सीज़ियम

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Caesium
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सीज़ियम (IUPAC वर्तनी;[1] जिसे अमेरिकी अंग्रेज़ी में cesium भी लिखा जाता है) एक रासायनिक तत्व है; इसका प्रतीक Cs और परमाणु क्रमांक 55 है। यह एक नरम, चांदी-सुनहरे रंग की क्षार धातु है जिसका गलनांक 28.5 C है, जो इसे उन केवल पांच मौलिक धातुओं में से एक बनाता है जो कक्ष तापमान या उसके आसपास द्रव अवस्था में होती हैं। सीज़ियम के भौतिक और रासायनिक गुण रूबिडियम और पोटेशियम के समान होते हैं। यह स्वप्रज्वलनशील है और −116 C पर भी जल के साथ अभिक्रिया करता है। यह सबसे कम विद्युतऋणात्मक स्थिर तत्व है, जिसका पॉलिंग पैमाने पर मान 0.79 है। इसका केवल एक स्थिर समस्थानिक, सीज़ियम-133 है। सीज़ियम का खनन मुख्य रूप से पोलुसाइट से किया जाता है। सीज़ियम-137, एक विखंडन उत्पाद, परमाणु रिएक्टरों द्वारा उत्पादित कचरे से निकाला जाता है। सभी तत्वों में, जिनकी त्रिज्या मापी या गणना की गई है, इसकी परमाणु त्रिज्या सबसे बड़ी है, जो लगभग 260 पिकोमीटर है।

जर्मन रसायनज्ञ रॉबर्ट बुनसेन और भौतिक विज्ञानी गुस्ताव किरचॉफ ने 1860 में ज्वाला स्पेक्ट्रोस्कोपी की तत्कालीन नई विकसित विधि द्वारा सीज़ियम की खोज की थी। सीज़ियम के लिए पहले छोटे पैमाने के अनुप्रयोग निर्वात ट्यूब में "गेटर" के रूप में और फोटोइलेक्ट्रिक सेल के प्रकाश-संवेदनशील एनोड में थे। सीज़ियम का व्यापक रूप से अत्यधिक सटीक परमाणु घड़ियों में उपयोग किया जाता है। 1967 में, मापन की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली ने समय की मूल इकाई, सेकंड, को परिभाषित करने के लिए तटस्थ सीज़ियम-133 परमाणुओं के एक विशिष्ट हाइपरफाइन संक्रमण का उपयोग करना शुरू किया।

1990 के दशक से, तत्व का सबसे बड़ा अनुप्रयोग ड्रिलिंग तरल पदार्थ के लिए सीज़ियम फॉर्मेट के रूप में रहा है, लेकिन इसके विद्युत उत्पादन, इलेक्ट्रॉनिक्स और रसायन विज्ञान में कई अनुप्रयोग हैं। रेडियोधर्मी समस्थानिक सीज़ियम-137 का अर्ध-आयु लगभग 30 वर्ष है और इसका उपयोग चिकित्सा अनुप्रयोगों, औद्योगिक गेज और जल विज्ञान में किया जाता है।

वर्तनी

Caesium वह वर्तनी है जिसकी अनुशंसा शुद्ध और अनुप्रयुक्त रसायन विज्ञान का अंतर्राष्ट्रीय संघ (IUPAC) द्वारा की गई है।[2] अमेरिकन केमिकल सोसाइटी (ACS) ने 1921 से cesium वर्तनी का उपयोग किया है,[3][4] जो वेबस्टर्स न्यू इंटरनेशनल डिक्शनरी का अनुसरण करती है। इस तत्व का नाम लैटिन शब्द caesius के नाम पर रखा गया था, जिसका अर्थ है "नीला-धूसर"।[5] मध्ययुगीन और प्रारंभिक आधुनिक लेखन में caesius को लिगेचर æ के साथ cæsius के रूप में लिखा जाता था; इसलिए, एक वैकल्पिक लेकिन अब पुरानी शैली की वर्तनी cæsium है।[note 1]

विशेषताएँ

भौतिक गुण

Y-shaped yellowish crystal in glass ampoule, looking like the branch of a pine tree
आर्गन में संग्रहीत उच्च-शुद्धता वाला सीज़ियम

कक्ष तापमान पर ठोस रहने वाले सभी तत्वों में, सीज़ियम सबसे नरम है: इसकी कठोरता मोह 0.2 है। यह एक बहुत ही तन्य, हल्का धातु है, जो ऑक्सीजन की सूक्ष्म मात्रा की उपस्थिति में गहरा हो जाता है।[6][7][8] जब यह खनिज तेल की उपस्थिति में होता है (जहाँ परिवहन के दौरान इसे रखना सबसे अच्छा होता है), तो यह अपनी धात्विक चमक खो देता है और एक सुस्त, धूसर रूप ले लेता है। इसका गलनांक 28.5 C है, जो इसे उन कुछ मौलिक धातुओं में से एक बनाता है जो कक्ष तापमान के पास तरल होती हैं। अन्य हैं रूबिडियम (39 C), फ्रांसियम (अनुमानित 27 C), पारा (−39 C), और गैलियम (30 C); ब्रोमीन भी कक्ष तापमान पर तरल होता है (गलनांक −7.2 C), लेकिन यह एक हैलोजन है और धातु नहीं है। पारा एकमात्र स्थिर मौलिक धातु है जिसका गलनांक सीज़ियम से कम ज्ञात है।[9] इसके अलावा, सीज़ियम का क्वथनांक काफी कम है, 641 C, जो पारे के अलावा सभी स्थिर धातुओं में सबसे कम है।[10] कोपरनिसियम और फ्लेरोवियम के बारे में भविष्यवाणी की गई है कि उनके क्वथनांक पारे और सीज़ियम से कम होंगे, लेकिन वे अत्यधिक रेडियोधर्मी हैं और यह निश्चित नहीं है कि वे धातु हैं।[11][12]

सीज़ियम क्रिस्टल (सुनहरे) की तुलना रूबिडियम क्रिस्टल (चांदी जैसे) से

सीज़ियम अन्य क्षार धातुओं, सोना, और पारे (अमलगम) के साथ मिश्र धातु बनाता है। 650 °C से नीचे के तापमान पर, यह कोबाल्ट, लोहा, मोलिब्डेनम, निकल, प्लेटिनम, टैंटलम, या टंगस्टन के साथ मिश्र धातु नहीं बनाता है। यह एंटीमनी, गैलियम, इंडियम, और थोरियम के साथ अच्छी तरह से परिभाषित अंतर्धात्विक यौगिक बनाता है, जो प्रकाश-संवेदनशील होते हैं।[6] यह अन्य सभी क्षार धातुओं (लिथियम को छोड़कर) के साथ मिश्रित होता है; 41% सीज़ियम, 47% पोटेशियम, और 12% सोडियम के मोलर वितरण वाली मिश्र धातु का गलनांक किसी भी ज्ञात धातु मिश्र धातु में सबसे कम है, जो −78 C है।[9][13] कुछ अमलगमों का अध्ययन किया गया है: CsHg2 बैंगनी धात्विक चमक के साथ काला होता है, जबकि CsHg सुनहरे रंग का होता है, जिसमें धात्विक चमक भी होती है।[14]

सीज़ियम का सुनहरा रंग क्षार धातुओं के इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए आवश्यक प्रकाश की घटती आवृत्ति से आता है जैसे-जैसे समूह में नीचे जाते हैं। लिथियम से रूबिडियम तक यह आवृत्ति पराबैंगनी में होती है, लेकिन सीज़ियम के लिए यह स्पेक्ट्रम के नीले-बैंगनी छोर में प्रवेश करती है; दूसरे शब्दों में, क्षार धातुओं की प्लाज्मोनी आवृत्ति लिथियम से सीज़ियम तक कम हो जाती है। इस प्रकार सीज़ियम बैंगनी प्रकाश को प्राथमिकता से प्रसारित और आंशिक रूप से अवशोषित करता है जबकि अन्य रंग (कम आवृत्ति वाले) परावर्तित हो जाते हैं; इसलिए यह पीला दिखाई देता है।[15] इसके यौगिक नीले[16][17] या बैंगनी[17] रंग के साथ जलते हैं।

अपरूप

सीज़ियम विभिन्न अपरूपों के रूप में मौजूद है; उनमें से एक डाइमर है, जिसे डाइसीज़ियम कहा जाता है।[18]

रासायनिक गुण

File:Cesium water.theora.ogv सीज़ियम धातु अत्यधिक प्रतिक्रियाशील और स्वप्रज्वलनशील है। यह हवा में स्वतः जल उठता है, और कम तापमान पर भी पानी के साथ विस्फोटक रूप से प्रतिक्रिया करता है, अन्य क्षार धातुओं की तुलना में अधिक।[6] यह −116 C तक के तापमान पर बर्फ के साथ प्रतिक्रिया करता है।[9] इस उच्च प्रतिक्रियाशीलता के कारण, सीज़ियम धातु को खतरनाक सामग्री के रूप में वर्गीकृत किया गया है। इसे खनिज तेल जैसे सूखे, संतृप्त हाइड्रोकार्बन में संग्रहीत और भेजा जाता है। इसे केवल अक्रिय गैस, जैसे आर्गन, के तहत ही संभाला जा सकता है। हालाँकि, सीज़ियम-पानी का विस्फोट अक्सर समान मात्रा में सोडियम के साथ सोडियम-पानी के विस्फोट से कम शक्तिशाली होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सीज़ियम पानी के संपर्क में आते ही फट जाता है, जिससे हाइड्रोजन को जमा होने के लिए बहुत कम समय मिलता है।[19] सीज़ियम को वैक्यूम-सीलबंद बोरोसिलिकेट ग्लास एम्प्यूल में संग्रहीत किया जा सकता है। लगभग 100 g से अधिक मात्रा में, सीज़ियम को हर्मेटिक रूप से सील, स्टेनलेस स्टील के कंटेनरों में भेजा जाता है।[6]

सीज़ियम का रसायन विज्ञान अन्य क्षार धातुओं के समान है, विशेष रूप से रूबिडियम, जो आवर्त सारणी में सीज़ियम के ऊपर का तत्व है।[20] एक क्षार धातु के लिए अपेक्षित रूप से, एकमात्र सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था +1 है। यह सीज़ियम के यौगिकों (caesides) में इस मान से भिन्न होता है, जिसमें Cs− आयन होता है और इस प्रकार सीज़ियम -1 ऑक्सीकरण अवस्था में होता है। अत्यधिक दबाव (30 GPa से अधिक) की स्थितियों के तहत, सैद्धांतिक अध्ययन बताते हैं कि आंतरिक 5p इलेक्ट्रॉन रासायनिक बंधन बना सकते हैं, जहाँ सीज़ियम सातवें 5p तत्व के रूप में व्यवहार करेगा, जो यह सुझाव देता है कि ऐसी स्थितियों के तहत +2 से +6 तक की ऑक्सीकरण अवस्थाओं में उच्च सीज़ियम फ्लोराइड मौजूद हो सकते हैं।[21][22] कुछ मामूली अंतर इस तथ्य से उत्पन्न होते हैं कि इसका परमाणु द्रव्यमान अधिक है और यह अन्य (गैर-रेडियोधर्मी) क्षार धातुओं की तुलना में अधिक इलेक्ट्रोपॉजिटिव है।[23] सीज़ियम सबसे इलेक्ट्रोपॉजिटिव रासायनिक तत्व है।[9] सीज़ियम आयन हल्का क्षार धातुओं की तुलना में बड़ा और कम "कठोर" भी होता है।

यौगिक

27 small grey spheres in 3 evenly spaced layers of nine. 8 spheres form a regular cube and 8 of those cubes form a larger cube. The grey spheres represent the caesium atoms. The center of each small cube is occupied by a small green sphere representing a chlorine atom. Thus, every chlorine is in the middle of a cube formed by caesium atoms and every caesium is in the middle of a cube formed by chlorine.
CsCl में Cs और Cl के घन समन्वय का बॉल-एंड-स्टिक मॉडल

अधिकांश सीज़ियम यौगिकों में तत्व धनायन Cs+ के रूप में होता है, जो आयनिक रूप से विभिन्न प्रकार के ऋणायन से जुड़ता है। एक उल्लेखनीय अपवाद सीज़ाइड ऋणायन (Cs−) है, और अन्य कई उप-ऑक्साइड हैं (नीचे #Oxides अनुभाग देखें)। हाल ही में, सीज़ियम के बारे में भविष्यवाणी की गई है कि यह एक p-ब्लॉक तत्व के रूप में व्यवहार करता है और उच्च दबाव के तहत उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं (अर्थात, CsFn जहाँ n > 1) के साथ उच्च फ्लोराइड बनाने में सक्षम है।[24] इस भविष्यवाणी को आगे के प्रयोगों द्वारा मान्य करने की आवश्यकता है।[25]

Cs+ के लवण आमतौर पर रंगहीन होते हैं जब तक कि ऋणायन स्वयं रंगीन न हो। कई सरल लवण आर्द्रताग्राही होते हैं, लेकिन हल्के क्षार धातुओं के संबंधित लवणों की तुलना में कम। फॉस्फेट,[26] एसीटेट, कार्बोनेट, हैलाइड, ऑक्साइड, नाइट्रेट, और सल्फेट लवण पानी में घुलनशील होते हैं। इसके द्वि लवण अक्सर कम घुलनशील होते हैं, और सीज़ियम एल्यूमीनियम सल्फेट की कम घुलनशीलता का उपयोग अयस्कों से Cs को परिष्कृत करने में किया जाता है। एंटीमनी (जैसे CsSbCl4), बिस्मथ, कैडमियम, तांबा, लोहा, और सीसा के साथ द्वि लवण भी खराब घुलनशील होते हैं।[6]

सीज़ियम हाइड्रॉक्साइड (CsOH) आर्द्रताग्राही और अत्यधिक क्षारीय है।[20] यह सिलिकॉन जैसे अर्धचालक की सतह को तेजी से नक़्क़ाशी करता है।[27] CsOH को पहले रसायनज्ञों द्वारा "सबसे मजबूत क्षार" माना जाता था, जो बड़े Cs+ आयन और OH- के बीच अपेक्षाकृत कमजोर आकर्षण को दर्शाता है;[16] यह वास्तव में सबसे मजबूत अरेनियस क्षार है; हालाँकि, कई यौगिक जैसे n-ब्यूटिललिथियम, सोडियम एमाइड, सोडियम हाइड्राइड, सीज़ियम हाइड्राइड, आदि, जिन्हें पानी में नहीं घोला जा सकता क्योंकि वे इसके साथ हिंसक रूप से प्रतिक्रिया करते हैं, बल्कि केवल कुछ निर्जल ध्रुवीय एप्रोटिक विलायक में उपयोग किए जाते हैं, ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल-क्षार सिद्धांत के आधार पर कहीं अधिक क्षारीय होते हैं।[20]

सीज़ियम और सोने का एक स्टोइकोमेट्रिक मिश्रण गर्म करने पर पीले सीज़ियम ऑराइड (Cs+Au-) बनाने के लिए प्रतिक्रिया करेगा। यहाँ ऑराइड ऋणायन एक स्यूडोहेलोजन के रूप में व्यवहार करता है। यह यौगिक पानी के साथ हिंसक रूप से प्रतिक्रिया करता है, जिससे सीज़ियम हाइड्रॉक्साइड, धात्विक सोना, और हाइड्रोजन गैस प्राप्त होती है; यह तरल अमोनिया में घुल जाता है और फिर टेट्रामेथिलअमोनियम ऑराइड का उत्पादन करने के लिए सीज़ियम-विशिष्ट आयन एक्सचेंज राल के साथ प्रतिक्रिया की जा सकती है। एनालॉग प्लेटिनम यौगिक, लाल सीज़ियम प्लैटिनाइड (Cs2Pt), में प्लैटिनाइड आयन होता है जो एक स्यूडोचाल्कोजेन के रूप में व्यवहार करता है।[28]

संकुल

सभी धातु धनायनों की तरह, Cs+ समाधान में लुईस क्षार के साथ संकुल बनाता है। अपने बड़े आकार के कारण, Cs+ आमतौर पर 6 से अधिक समन्वय संख्या अपनाता है, जो छोटे क्षार धातु धनायनों के लिए विशिष्ट संख्या है। यह अंतर CsCl के 8-समन्वय में स्पष्ट है। यह उच्च समन्वय संख्या और कोमलता (सहसंयोजक बंधन बनाने की प्रवृत्ति) परमाणु कचरे के उपचार में अन्य धनायनों से Cs+ को अलग करने में उपयोग की जाने वाली विशेषताएं हैं, जहाँ 137Cs+ को बड़ी मात्रा में गैर-रेडियोधर्मी K+ से अलग किया जाना चाहिए।[29]

हैलाइड

डबल-वॉल कार्बन नैनोट्यूब के अंदर विकसित मोनोएटॉमिक सीज़ियम हैलाइड तार (TEM छवि)।[30]

सीज़ियम फ्लोराइड (CsF) एक आर्द्रताग्राही सफेद ठोस है जिसका व्यापक रूप से ऑर्गेनोफ्लोरीन रसायन विज्ञान में फ्लोराइड ऋणायनों के स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है।[31] सीज़ियम फ्लोराइड की संरचना हैलाइट जैसी होती है, जिसका अर्थ है कि Cs+ और F- एक क्यूबिक क्लोज्ड पैक्ड सरणी में पैक होते हैं जैसे सोडियम क्लोराइड में Na+ और Cl- होते हैं।[20] विशेष रूप से, सीज़ियम और फ्लोरीन में सभी ज्ञात तत्वों के बीच क्रमशः सबसे कम और सबसे अधिक विद्युतऋणात्मकता होती है।

सीज़ियम क्लोराइड (CsCl) सरल घनीय क्रिस्टल प्रणाली में क्रिस्टलीकृत होता है। इसे "सीज़ियम क्लोराइड संरचना" भी कहा जाता है,[23] यह संरचनात्मक रूपांकन दो-परमाणु आधार के साथ एक आदिम घनीय जाली से बना है, प्रत्येक में आठ गुना समन्वय होता है; क्लोराइड परमाणु घन के किनारों पर जाली बिंदुओं पर स्थित होते हैं, जबकि सीज़ियम परमाणु घन के केंद्र में छिद्रों में स्थित होते हैं। यह संरचना CsBr और CsI, और कई अन्य यौगिकों के साथ साझा की जाती है जिनमें Cs नहीं होता है। इसके विपरीत, अधिकांश अन्य क्षारीय हैलाइडों में सोडियम क्लोराइड (NaCl) संरचना होती है।[23] CsCl संरचना को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि Cs+ की आयनिक त्रिज्या 174 pm और Cl− की 181 pm है।[32]

ऑक्साइड

The stick and ball diagram shows three regular octahedra, which are connected to the next one by one surface and the last one shares one surface with the first. All three have one edge in common. All eleven vertices are purple spheres representing caesium, and at the center of each octahedron is a small red sphere representing oxygen.
Cs11O3 क्लस्टर

अन्य क्षार धातुओं की तुलना में, सीज़ियम ऑक्सीजन के साथ कई द्विआधारी यौगिक बनाता है। जब सीज़ियम हवा में जलता है, तो सुपरऑक्साइड CsO2 मुख्य उत्पाद होता है।[33] "सामान्य" सीज़ियम ऑक्साइड (Cs2O) पीले-नारंगी षट्कोणीय क्रिस्टल बनाता है,[34] और यह एंटी-CdCl2 प्रकार का एकमात्र ऑक्साइड है।[35] यह 250 °C पर वाष्पित हो जाता है, और 400 °C से ऊपर के तापमान पर सीज़ियम धातु और पेरोक्साइड Cs2O2 में विघटित हो जाता है। सुपरऑक्साइड और ओज़ोनाइड CsO3 के अलावा,[36][37] कई चमकीले रंग के उप-ऑक्साइड का भी अध्ययन किया गया है।[38] इनमें Cs7O, Cs4O, Cs11O3, Cs3O (गहरा-हरा[39]), CsO, Cs3O2,[40] के साथ-साथ Cs7O2 शामिल हैं।[41][42] बाद वाले को Cs2O उत्पन्न करने के लिए वैक्यूम में गर्म किया जा सकता है।[35] सल्फर, सेलेनियम, और टेल्यूरियम के साथ द्विआधारी यौगिक भी मौजूद हैं।[6]

समस्थानिक (Isotopes)

मुख्य लेख: Isotopes of caesium
एक ग्राफ जो सीज़ियम-137 (परमाणु स्पिन: I=7/2+, अर्ध-आयु लगभग 30 वर्ष) के क्षय की ऊर्जा को दर्शाता है। 94.6% संभावना के साथ, यह 512 keV बीटा उत्सर्जन द्वारा बेरियम-137m (I=11/2-, t=2.55 मिनट) में क्षयित होता है; यह आगे 85.1% संभावना के साथ 662 keV गामा उत्सर्जन द्वारा बेरियम-137 (I=3/2+) में क्षयित होता है। वैकल्पिक रूप से, सीज़ियम-137 0.4% संभावना वाले बीटा उत्सर्जन द्वारा सीधे बेरियम-137 में क्षयित हो सकता है।
सीज़ियम-137 का क्षय

सीज़ियम के 41 ज्ञात समस्थानिक हैं, जिनकी द्रव्यमान संख्या 112 से 152 तक है। सीज़ियम का एकमात्र स्थिर समस्थानिक 133Cs है, जिसमें 78 न्यूट्रॉन होते हैं। रेडियोधर्मी 135Cs की अर्ध-आयु बहुत लंबी, लगभग 1.33 मिलियन वर्ष है, जो सीज़ियम के सभी रेडियोधर्मी समस्थानिकों में सबसे अधिक है। 137Cs और 134Cs की अर्ध-आयु क्रमशः 30.04 और 2.065 वर्ष है। 129, 131, 132 और 136 द्रव्यमान संख्या वाले समस्थानिकों की अर्ध-आयु एक दिन से दो सप्ताह के बीच होती है, जबकि अन्य अधिकांश समस्थानिकों की अर्ध-आयु कुछ सेकंड से लेकर एक सेकंड के अंश तक होती है। कम से कम 21 मेटास्टेबल परमाणु आइसोमर मौजूद हैं। 134mCs (जिसकी अर्ध-आयु 3 घंटे से थोड़ी कम है) के अलावा, सभी बहुत अस्थिर हैं और कुछ मिनट या उससे कम की अर्ध-आयु के साथ क्षयित हो जाते हैं।[43]

समस्थानिक 135Cs परमाणु रिएक्टरों में उत्पन्न यूरेनियम के दीर्घकालिक विखंडन उत्पादों में से एक है।[44] हालाँकि, अधिकांश रिएक्टरों में यह विखंडन उत्पाद उपज कम हो जाती है क्योंकि इसका पूर्ववर्ती, 135Xe, एक शक्तिशाली न्यूट्रॉन ज़हर है और अक्सर 135Cs में क्षयित होने से पहले ही स्थिर 136Xe में परिवर्तित हो जाता है।[45][46]

137Cs से 137mBa तक का बीटा क्षय गामा विकिरण उत्पन्न करता है क्योंकि 137mBa अपनी मूल अवस्था 137Ba में वापस आता है, जिसमें उत्सर्जित फोटॉन की ऊर्जा 0.6617 MeV होती है।[47] 137Cs और 90Sr परमाणु विखंडन के प्रमुख मध्यम-कालिक विखंडन उत्पाद हैं, और हटाए जाने के बाद कई वर्षों से लेकर कई सौ वर्षों तक व्ययित परमाणु ईंधन से होने वाली रेडियोधर्मिता के मुख्य स्रोत हैं।[48] ये दो समस्थानिक चेरनोबिल आपदा के क्षेत्र में अवशिष्ट रेडियोधर्मिता का सबसे बड़ा स्रोत हैं।[49] कम कैप्चर दर के कारण, न्यूट्रॉन कैप्चर के माध्यम से 137Cs का निपटान संभव नहीं है और वर्तमान में एकमात्र समाधान इसे समय के साथ क्षयित होने देना है।[50]

परमाणु विखंडन से उत्पादित लगभग सभी सीज़ियम मूल रूप से अधिक न्यूट्रॉन-समृद्ध विखंडन उत्पादों के बीटा क्षय से आता है, जो आयोडीन के समस्थानिकों और ज़ेनॉन के समस्थानिकों से होकर गुजरता है।[51] चूंकि आयोडीन और ज़ेनॉन वाष्पशील होते हैं और परमाणु ईंधन या हवा के माध्यम से फैल सकते हैं, इसलिए रेडियोधर्मी सीज़ियम अक्सर विखंडन के मूल स्थान से दूर उत्पन्न होता है।[52] 1950 से 1980 के दशक के परमाणु हथियार परीक्षणों के साथ, 137Cs को पृथ्वी के वायुमंडल में छोड़ा गया और रेडियोधर्मी फॉलआउट के एक घटक के रूप में पृथ्वी की सतह पर वापस आया, जो उस समय की मिट्टी और तलछट की गति का एक संकेतक बन गया।[6]

हालाँकि इसका परमाणु स्पिन बड़ा (7/2+) है, फिर भी परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR) स्थिर 133Cs समस्थानिक का उपयोग कर सकता है।[53]

प्राप्ति (Occurrence)

एक सफेद खनिज, जिसमें से सफेद और हल्के गुलाबी क्रिस्टल निकलते हैं
पोलुसाइट, एक सीज़ियम खनिज
यह भी देखें: :Category:Caesium minerals

सीज़ियम एक अपेक्षाकृत दुर्लभ तत्व है, जिसका पृथ्वी की पपड़ी में औसत अनुमान 3 प्रति दस लाख भाग (ppm) है।[54] यह 45वां सबसे प्रचुर तत्व और धातुओं में 36वां है।[55] सीज़ियम रुबिडियम की तुलना में 30 गुना कम प्रचुर है, जिसके साथ यह रासायनिक रूप से निकटता से जुड़ा हुआ है।[6]

अपनी बड़ी आयनिक त्रिज्या के कारण, सीज़ियम "असंगत तत्वों" में से एक है।[56] मैग्मा क्रिस्टलीकरण के दौरान, सीज़ियम तरल चरण में केंद्रित हो जाता है और सबसे अंत में क्रिस्टलीकृत होता है। इसलिए, सीज़ियम के सबसे बड़े भंडार इस संवर्धन प्रक्रिया द्वारा निर्मित ज़ोन पेगमाटाइट अयस्क निकाय हैं। चूंकि सीज़ियम पोटेशियम के लिए उतनी आसानी से प्रतिस्थापित नहीं होता जितना कि रुबिडियम, इसलिए क्षारीय इवेपोराइट खनिज सिल्वाइट (KCl) और कार्नालाइट (KMgCl3·6H2O) में केवल 0.002% सीज़ियम हो सकता है। परिणामस्वरूप, सीज़ियम बहुत कम खनिजों में पाया जाता है। सीज़ियम की प्रतिशत मात्रा बेरिल (Be3Al2(SiO3)6) और एवोगैड्राइट ((K,Cs)BF4) में पाई जा सकती है, निकट संबंधी खनिज पेज़ोटाइट (Cs(Be2Li)Al2Si6O18) में 15 wt% Cs2O तक, दुर्लभ खनिज लंदनिट ((Cs,K)Al4Be4(B,Be)12O28) में 8.4 wt% Cs2O तक, और अधिक व्यापक रोडिज़ाइट में इससे कम।[6] सीज़ियम के लिए एकमात्र आर्थिक रूप से महत्वपूर्ण अयस्क पोलुसाइट Cs(AlSi2O6) है, जो दुनिया भर में कुछ स्थानों पर ज़ोन वाले पेगमाटाइट में पाया जाता है, जो अधिक व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण लिथियम खनिजों, लेपिडोलाइट और पेटलाइट के साथ जुड़ा होता है। पेगमाटाइट के भीतर, बड़े अनाज का आकार और खनिजों का मजबूत पृथक्करण खनन के लिए उच्च-श्रेणी का अयस्क प्रदान करता है।[57]

सीज़ियम का दुनिया का सबसे महत्वपूर्ण और ज्ञात सबसे समृद्ध स्रोत कनाडा के मैनिटोबा में बर्निक झील पर स्थित टैंको माइन है, जिसमें 350,000 मीट्रिक टन पोलुसाइट अयस्क होने का अनुमान है, जो दुनिया के आरक्षित आधार का दो-तिहाई से अधिक है।[57][58] हालाँकि पोलुसाइट में सीज़ियम की स्टोइकोमेट्रिक सामग्री 42.6% है, लेकिन इस भंडार से शुद्ध पोलुसाइट नमूनों में केवल लगभग 34% सीज़ियम होता है, जबकि औसत सामग्री 24 wt% है।[58] व्यावसायिक पोलुसाइट में 19% से अधिक सीज़ियम होता है।[59] ज़िम्बाब्वे में बिकिटा पेगमाटाइट भंडार का खनन इसके पेटलाइट के लिए किया जाता है, लेकिन इसमें पोलुसाइट की भी महत्वपूर्ण मात्रा होती है। पोलुसाइट का एक अन्य उल्लेखनीय स्रोत नामीबिया के करिबाइब रेगिस्तान में है।[58] प्रति वर्ष 5 से 10 मीट्रिक टन के वर्तमान विश्व खदान उत्पादन की दर पर, भंडार हजारों वर्षों तक चलेगा।[6]

उत्पादन (Production)

पोलुसाइट अयस्क का खनन और शोधन एक चयनात्मक प्रक्रिया है और इसे अधिकांश अन्य धातुओं की तुलना में छोटे पैमाने पर किया जाता है। अयस्क को कुचला जाता है, हाथ से छांटा जाता है, लेकिन आमतौर पर केंद्रित नहीं किया जाता है, और फिर पीस लिया जाता है। सीज़ियम को पोलुसाइट से मुख्य रूप से तीन विधियों द्वारा निकाला जाता है: एसिड पाचन, क्षारीय अपघटन, और प्रत्यक्ष अपचयन।[6][60]

एसिड पाचन में, सिलिकेट पोलुसाइट चट्टान को मजबूत एसिड, जैसे हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HCl), सल्फ्यूरिक एसिड (H2SO4), हाइड्रोब्रोमिक एसिड (HBr), या हाइड्रोफ्लोरिक एसिड (HF) के साथ घोला जाता है। हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ, घुलनशील क्लोराइड का मिश्रण तैयार होता है, और सीज़ियम के अघुलनशील क्लोराइड डबल साल्ट सीज़ियम एंटीमनी क्लोराइड (Cs4SbCl7), सीज़ियम आयोडीन क्लोराइड (Cs2ICl), या सीज़ियम हेक्साक्लोरोसेरेट (Cs2(CeCl6)) के रूप में अवक्षेपित होते हैं। पृथक्करण के बाद, शुद्ध अवक्षेपित डबल साल्ट को विघटित किया जाता है, और पानी को वाष्पित करके शुद्ध CsCl अवक्षेपित किया जाता है।

सल्फ्यूरिक एसिड विधि सीधे सीज़ियम फिटकरी (CsAl(SO4)2·12H2O) के रूप में अघुलनशील डबल साल्ट प्रदान करती है। एल्युमीनियम सल्फेट घटक को फिटकरी को कार्बन के साथ भूनकर अघुलनशील एल्युमीनियम ऑक्साइड में परिवर्तित किया जाता है, और परिणामी उत्पाद को Cs2SO4 समाधान प्राप्त करने के लिए पानी के साथ लीच किया जाता है।[6]

पोलुसाइट को कैल्शियम कार्बोनेट और कैल्शियम क्लोराइड के साथ भूनने से अघुलनशील कैल्शियम सिलिकेट और घुलनशील सीज़ियम क्लोराइड प्राप्त होता है। पानी या तनु अमोनिया (NH4OH) के साथ लीचिंग से तनु क्लोराइड (CsCl) समाधान प्राप्त होता है। इस समाधान को सीज़ियम क्लोराइड का उत्पादन करने के लिए वाष्पित किया जा सकता है या सीज़ियम फिटकरी या सीज़ियम कार्बोनेट में बदला जा सकता है। हालाँकि व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य नहीं है, अयस्क को सीधे सीज़ियम धातु का उत्पादन करने के लिए वैक्यूम में पोटेशियम, सोडियम या कैल्शियम के साथ अपचयित किया जा सकता है।[6]

खनन किए गए अधिकांश सीज़ियम (लवण के रूप में) को सीधे तेल ड्रिलिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए सीज़ियम फॉर्मेट (HCOO−Cs+) में परिवर्तित किया जाता है। विकासशील बाजार की आपूर्ति के लिए, कैबोट कॉर्पोरेशन ने 1997 में मैनिटोबा के बर्निक झील के पास टैंको माइन में एक उत्पादन संयंत्र बनाया, जिसकी क्षमता प्रति वर्ष 12,000 बैरल सीज़ियम फॉर्मेट समाधान है।[61] सीज़ियम के प्राथमिक छोटे पैमाने के व्यावसायिक यौगिक सीज़ियम क्लोराइड और सीज़ियम नाइट्रेट हैं।[62]

वैकल्पिक रूप से, सीज़ियम धातु अयस्क से प्राप्त शुद्ध यौगिकों से प्राप्त की जा सकती है। सीज़ियम क्लोराइड और अन्य सीज़ियम हैलाइड्स को 700 से 800 °C पर कैल्शियम या बेरियम के साथ अपचयित किया जा सकता है, और परिणाम से सीज़ियम धातु को आसवित किया जा सकता है। इसी तरह, एल्युमिनेट, कार्बोनेट या हाइड्रॉक्साइड को मैग्नीशियम द्वारा अपचयित किया जा सकता है।[6]

धातु को पिघले हुए सीज़ियम साइनाइड (CsCN) के इलेक्ट्रोलेसिस द्वारा भी अलग किया जा सकता है। असाधारण रूप से शुद्ध और गैस-मुक्त सीज़ियम का उत्पादन सीज़ियम एज़ाइड CsN3 के 390 °C पर तापीय अपघटन द्वारा किया जा सकता है, जिसे जलीय सीज़ियम सल्फेट और बेरियम एज़ाइड से उत्पादित किया जा सकता है।[60] वैक्यूम अनुप्रयोगों में, सीज़ियम डाइक्रोमेट को ज़िरकोनियम के साथ प्रतिक्रिया करके अन्य गैसीय उत्पादों के बिना शुद्ध सीज़ियम धातु का उत्पादन किया जा सकता है।[62]

Cs2Cr2O7 + 2 Zr → 2 Cs + 2 ZrO2 + Cr2O3

2009 में 99.8% शुद्ध सीज़ियम (धातु आधार) की कीमत लगभग $10/g थी, लेकिन इसके यौगिक काफी सस्ते हैं।[58]

इतिहास (History)

तीन अधेड़ उम्र के पुरुष, जिनमें से बीच वाला बैठा है। सभी ने लंबे जैकेट पहने हैं, और बाईं ओर के छोटे व्यक्ति की दाढ़ी है।
जर्मन वैज्ञानिकों गुस्ताव किरचॉफ (बाएं) और रॉबर्ट बुनसेन (केंद्र) ने अपने नए आविष्कार किए गए स्पेक्ट्रोस्कोप के साथ सीज़ियम की खोज की।

1860 में, रॉबर्ट बुनसेन और गुस्ताव किरचॉफ ने जर्मनी के बैड डर्कहेम के खनिज जल में सीज़ियम की खोज की। उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में चमकीली नीली रेखाओं के कारण, उन्होंने इसका नाम लैटिन शब्द caesius से लिया, जिसका अर्थ नीला-धूसर है।[note 2][63][64][65] सीज़ियम स्पेक्ट्रोस्कोप के साथ खोजा जाने वाला पहला तत्व था, जिसका आविष्कार बुनसेन और किरचॉफ ने केवल एक वर्ष पहले किया था।[9]

सीज़ियम का शुद्ध नमूना प्राप्त करने के लिए, 44,000 लीटर खनिज जल को वाष्पित करना पड़ा ताकि 240 किलोग्राम केंद्रित नमक समाधान प्राप्त हो सके। क्षारीय मृदा धातुओं को सल्फेट या ऑक्सालेट के रूप में अवक्षेपित किया गया, जिससे क्षार धातु समाधान में रह गई। नाइट्रेट में रूपांतरण और इथेनॉल के साथ निष्कर्षण के बाद, एक सोडियम-मुक्त मिश्रण प्राप्त हुआ। इस मिश्रण से, लिथियम को अमोनियम कार्बोनेट द्वारा अवक्षेपित किया गया। पोटेशियम, रुबिडियम और सीज़ियम क्लोरोप्लेटिनिक एसिड के साथ अघुलनशील लवण बनाते हैं, लेकिन ये लवण गर्म पानी में घुलनशीलता में थोड़ा अंतर दिखाते हैं, और कम घुलनशील सीज़ियम और रुबिडियम हेक्साक्लोरोप्लेटिनेट ((Cs,Rb)2PtCl6) को आंशिक क्रिस्टलीकरण द्वारा प्राप्त किया गया। हाइड्रोजन के साथ हेक्साक्लोरोप्लेटिनेट के अपचयन के बाद, सीज़ियम और रुबिडियम को अल्कोहल में उनके कार्बोनेट की घुलनशीलता में अंतर से अलग किया गया। इस प्रक्रिया से 44,000 लीटर खनिज जल से 9.2 ग्राम रुबिडियम क्लोराइड और 7.3 ग्राम सीज़ियम क्लोराइड प्राप्त हुआ।[64]

सीज़ियम क्लोराइड से, दोनों वैज्ञानिकों ने नए तत्व के परमाणु भार का अनुमान 123.35 लगाया (वर्तमान में स्वीकृत 132.9 की तुलना में)।[64] उन्होंने पिघले हुए सीज़ियम क्लोराइड के इलेक्ट्रोलेसिस द्वारा मौलिक सीज़ियम उत्पन्न करने की कोशिश की, लेकिन धातु के बजाय, उन्हें एक नीला सजातीय पदार्थ प्राप्त हुआ जो "न तो नग्न आंखों से और न ही माइक्रोस्कोप के नीचे धात्विक पदार्थ का कोई निशान दिखाता था"; परिणामस्वरूप, उन्होंने इसे सबक्लोराइड (Cs2Cl) के रूप में वर्गीकृत किया। वास्तव में, उत्पाद शायद धातु और सीज़ियम क्लोराइड का एक कोलाइडल मिश्रण था।[66] मरकरी कैथोड के साथ क्लोराइड के जलीय समाधान के इलेक्ट्रोलेसिस ने सीज़ियम अमलगम का उत्पादन किया जो जलीय स्थितियों में आसानी से विघटित हो गया।[64] शुद्ध धातु को अंततः स्वीडिश रसायनज्ञ कार्ल सेटरबर्ग द्वारा अलग किया गया, जब वे केकुले और बुनसेन के साथ अपनी डॉक्टरेट पर काम कर रहे थे।[65] 1882 में, उन्होंने क्लोराइड के साथ समस्याओं से बचते हुए, सीज़ियम साइनाइड के इलेक्ट्रोलेसिस द्वारा सीज़ियम धातु का उत्पादन किया।[67]

ऐतिहासिक रूप से, सीज़ियम का सबसे महत्वपूर्ण उपयोग अनुसंधान और विकास में रहा है, मुख्य रूप से रासायनिक और विद्युत क्षेत्रों में। 1920 के दशक तक सीज़ियम के लिए बहुत कम अनुप्रयोग मौजूद थे, जब यह रेडियो वैक्यूम ट्यूब में उपयोग में आया, जहाँ इसके दो कार्य थे; एक गेटर के रूप में, इसने निर्माण के बाद अतिरिक्त ऑक्सीजन को हटा दिया, और गर्म कैथोड पर एक कोटिंग के रूप में, इसने विद्युत चालकता को बढ़ाया। सीज़ियम को 1950 के दशक तक उच्च-प्रदर्शन वाली औद्योगिक धातु के रूप में मान्यता नहीं मिली थी।[68] गैर-रेडियोधर्मी सीज़ियम के अनुप्रयोगों में फोटोइलेक्ट्रिक सेल, फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब, इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोफोटोमीटर के ऑप्टिकल घटक, कई कार्बनिक प्रतिक्रियाओं के लिए उत्प्रेरक, सिंटिलेशन काउंटर के लिए क्रिस्टल, और मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक पावर जनरेटर शामिल थे।[6] सीज़ियम का उपयोग द्वितीयक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (SIMS) में सकारात्मक आयनों के स्रोत के रूप में भी किया जाता है।

1967 से, मापन की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली ने समय की प्राथमिक इकाई, सेकंड को सीज़ियम के गुणों पर आधारित किया है। अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (SI) सेकंड को सीज़ियम-133 की मूल अवस्था के दो हाइपरफाइन ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण के अनुरूप स्पेक्ट्रल लाइन की माइक्रोवेव आवृत्ति पर 9,192,631,770 चक्रों की अवधि के रूप में परिभाषित करती है।[69] 1967 के वजन और माप पर 13वां सामान्य सम्मेलन ने एक सेकंड को इस प्रकार परिभाषित किया: "बाहरी क्षेत्रों से अप्रभावित अपनी मूल अवस्था में सीज़ियम-133 परमाणुओं के हाइपरफाइन संक्रमण द्वारा अवशोषित या उत्सर्जित माइक्रोवेव प्रकाश के 9,192,631,770 चक्रों की अवधि"।

अनुप्रयोग (Applications)

पेट्रोलियम अन्वेषण (Petroleum exploration)

गैर-रेडियोधर्मी सीज़ियम का सबसे बड़ा वर्तमान उपयोग निष्कर्षण तेल उद्योग के लिए सीज़ियम फॉर्मेट ड्रिलिंग तरल पदार्थ में है।[6] सीज़ियम हाइड्रॉक्साइड को फॉर्मिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करके बनाए गए सीज़ियम फॉर्मेट (HCOO-Cs+) के जलीय समाधान 1990 के दशक के मध्य में तेल कुएं की ड्रिलिंग और पूर्णता तरल पदार्थ के रूप में उपयोग के लिए विकसित किए गए थे। ड्रिलिंग तरल पदार्थ का कार्य ड्रिल बिट्स को लुब्रिकेट करना, चट्टान के टुकड़ों को सतह पर लाना और कुएं की ड्रिलिंग के दौरान दबाव बनाए रखना है। पूर्णता तरल पदार्थ ड्रिलिंग के बाद लेकिन उत्पादन से पहले नियंत्रण हार्डवेयर की स्थापना में दबाव बनाए रखकर सहायता करते हैं।[6]

सीज़ियम फॉर्मेट ब्राइन का उच्च घनत्व (2.3 g/cm³ तक, या 19.2 पाउंड प्रति गैलन),[70] अधिकांश सीज़ियम यौगिकों की अपेक्षाकृत सौम्य प्रकृति के साथ मिलकर, ड्रिलिंग तरल पदार्थ में विषाक्त उच्च-घनत्व वाले निलंबित ठोस पदार्थों की आवश्यकता को कम करता है—जो एक महत्वपूर्ण तकनीकी, इंजीनियरिंग और पर्यावरणीय लाभ है। कई अन्य भारी तरल पदार्थों के घटकों के विपरीत, सीज़ियम फॉर्मेट अपेक्षाकृत पर्यावरण के अनुकूल है।[70] सीज़ियम फॉर्मेट ब्राइन को तरल पदार्थों के घनत्व को पानी (1.0 g/cm³, या 8.3 पाउंड प्रति गैलन) के घनत्व तक कम करने के लिए पोटेशियम और सोडियम फॉर्मेट के साथ मिश्रित किया जा सकता है। इसके अलावा, यह बायोडिग्रेडेबल है और इसे पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है, जो इसकी उच्च लागत (2001 में लगभग $4,000 प्रति बैरल) को देखते हुए महत्वपूर्ण है।[71] क्षार फॉर्मेट को संभालना सुरक्षित है और ये उत्पादक संरचना या डाउनहोल धातुओं को नुकसान नहीं पहुंचाते हैं जैसे कि संक्षारक विकल्प, उच्च-घनत्व वाले ब्राइन (जैसे जिंक ब्रोमाइड ZnBr2 समाधान) कभी-कभी करते हैं; उन्हें कम सफाई की भी आवश्यकता होती है और निपटान लागत कम होती है।[6]

परमाणु घड़ियाँ

एक कमरा जिसमें अग्रभूमि में एक काला बक्सा है और छह नियंत्रण कैबिनेट हैं, जिनमें से प्रत्येक में पांच से छह रैक के लिए जगह है। अधिकांश, लेकिन सभी नहीं, कैबिनेट सफेद बक्सों से भरे हुए हैं।
यू.एस. नेवल ऑब्जर्वेटरी में परमाणु घड़ी समूह

सीज़ियम-आधारित परमाणु घड़ियाँ सीज़ियम-133 परमाणुओं की हाइपरफाइन संरचना में विद्युतचुंबकीय संक्रमणों का संदर्भ बिंदु के रूप में उपयोग करती हैं। पहली सटीक सीज़ियम घड़ी लुई एसेन द्वारा 1955 में यूके की नेशनल फिजिकल लेबोरेटरी में बनाई गई थी।[72] सीज़ियम घड़ियों में पिछली आधी सदी में सुधार हुआ है और इन्हें "मानव जाति द्वारा अब तक प्राप्त इकाई का सबसे सटीक कार्यान्वयन" माना जाता है।[69] ये घड़ियाँ 1014 में 2 से 3 भागों की त्रुटि के साथ आवृत्ति को मापती हैं, जो प्रति दिन 2 नैनोसेकंड, या 1.4 मिलियन वर्षों में एक सेकंड की सटीकता के बराबर है। नवीनतम संस्करण 1015 में 1 भाग से अधिक सटीक हैं, जो लगभग 20 मिलियन वर्षों में 1 सेकंड के बराबर है।[6] सीज़ियम मानक मानकों के अनुरूप समय और आवृत्ति माप के लिए प्राथमिक मानक है।[73] सीज़ियम घड़ियाँ सेल फोन नेटवर्क और इंटरनेट के समय को नियंत्रित करती हैं।[74]

सेकंड की परिभाषा

सेकंड, प्रतीक s, समय की SI इकाई है। BIPM ने 2018 में अपने 26वें सम्मेलन में इसकी परिभाषा को फिर से स्पष्ट किया: "[सेकंड] को सीज़ियम आवृत्ति ΔνCs के निश्चित संख्यात्मक मान को लेकर परिभाषित किया गया है, जो सीज़ियम-133 परमाणु की अनपेक्षित ग्राउंड-स्टेट हाइपरफाइन संक्रमण आवृत्ति है, जिसे Hz इकाई में व्यक्त करने पर 9192631770 होता है, जो s−1 के बराबर है।"[75]

विद्युत शक्ति और इलेक्ट्रॉनिक्स

सीज़ियम वाष्प थर्मिओनिक जनरेटर कम शक्ति वाले उपकरण हैं जो ऊष्मीय ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। दो-इलेक्ट्रोड वैक्यूम ट्यूब कन्वर्टर में, सीज़ियम कैथोड के पास अंतरिक्ष आवेश (space charge) को बेअसर करता है और वर्तमान प्रवाह को बढ़ाता है।[76]

सीज़ियम अपने फोटो-उत्सर्जक गुणों के लिए भी महत्वपूर्ण है, जो प्रकाश को इलेक्ट्रॉन प्रवाह में परिवर्तित करता है। इसका उपयोग फोटो-इलेक्ट्रिक सेल में किया जाता है क्योंकि सीज़ियम-आधारित कैथोड, जैसे कि इंटरमेटेलिक यौगिक K2CsSb, में इलेक्ट्रॉन के उत्सर्जन के लिए कम थ्रेशोल्ड वोल्टेज होता है।[77] सीज़ियम का उपयोग करने वाले फोटो-उत्सर्जक उपकरणों की श्रेणी में ऑप्टिकल कैरेक्टर रिकग्निशन उपकरण, फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब, और वीडियो कैमरा ट्यूब शामिल हैं।[78][79] फिर भी, जर्मेनियम, रूबिडियम, सेलेनियम, सिलिकॉन, टेल्यूरियम और कई अन्य तत्वों को प्रकाश-संवेदनशील सामग्रियों में सीज़ियम के स्थान पर प्रतिस्थापित किया जा सकता है।[6]

सीज़ियम आयोडाइड (CsI), ब्रोमाइड (CsBr) और फ्लोराइड (CsF) क्रिस्टल का उपयोग सिंटिलेटरों के लिए किया जाता है, जो सिंटिलेशन काउंटर में खनिज अन्वेषण और कण भौतिकी अनुसंधान में गामा और एक्स-रे विकिरण का पता लगाने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। एक भारी तत्व होने के नाते, सीज़ियम बेहतर पहचान के साथ अच्छी स्टॉपिंग पावर प्रदान करता है। सीज़ियम यौगिक तेज प्रतिक्रिया (CsF) प्रदान कर सकते हैं और कम हाइग्रोस्कोपिक (CsI) हो सकते हैं।

सीज़ियम वाष्प का उपयोग कई सामान्य मैग्नेटोमीटर में किया जाता है।[80]

इस तत्व का उपयोग स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री में आंतरिक मानक के रूप में किया जाता है।[81] अन्य क्षार धातुओं की तरह, सीज़ियम की ऑक्सीजन के प्रति बहुत अधिक आत्मीयता होती है और इसका उपयोग वैक्यूम ट्यूब में "गेटर" के रूप में किया जाता है।[82] धातु के अन्य उपयोगों में उच्च-ऊर्जा लेजर, वाष्प ग्लो लैंप, और वाष्प रेक्टिफायर शामिल हैं।[6]

सेंट्रीफ्यूजेशन तरल पदार्थ

सीज़ियम आयन का उच्च घनत्व सीज़ियम क्लोराइड, सीज़ियम सल्फेट, और सीज़ियम ट्राइफ्लोरोएसीटेट (Cs(O2CCF3)) के समाधानों को घनत्व प्रवणता अल्ट्रासेंट्रीफ्यूजेशन के लिए आणविक जीव विज्ञान में उपयोगी बनाता है।[83] इस तकनीक का उपयोग मुख्य रूप से जैविक नमूनों से वायरल कणों, उपकोशिकीय अंगकों और अंशों, और न्यूक्लिक एसिड को अलग करने में किया जाता है।[84]

रासायनिक और चिकित्सा उपयोग

Some fine white powder on a laboratory watch glass
सीज़ियम क्लोराइड पाउडर

सीज़ियम का उपयोग करने वाले रासायनिक अनुप्रयोग अपेक्षाकृत कम हैं।[85] सीज़ियम यौगिकों के साथ डोपिंग रासायनिक संश्लेषण के लिए कई धातु-आयन उत्प्रेरकों की प्रभावशीलता को बढ़ाती है, जैसे कि ऐक्रेलिक एसिड, एंथ्राक्विनोन, एथिलीन ऑक्साइड, मेथनॉल, फथलिक एनहाइड्राइड, स्टाइरीन, मिथाइल मेथाक्राइलेट मोनोमर्स, और विभिन्न ओलेफिन। इसका उपयोग सल्फ्यूरिक एसिड के उत्पादन में सल्फर डाइऑक्साइड को सल्फर ट्राइऑक्साइड में उत्प्रेरक रूपांतरण में भी किया जाता है।[6]

सीज़ियम फ्लोराइड का कार्बनिक रसायन विज्ञान में क्षार के रूप में[20] और फ्लोराइड आयन के निर्जल स्रोत के रूप में एक विशिष्ट उपयोग है।[86] सीज़ियम लवण कभी-कभी कार्बनिक संश्लेषण, जैसे कि चक्रीकरण, एस्टरीकरण, और बहुलीकरण में पोटेशियम या सोडियम लवणों की जगह लेते हैं। सीज़ियम का उपयोग थर्मोल्यूमिनेसेंट विकिरण डोसिमेट्री (TLD) में भी किया गया है: विकिरण के संपर्क में आने पर, यह क्रिस्टल दोष प्राप्त करता है जो गर्म होने पर प्राप्त खुराक के अनुपात में प्रकाश के उत्सर्जन के साथ वापस आ जाते हैं। इस प्रकार, फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब के साथ प्रकाश पल्स को मापना संचित विकिरण खुराक को निर्धारित करने की अनुमति दे सकता है।

परमाणु और समस्थानिक अनुप्रयोग

सीज़ियम-137 एक रेडियोआइसोटोप है जिसका उपयोग औद्योगिक अनुप्रयोगों में गामा-उत्सर्जक के रूप में किया जाता है। इसके लाभों में लगभग 30 वर्षों का आधा जीवन, परमाणु ईंधन चक्र से इसकी उपलब्धता, और एक स्थिर अंतिम उत्पाद के रूप में 137Ba का होना शामिल है। उच्च जल घुलनशीलता एक नुकसान है जो इसे खाद्य और चिकित्सा आपूर्ति के लिए बड़े पूल इरेडिएटर के साथ असंगत बनाती है।[87] इसका उपयोग कृषि, कैंसर के उपचार, और भोजन, सीवेज कीचड़, और सर्जिकल उपकरणों के नसबंदी में किया गया है।[6][88] विकिरण उपकरणों में सीज़ियम के रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग चिकित्सा क्षेत्र में कुछ प्रकार के कैंसर के इलाज के लिए किया जाता था,[89] लेकिन बेहतर विकल्पों के उद्भव और स्रोतों में पानी में घुलनशील सीज़ियम क्लोराइड के उपयोग ने, जो व्यापक संदूषण पैदा कर सकता था, धीरे-धीरे इनमें से कुछ सीज़ियम स्रोतों को उपयोग से बाहर कर दिया।[90][91] सीज़ियम-137 का उपयोग विभिन्न औद्योगिक मापन गेजों में किया गया है, जिसमें नमी, घनत्व, समतलन और मोटाई गेज शामिल हैं।[92] इसका उपयोग चट्टान संरचनाओं के इलेक्ट्रॉन घनत्व को मापने के लिए वेल लॉगिंग उपकरणों में भी किया गया है, जो संरचनाओं के थोक घनत्व के अनुरूप है।[93]

सीज़ियम-137 का उपयोग ट्रिटियम के समान जलवैज्ञानिक अध्ययनों में किया गया है। 1950 के दशक से 1980 के दशक के मध्य तक विखंडन बम परीक्षण के एक उत्पाद के रूप में, सीज़ियम-137 को वायुमंडल में छोड़ा गया था, जहाँ इसे आसानी से समाधान में अवशोषित कर लिया गया था। उस अवधि के भीतर ज्ञात वर्ष-दर-वर्ष भिन्नता मिट्टी और तलछट परतों के साथ सहसंबंध की अनुमति देती है। सीज़ियम-134, और कुछ हद तक सीज़ियम-135, का उपयोग भी जल विज्ञान में परमाणु ऊर्जा उद्योग द्वारा सीज़ियम उत्पादन को मापने के लिए किया गया है। हालांकि वे सीज़ियम-133 या सीज़ियम-137 की तुलना में कम प्रचलित हैं, ये बेलवेदर समस्थानिक पूरी तरह से मानवजनित स्रोतों से उत्पादित होते हैं।[94]

अन्य उपयोग

इलेक्ट्रॉन गन से बीम किए गए इलेक्ट्रॉन तटस्थ ईंधन परमाणुओं से टकराते हैं और उन्हें आयनित करते हैं; चुम्बकों से घिरे एक कक्ष में, सकारात्मक आयनों को एक नकारात्मक ग्रिड की ओर निर्देशित किया जाता है जो उन्हें त्वरित करता है। इंजन का बल आयनों को पीछे से उच्च वेग पर बाहर निकालकर बनाया जाता है। बाहर निकलने पर, सकारात्मक आयनों को एक और इलेक्ट्रॉन गन से बेअसर कर दिया जाता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि न तो जहाज और न ही निकास विद्युत रूप से चार्ज होते हैं और आकर्षित नहीं होते हैं।
सीज़ियम या पारा ईंधन के साथ उपयोग के लिए विकसित इलेक्ट्रोस्टैटिक आयन थ्रस्टर का योजनाबद्ध आरेख

सीज़ियम और पारे का उपयोग बहुत लंबी अंतरग्रहीय या एक्स्ट्राप्लेनेटरी मिशनों पर अंतरिक्ष यान प्रणोदन के लिए डिज़ाइन किए गए शुरुआती आयन इंजनों में प्रणोदक के रूप में किया गया था। ईंधन को एक चार्ज टंगस्टन इलेक्ट्रोड के संपर्क से आयनित किया गया था। लेकिन अंतरिक्ष यान के घटकों पर सीज़ियम द्वारा जंग ने विकास को अक्रिय गैस प्रणोदकों, जैसे कि ज़ेनॉन, की दिशा में धकेल दिया है, जिन्हें जमीनी परीक्षणों में संभालना आसान है और अंतरिक्ष यान को कम संभावित नुकसान पहुंचाते हैं।[6] ज़ेनॉन का उपयोग 1998 में लॉन्च किए गए प्रायोगिक अंतरिक्ष यान डीप स्पेस 1 में किया गया था।[95][96] फिर भी, फील्ड-एमिशन इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन थ्रस्टर जो सीज़ियम जैसे तरल धातु आयनों को त्वरित करते हैं, बनाए गए हैं।[97]

सीज़ियम नाइट्रेट का उपयोग ऑक्सीकारक और पायरोटेक्निक रंगद्रव्य के रूप में इन्फ्रारेड फ्लेयर में सिलिकॉन को जलाने के लिए किया जाता है,[98] जैसे कि LUU-19 फ्लेयर,[99] क्योंकि यह अपने अधिकांश प्रकाश को निकट अवरक्त स्पेक्ट्रम में उत्सर्जित करता है।[100] सीज़ियम यौगिकों का उपयोग लॉकहीड A-12 CIA टोही विमान में निकास प्लम के रडार हस्ताक्षर को कम करने के लिए ईंधन योज्य के रूप में किया गया हो सकता है।[101] सीज़ियम और रूबिडियम को कार्बोनेट के रूप में कांच में जोड़ा गया है क्योंकि वे विद्युत चालकता को कम करते हैं और फाइबर ऑप्टिक्स और नाइट विजन उपकरणों की स्थिरता और स्थायित्व में सुधार करते हैं। सीज़ियम फ्लोराइड या सीज़ियम एल्युमीनियम फ्लोराइड का उपयोग मैग्नीशियम युक्त एल्युमीनियम मिश्र धातुओं को ब्रेज़ करने के लिए तैयार किए गए फ्लक्स में किया जाता है।[6]

मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक (MHD) शक्ति-उत्पादक प्रणालियों पर शोध किया गया था, लेकिन वे व्यापक स्वीकृति प्राप्त करने में विफल रहीं।[102] सीज़ियम धातु को उच्च-तापमान रैंकिन चक्र टर्बोइलेक्ट्रिक जनरेटर में कार्यशील तरल पदार्थ के रूप में भी माना गया है।[103]

सीज़ियम लवणों का मूल्यांकन आर्सेनिक दवाओं के प्रशासन के बाद एंटीशॉक अभिकर्मकों के रूप में किया गया है। हालांकि, हृदय की लय पर उनके प्रभाव के कारण, पोटेशियम या रूबिडियम लवणों की तुलना में उनके उपयोग की संभावना कम है। उनका उपयोग मिर्गी के इलाज के लिए भी किया गया है।[6]

सीज़ियम-133 को लेजर कूल्ड किया जा सकता है और क्वांटम यांत्रिकी में मौलिक और तकनीकी समस्याओं की जांच के लिए उपयोग किया जा सकता है। इसमें ट्यूनेबल इंटरैक्शन की आवश्यकता वाले अल्ट्राकोल्ड परमाणुओं के अध्ययन को सक्षम करने के लिए विशेष रूप से सुविधाजनक फेशबैक स्पेक्ट्रम है।[104]

स्वास्थ्य और सुरक्षा खतरे

ज्ञानसन्दूक
Container only yes
Hazards
Ghssignalword Danger
Hphrases H314
Pphrases P422
Nfpa-h 3
Nfpa-f 4
Nfpa-r 3
Nfpa-s w
Graph of percentage of the radioactive output by each nuclide that form after a nuclear fallout vs. logarithm of time after the incident. In curves of various colours, the predominant source of radiation are depicted in order: Te-132/I-132 for the first five or so days; I-131 for the next five; Ba-140/La-140 briefly; Zr-95/Nb-95 from day 10 until about day 200; and finally Cs-137. Other nuclides producing radioactivity, but not peaking as a major component are Ru, peaking at about 50 days, and Cs-134 at around 600 days.
चेरनोबिल आपदा के बाद समय के सापेक्ष प्रत्येक समस्थानिक द्वारा योगदान दिया गया कुल विकिरण खुराक (हवा में) का हिस्सा। दुर्घटना के लगभग 200 दिन बाद सीज़ियम-137 विकिरण का प्राथमिक स्रोत बन गया।[105]

गैर-रेडियोधर्मी सीज़ियम यौगिक केवल हल्के जहरीले होते हैं, और गैर-रेडियोधर्मी सीज़ियम एक महत्वपूर्ण पर्यावरणीय खतरा नहीं है। चूंकि जैव रासायनिक प्रक्रियाएं सीज़ियम को पोटेशियम के साथ भ्रमित और प्रतिस्थापित कर सकती हैं, इसलिए अतिरिक्त सीज़ियम हाइपोकैलिमिया, अतालता, और तीव्र हृदय गति रुकना का कारण बन सकता है, लेकिन ऐसी मात्रा प्राकृतिक स्रोतों में सामान्य रूप से नहीं पाई जाएगी।[106][107]

चूहों में सीज़ियम क्लोराइड के लिए मध्यम घातक खुराक (LD50) 2.3 ग्राम/किग्रा है, जो पोटेशियम क्लोराइड और सोडियम क्लोराइड के LD50 मानों के बराबर है।[108] गैर-रेडियोधर्मी सीज़ियम का मुख्य उपयोग पेट्रोलियम ड्रिलिंग तरल पदार्थ में सीज़ियम फॉर्मेट के रूप में है क्योंकि यह विकल्पों की तुलना में बहुत कम जहरीला है, हालांकि यह अधिक महंगा है।[70]

मौलिक सीज़ियम सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील तत्वों में से एक है और पानी की उपस्थिति में अत्यधिक विस्फोटक है। प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन गैस उसी समय जारी ऊष्मीय ऊर्जा द्वारा गर्म हो जाती है, जिससे प्रज्वलन और एक हिंसक विस्फोट होता है। यह अन्य क्षार धातुओं के साथ हो सकता है, लेकिन सीज़ियम इतना शक्तिशाली है कि यह विस्फोटक प्रतिक्रिया ठंडे पानी से भी शुरू हो सकती है।[6]

यह अत्यधिक पायरोफोरिक है: सीज़ियम का स्व-प्रज्वलन तापमान −116 C है, और यह सीज़ियम हाइड्रोक्साइड और विभिन्न ऑक्साइड बनाने के लिए हवा में विस्फोटक रूप से प्रज्वलित होता है। सीज़ियम हाइड्रोक्साइड एक बहुत मजबूत क्षार है, और यह कांच को तेजी से संक्षारित करेगा।[10]

आइसोटोप 134 और 137 मानवीय गतिविधियों के कारण जीवमंडल (biosphere) में थोड़ी मात्रा में मौजूद हैं, जो स्थान के अनुसार भिन्न होते हैं। रेडियोसीज़ियम (Radiocaesium) शरीर में अन्य विखंडन उत्पादों (जैसे रेडियोआयोडीन और रेडियोस्ट्रोंटियम) की तरह आसानी से जमा नहीं होता है। अवशोषित रेडियोसीज़ियम का लगभग 10% पसीने और मूत्र के माध्यम से अपेक्षाकृत जल्दी शरीर से बाहर निकल जाता है। शेष 90% का जैविक अर्ध-आयु काल (biological half-life) 50 से 150 दिनों के बीच होता है।[109] रेडियोसीज़ियम पोटेशियम का अनुसरण करता है और फलों तथा सब्जियों सहित पौधों के ऊतकों में जमा होने की प्रवृत्ति रखता है।[110][111][112] सीज़ियम के अवशोषण में पौधे व्यापक रूप से भिन्न होते हैं, और कभी-कभी इसके प्रति अत्यधिक प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं। यह भी अच्छी तरह से प्रलेखित है कि दूषित जंगलों के मशरूम अपने बीजाणुधानी (sporocarps) में रेडियोसीज़ियम (सीज़ियम-137) जमा करते हैं।[113] चेरनोबिल आपदा के बाद झीलों में सीज़ियम-137 का संचय एक बड़ी चिंता का विषय रहा है।[114][115] कुत्तों पर किए गए प्रयोगों से पता चला है कि 3.8 मिलीक्यूरी (140 MBq, 4.1 μg सीज़ियम-137) प्रति किलोग्राम की एक एकल खुराक तीन सप्ताह के भीतर घातक होती है;[116] कम मात्रा बांझपन और कैंसर का कारण बन सकती है।[117] अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी (IAEA) और अन्य स्रोतों ने चेतावनी दी है कि सीज़ियम-137 जैसी रेडियोधर्मी सामग्रियों का उपयोग रेडियोलॉजिकल फैलाव उपकरणों, या "डर्टी बम" में किया जा सकता है।[118]

इन्हें भी देखें

नोट्स

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बाहरी कड़ियाँ

Caesium.ogg

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Caesium" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Caesium यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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