Feiten over cesium

Cesium is een zeldzaam, zilverwit, glanzend metaal met schitterende blauwe spectraallijnen; de naam van het element komt van “caesius”, een Latijns woord dat “hemelsblauw” betekent. Het is het zachtste metaal, met een consistentie van was bij kamertemperatuur. Het zou in je handen smelten – als het niet eerst explodeert, want het reageert sterk op vocht.

Cesium is een natuurlijk voorkomend element, hoewel het volgens het Jefferson Lab bijna nooit als zodanig voorkomt, maar wel in verschillende mineralen. Het heeft een dichtheid van bijna twee keer die van water, en is zeer buigzaam.

De feiten

• Atoomnummer (aantal protonen in de kern): 55
• Atoomsymbool (op het periodiek systeem der elementen): Cs
• Atomair gewicht (gemiddelde massa van het atoom): 132,90
• Dichtheid: 1,086 ounce per kubieke inch (1,879 gram per kubieke centimeter)
• Vorm bij kamertemperatuur: vast
• Smeltpunt: 83,1 graden Fahrenheit (28.4 graden Celsius)
• kookpunt: 671 C
• Aantal natuurlijke isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): 1. Er zijn ook ten minste 39 kunstmatige isotopen gemaakt in een lab.
• Meest voorkomende isotopen: Cs-133 (100 procent van de natuurlijke abundantie)

Geschiedenis

Cesium was het eerste element dat met een spectroscoop werd ontdekt. Het werd in 1860 ontdekt door de Duitse chemici Robert Bunsen en Gustav Kirchhoff toen zij het spectrum van mineraalwater analyseerden, aldus WebElements.

De eerste praktische toepassingen van cesium werden gerealiseerd in de jaren 1920, volgens de USGS. Cesium werd gebruikt in vacuümbuizen om sporen van resterende zuurstof te verwijderen, omdat het zich daarmee gemakkelijk kan binden, en als een coating op verwarmde kathodes om de elektrische stroom te verhogen. In latere decennia kwamen er meer toepassingen voor cesium, waaronder foto-elektrische cellen, spectrometers en katalysatoren voor organische reacties. De hoge kosten van cesium en de groeiende populariteit van soortgelijke en goedkopere technologieën waarbij andere alkalimetalen worden gebruikt, reduceerden het gebruik van cesium tot een handvol toepassingen.

Wie had dat gedacht?

• Cesium is een alkalimetaal, samen met lithium, natrium, kalium, rubidium en francium. Alkalimetalen zijn zeer reactief, hebben één elektron in hun buitenste schil en komen in de natuur niet vrij voor, aldus ChemicalElements. Deze metalen zijn ook zeer kneedbaar, buigzaam en goede warmte- en elektrische geleiders.
• Cesium is ongelooflijk nauwkeurig in het bijhouden van de tijd en wordt gebruikt in atoomklokken. De officiële definitie van een seconde is de tijd die een cesiumatoom nodig heeft om 9.192.631.770 keer te vibreren tussen energieniveaus. Atoomklokken op basis van cesium verliezen één seconde per 100 miljoen jaar.
• Cesium is een van de vier metalen die vloeibaar zijn bij of nabij kamertemperatuur; de andere zijn kwik (smeltpunt van min 37,9 F, of min 38,8 C), gallium (smeltpunt van 85.6 F, of 29,8 C) en francium (smeltpunt van 80,6 F, of 27 C) volgens Chemicool.
• Volgens Chemicool is de abundantie van cesium in de aardkorst ongeveer 3 delen per miljoen per gewicht, en in het zonnestelsel 8 delen per miljard per gewicht. Cesium is het 50ste meest voorkomende element in de aardkorst, volgens Periodiek systeem.
• Cesium is zeer reactief en verbindt zich gemakkelijk met andere elementen, vooral zuurstof en andere gassen, en niet-metalen, volgens Encyclopedia Britannica.
• Omdat cesium heftig reageert met water, wordt het behandeld als een gevaarlijk materiaal en wordt het vaak bewaard onder een laag kerosine of minerale olie of in een vacuüm om te voorkomen dat het reageert en ontbrandt als gevolg van het vocht in de lucht. Volgens Encyclopedia.com reageert cesium ook heftig met zwavel, fosfor, zuren, en halogenen (fluor, chloor, broom, jodium en astatine).
• Radioactieve isotopen van cesium worden op twee manieren geproduceerd: in kerncentrales door de splijting van uranium in brandstofstaven en door de explosie van kernwapens, volgens het Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR).
• Trace hoeveelheden cesium worden gevonden in een handvol mineralen, volgens Minerals Education Coalition. Het wordt voornamelijk gewonnen uit polluciet (variërend van ongeveer 34 tot 42 procent, volgens de U.S. Geological Survey), alsmede in lepidoliet als onzuiverheid. Cesium wordt voornamelijk gedolven in Canada en Zimbabwe.
• Volgens de USGS zijn er drie manieren om cesium uit de rest van het mineraal te isoleren: zure ontsluiting (oplossen van de mineralen in zuur en vervolgens afscheiden van de zouten), alkalische ontsluiting (roosteren van het mineraal met een mengsel op basis van calcium of natrium om cesiumverbindingen te extraheren en vervolgens de cesiumzouten te isoleren), en directe reductie (verhitten van het mineraalerts met calcium, kalium of natrium in een vacuüm om een onzuiver cesiummetaal af te scheiden).
• Volgens Lenntech worden mensen en dieren voortdurend blootgesteld aan sporen van cesium bij het eten, inademen en drinken. Hoewel het onwaarschijnlijk is dat mensen alleen door het cesium nadelige gezondheidseffecten ondervinden, kan blootstelling aan radioactief cesium of bepaalde cesiumverbindingen leiden tot nadelige gezondheidseffecten, waaronder misselijkheid, braken, bloedingen en celbeschadiging.

Huidig onderzoek

Cesium wordt momenteel onderzocht bij de behandeling van verschillende vormen van kanker, waaronder hersentumoren, volgens een studie gepubliceerd in 2016 in het tijdschrift Frontiers in Surgery. Cesium-131, een radioactieve isotoop van cesium, wordt gebruikt met jodium-125, een andere radioactieve isotoop, in een brachytherapiezaadje. Volgens de American Brachytherapy Society is een brachytherapiezaadje een radioactieve peul die rechtstreeks in het kankerweefsel wordt geplaatst. Van brachytherapiezaden is aangetoond dat ze effectief zijn bij verschillende vormen van kanker, waaronder prostaat-, baarmoederhals- en endometriumkanker.

De bovenstaande studie verwijst naar een eerdere studie die in 2014 werd gepubliceerd in het Journal of Neurosurgery. In de eerdere studie werden bij een groep van 24 patiënten met hersentumoren cesium-131 brachytherapiezaden geïmplanteerd in de tumoren. Er waren minimale bijwerkingen, en het was over het algemeen een goed getolereerde vorm van behandeling.

Het idee om cesium-131 brachytherapiezaadjes te gebruiken voor de behandeling van kanker dateert uit de jaren zestig en werd beschreven in een studie die werd gepubliceerd in het tijdschrift Radiology. Volgens Isoray Medical werd cesium-131 in 2003 door de FDA goedgekeurd en werden de eerste proeven in 2004 uitgevoerd. Een studie uit 2009, gepubliceerd in het Journal of Medical Physics, bespreekt het gebruik van cesium-131 zaden voor de behandeling bij prostaatkanker met positieve resultaten.

En hoewel er nog steeds meer onderzoek nodig is om meer te begrijpen over de behandeling, hebben alle studies aangetoond dat het gebruik van cesium-131 brachytherapiezaden voor kankertherapie bemoedigend is. De auteurs van de studie uit 2016 verklaren dat ze er vertrouwen in hebben dat “toekomstige studies deze veelbelovende voorlopige resultaten met cesium-gebaseerde brachytherapie voor toekomstige behandeling van hersenmetastasen waarschijnlijk zullen bevestigen.”