Césio

Césio
Xenônio ← Césio → Bário Rb     55 Cs                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Cs ↓ Fr Tabela completa • Tabela estendida
Aparência
ouro prateado
Informações gerais
Nome, símbolo, número	Césio, Cs, 55
Série química	Metal alcalino
Grupo, período, bloco	1 (IA), 6, s
Densidade, dureza	1879 kg/m3, 0,2
Número CAS
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atómica	132,9054519(2) u
Raio atómico (calculado)	298 pm
Raio covalente	225 pm
Raio de Van der Waals	pm
Configuração electrónica	[Xe] 6s1
Elétrons (por nível de energia)	2, 8, 18, 18, 8, 1 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação	1 (base forte)
Óxido
Estrutura cristalina	cúbica centrada no corpo
Propriedades físicas
Estado da matéria	sólido
Ponto de fusão	301,6 K
Ponto de ebulição	944 K
Entalpia de fusão	2,092 kJ/mol
Entalpia de vaporização	67,74 kJ/mol
Temperatura crítica	K
Pressão crítica	Pa
Volume molar	70,94×10−6 m3/mol
Pressão de vapor	1 Pa a 418 K
Velocidade do som	m/s a 20 °C
Classe magnética	paramagnético
Susceptibilidade magnética
Permeabilidade magnética
Temperatura de Curie	K
Diversos
Eletronegatividade (Pauling)	0,79
Calor específico	J/(kg·K)
Condutividade elétrica	S/m
Condutividade térmica	35,9 W/(m·K)
1º Potencial de ionização	375,7 kJ/mol
2º Potencial de ionização	2234,3 kJ/mol
3º Potencial de ionização	3400 kJ/mol
4º Potencial de ionização	kJ/mol
5º Potencial de ionização	kJ/mol
6º Potencial de ionização	kJ/mol
7º Potencial de ionização	kJ/mol
8º Potencial de ionização	kJ/mol
9º Potencial de ionização	kJ/mol
10º Potencial de ionização	kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD MeV 133Cs 100% estável com 78 neutrões 134Cs sintético 2,0648 a ε β− 1,229 2,059 134Xe 134Ba 135Cs traços 2.3×106 a β− 0,269 135Ba 137Cs traços 30,07 a β− 1,174 137Ba
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.

O Césio (em latim: caesium) é um elemento químico de símbolo Cs e número atómico 55, com massa atômica de 132,9 u. Trata-se de um metal alcalino macio de cor prateada-dourada, com um ponto de fusão de 28,44 °C (301,59 K), um dos únicos cinco metais elementares que se podem encontrar em estado líquido a temperatura ambiente. As suas propriedades físicas e químicas assemelham-se às do rubídio e às do potássio. É extremamente reactivo e pirofórico, reagindo com a água a temperaturas de até −116 °C (157,2 K). É o elemento químico menos electronegativo e só tem um isótopo estável, o césio-133. É obtido principalmente pela extracção do mineral polucita, enquanto que os seus radioisótopos, em especial o césio-137 que é um produto de fissão, é obtido dos resíduos produzidos pelos reactores nucleares.

Foi descoberto em 1860 pelos cientistas alemães Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff por meio do método de análise espectral. O seu nome deriva do latim caesius, que significa "céu azul". As primeiras aplicações a pequena escala deste elemento foram feitas em tubos de vácuo e células fotoeléctricas. Em 1967, com base na definição da velocidade da luz de Einstein que a caracteriza como a dimensão mais constante do universo, o Sistema Internacional de Unidades isolou duas emissões de ondas específicas do espectro do césio-133 para definir as medidas do segundo e do metro. Desde então o césio tem sido habitualmente utilizado em relógios atómicos de alta precisão.

Desde os anos 1990 a sua principal aplicação foi na forma de formiato de césio para fluidos de perfuração, mas o elemento é também utilizado em aplicações eléctricas, electrónicas e químicas. O isótopo radioactivo césio-137 apresenta uma meia-vida de cerca de 30 anos e é usado em aplicações médicas, industriais e hidrológicas. O elemento apresenta uma ligeira toxicidade, e é considerado um metal perigoso, portanto os seus radioisótopos apresentam um risco para a saúde se libertados no ambiente.

Características principais

O espectro eletromagnético tem duas linhas brilhantes na região azul do espectro junto com diversas outras linhas no vermelho, amarelo, e no verde. Este metal é macio, dúctil, de coloração ouro prateado. O césio é o mais eletropositivo , o mais alcalino e o de menor potencial de ionização entre todos os elementos, à exceção do frâncio. O césio é o menos abundante dos cinco metais alcalinos radioativos. Tecnicamente o frâncio é o metal alcalino menos comum (menos de trinta gramas na terra inteira) e, sendo altamente radioativo, sua abundância pode ser considerada como zero em termos práticos.

Junto com o gálio e o mercúrio, o césio é um dos poucos metais que se encontra no estado líquido na temperatura ambiente (líquido acima de 28,5 °C). O césio reage explosivamente com a água fria (pirofórico) e , também, com o gelo em temperaturas acima de -116 °C. O hidróxido de césio obtido , (CsOH) é a base mais forte conhecida e ataca o vidro.

Aplicações

Dentre as principais aplicações atuais deste elemento químico, destacam-se as seguintes:

• Cs-133 é utilizado na construção de relógios atômicos, os quais são referência para a determinação da unidade de tempo do Sistema Internacional de Unidades: o segundo;
• Cs-134 foi usado na hidrologia como medida de determinação da produção de césio nas indústrias de energia nuclear. Este isótopo de césio é usado com essa finalidade porque, apesar de ser menos comum que o Cs-133 ou o Cs-137, é produzido unicamente por reações nucleares. O Cs-135 também foi usado com essa função;
• Da mesma maneira que os outros elementos do grupo 1, o césio tem uma grande afinidade pelo oxigênio e, por isso, é usado como "getter " em tubos de vácuo;
• Este metal também é usado em células fotoelétricas porque ioniza-se quando exposto a luz;
• É usado como catalisador na hidrogenação de certos compostos orgânicos;
• Isótopos radioativos de césio são usados no campo médico para tratar de certos tipos de câncer;
• O fluoreto de césio é usado extensivamente na química orgânica como base e como fonte de íons fluoretos.

Este metal tem sido usado mais recentemente em sistemas de propulsão iônica.

História

O césio foi descoberto por Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff em 1860 numa água mineral de Dürkheim, Alemanha, através de análise espectrográfica. Sua identificação foi baseada nas linhas azuis brilhantes do seu espectro, sendo o primeiro elemento descoberto por análise espectral. O primeiro metal de césio foi produzido em 1881. Desde 1967 o Sistema Internacional de Medidas ( SI ) tem definido o segundo como 9 192 631 770 ciclos da radiação que corresponde a transição entre dois níveis de energia do átomo de césio-133, no estado fundamental. Historicamente, o primeiro e mais importante uso do césio tem sido na pesquisa e desenvolvimento de aplicações químicas e elétricas.

Ocorrência

Polucita, um mineral de césio

O césio existe na lepidolita, polucita ( silicato de alumínio e césio hidratado ) e em outras fontes. Uma das fontes mundiais mais significativas deste metal são encontradas no Lago Bernic em Manitoba ( Canadá ). São estimados nesta região depósitos de 300 mil toneladas de polucita com uma média de 20% de césio. Minerais de césio também são encontrados nos Estados Unidos ( Dakota do Sul e Maine ), África Austral ( Karib ) e em Zimbábue (Bikita).

O césio é obtido por eletrólise do cianeto fundido ou de numerosas outras maneiras.

Césio excepcionalmente puro, no estado gasoso , pode ser obtido pela decomposição térmica do nitreto de césio.

Os principais compostos de césio são os seus cloretos e nitratos.

Isótopos

O césio tem 32 isótopos conhecidos, quantidade maior do que qualquer outro elemento, exceto o frâncio. As massas atômicas destes isótopo variam de 114u a 145 u. Mesmo que este elemento apresente o maior número de isótopos, tem somente um isótopo natural estável: Cs-133.

O radioisótopo Cs-137 foi usado em estudos hidrológicos, do mesmo modo que o ³H (trítio). O Cs-137 pode advir da detonação de armas nucleares, de emissões de centrais nucleares, como ocorreu na explosão da usina de Chernobyl em 1986, do vazamento de refrigeradores de reatores nucleares, através de defeito do isolamento do combustível produzido e do mau gerenciamento de rejeitos hospitalares, como ocorreu no acidente radiológico de Goiânia-GO. A partir de 1954, com o início dos testes nucleares, o Cs-137 liberado para a atmosfera passou a ser detectado. Uma vez que o Cs-137 entra na atmosfera, prontamente é absorvido pela água e, como consequência, pelo solo. O radioisótopo Cs-137 apresenta uma meia-vida de aproximadamente 30 anos.

Césio-137

O Césio-137, assim como qualquer outro isótopo, possui forte tendência para fixar-se no solo, porém possui alta mobilidade somente em solos orgânicos, o que não ocorre em solos minerais, facilitando a sua bioacumulação em plantas e dificultando sua lixiviação para rios e lagos. Sua retenção é predominante em solo rico em minerais micáceos.

O Césio-137 pode ser transferido para plantas por deposição direta em superfícies foliáceas ou por absorção pela raiz a partir de deposições no solo. Em geral, a absorção foliar direta é o modo predominante de contaminação de plantas quando a taxa de deposição é relativamente alta. Geralmente a absorção pela raiz é irrelevante, exceto no caso acima mencionado, quando as condições do solo permitem a baixa fixação de césio.

O Césio-137 possui maior bio-acumulação em animais do que em vegetais, o que explica maior perigo de contaminação por ingestão de laticínios e carne bovina. O maior perigo de contaminação por Césio-137 é devido ao fato destes serem majoritariamente cultivados em solos orgânicos e/ou ricos em minerais micáceos.

No ambiente aquático o Césio-137, também como outros isótopos de césio, é fortemente absorvido por partículas suspensas, especialmente se o material for argiloso, o que faz com que, quanto maior for a quantidade de material suspenso na água, menor será a quantidade de césio na fase solúvel. A cadeia alimentar e a teia alimentar são as principais entradas para acumulação de Césio-137 nos animais aquáticos, onde a bioacumulação acaba sendo facilitada pela baixíssima taxa de excreção do mesmo. Nas plantas aquáticas a acumulação tende a ser inversamente proporcional à quantidade de minerais presentes na água, o que explicaria uma maior bioacumulação em plantas aquáticas de água doce do que em plantas aquáticas de água salgada.

A contaminação por Cs-137 pode ser prevenida através da construção de sarcófagos de isolamento do material radioativo ou remediada através da lavagem das roupas dos contaminados com água e sabão e ingestão de quelante Azul de Prússia pra eliminação dos efeitos da radiação.

Esse isótopo do césio foi o responsável por causar o acidente radiológico de Goiânia, considerado um dos maiores acidentes radioativos já ocorridos.

Precauções

O césio metálico é altamente explosivo em água fria. Alguns de seus radioisótopos são altamente perigosos para o ambiente e para os humanos. O hidróxido de césio é uma base extremamente forte, e ataca o vidro.

O Cs-137 é perigoso à saúde humana por causar infertilidade e câncer em pequenas doses. Os principais sintomas de contaminação são náusea, vômito, diarreia e tonturas, sintomas clássicos da síndrome aguda da radiação, podendo causar insuficiência da medula óssea, lesões dérmicas e até mesmo levar ao óbito. Os íons de césio podem causar bloqueio nos canais de potássio de membranas biológicas, onde adquire característica bioacumulativa, inutilizando a funcionalidade da bomba de sódio/potássio.

Referências

• Los Alamos National Laboratory - Caesium

Ligações externas

• «WebElements.com – Caesium» (em inglês) 
• «Césio - vídeos e imagens» 
• «EnvironmentalChemistry.com – Cesium» (em inglês) 
• «FAQ from alt.cesium newsgroup» (em inglês)