i depositi ivi presenti sono stimati in 300000 t di pollucite con un contenuto medio del 20% di cesio.

Si può isolare il cesio per elettrolisi del cianuro fuso e in un certo numero di altri modi. Il cesio ottenuto per decomposizione termica dell'azoturo di cesio è eccezionalmente puro e privo di gas. I composti principali del cesio sono i suoi cloruri e nitrati; il prezzo del cesio nel 1997 è stato di circa 30 $/g.

È un elemento presente in piccole quantità nei terreni, nelle acque, negli organismi animali e vegetali.

In biologia

Il cesio viene assorbito dalle cellule animali e vegetali in modo competitivo con il potassio, ma il cesio non ha alcuna funzione conosciuta; tuttavia, ad alte concentrazioni, può causare tossicità nelle piante, inibendone la crescita. Infatti, gli organismi dei mammiferi, durante l'evoluzione, hanno cominciato a distinguere l'inutile cesio (non-radioattivo) dal potassio, che è essenziale nella pompa Na + / K + delle membrane cellulari animali. Ciò è ben visibile nello scarso assorbimento e selettività per il cesio del fegato e dei feti, nelle autoradiografie di Nelson et al. (1961). L'organismo umano espelle infatti il cesio sia con il rene che attraverso altri due emuntori: le ghiandole salivari e il pancreas esocrino, che lo concentrano, lo filtrano e lo eliminano con le loro secrezioni (saliva e succo pancreatico) nell'intestino. Infatti, il "Blu di Prussia" (ferrocianuro ferrico), ingerito oralmente, è in grado nell'intestino di chelare il cesio, prevenendone il riassorbimento, e di eliminarlo nelle feci ed in tale modo è in grado di ridurre di circa la metà la concentrazione del cesio nel corpo umano in 30-70 giorni. Contrariamente al parere di molti ricercatori il cesio non è distribuito uniformemente nei tessuti umani. Per questo motivo, il danno cronico da radiocesio è maggiore nel pancreas, dove hanno origine la maggior parte dei tumori pancreatici , e dove può causare un aumento del diabete (pancreatogeno, secondario), mentre invece la sua radiazione acuta ha causato severe pancreatiti nella popolazione di Fukushima.

Isotopi

Il cesio ha almeno 39 isotopi noti, più di qualunque altro elemento a parte il francio; i loro numeri di massa vanno da 112 a 151. Nonostante il gran numero di isotopi del cesio, solamente uno è stabile, il ¹³³Cs. Tutti gli altri, a parte quelli riportati qui, hanno emivite che variano da decine di anni a frazioni di secondo. Il cesio-137 è prodotto dalla detonazione di armi nucleari e dal processo di fissione nei reattori delle centrali nucleari: una notevole quantità fu rilasciata in atmosfera nell'esplosione di Černobyl' del 1986. A partire dal 1954, con l'inizio dei test nucleari, il ¹³⁷Cs è stato rilasciato nell'atmosfera terrestre per poi essere portato al suolo dalle precipitazioni e nelle acque di superficie, l'isotopo viene rimosso per ruscellamento e trasporto particellare, quindi la funzione di ingresso di questo isotopo può essere stimata come una funzione del tempo. Il ¹³⁷Cs ha una emivita di circa 30 anni.

Precauzioni

Il cesio reagisce in modo esplosivo se viene a contatto con l'acqua ed è blandamente tossico, solo un'esposizione a grosse quantità può causare iperirritabilità e spasmi muscolari, data la sua affinità al potassio; alcuni dei suoi radioisotopi presentano un'altissima tossicità radiologica. L'idrossido di cesio è una base estremamente forte e può corrodere il vetro.

Bibliografia

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998 (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2010).
• Sebastiano Venturi, Cesium in Biology, Pancreatic Cancer, and Controversy in High and Low Radiation Exposure Damage., Basel, Int J Envir. Res Pub. Health, 2021, pp. 1-15, DOI:10.3390/ijerph18178934, ISBN 88-7975-077-1.

Voci correlate

• Albemarle Corporation
• Cesio-137
• Isotopi del cesio
• Solfato di cesio

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Collegamenti esterni

• cesio, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) James L. Dye, cesium, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN) Cesio, su periodic.lanl.gov, Los Alamos National Laboratory.
• (EN) Cesio, su WebElements.com.
• (EN) Cesio, su EnvironmentalChemistry.com.
• (EN) FAQ from alt.cesium newsgroup, su cs.rochester.edu. URL consultato il 22 marzo 2005 (archiviato dall'url originale il 5 dicembre 2008).