حقائق ومعلومات عن عنصر السيزيوم

السيزيوم والذي يعتبر من المعادن النادرة، ويتميز بلونه الأبيض الفضي اللامع مع خطوط طيفية رائعة باللون الأزرق. اشتُقّ اسم العنصر من كلمة (Caesius)، وهي كلمة لاتينية تعني «السماء الزرقاء». يُعتبر السيزيوم أكثر المعادن نعومةً، مع قوام مثل الشمع في درجة حرارة الغرفة. سيذوب في يدك بسهولة إن لم ينفجر أولًا! لأنه سريع التفاعل مع الرطوبة.

يتكوّن عنصر السيزيوم بشكل طبيعي، على الرغم من أنّه يكاد لا يتواجد بمفرده، حسب مختبر جيفرسون، فهو يتواجد برفقة العديد من المعادن. للسيزيوم كثافة تساوي ضعف كثافة الماء، ويتميّز بليونته الفائقة.

حقائق حول السيزيوم:

العدد الذرّي (عدد البروتونات في النواة): 55

الرمز الذرّي (في الجدول الدوري للعناصر): Cs

الوزن الذرّي (متوسط كتلة الذرّة): 132.90

الكثافة: 1.086 أوقية لكل بوصة مكعبة (1.879 غرامًا لكل سنتيمتر مكعب)

الحالة في درجة حرارة الغرفة: صلب

نقطة الانصهار: 83.1 درجة فهرنهايت (28.4 درجة مئوية(

نقطة الغليان: 1239.8 فهرنهايت (671 درجة مئوية(

عدد النظائر الطبيعية (ذرّات نفس العنصر مع عدد مختلف من النيوترونات): نظير واحد. يوجد أيضًا على الأقل 39 نظيرًا اصطناعيًّا أُنشئوا في المختبر.

النظائر الأكثر شيوعًا: Cs-133 (نسبة توافره في الطبيعة 100%)

تاريخ اكتشافه

السيزيوم هو أوّل عنصر يُكتشَف باستخدام مطياف، فقد اكتُشِف عام 1860 من قبل الكيميائيين الألمانيين روبرت بنسن وغوستاف كيرشوف أثناء تحليلهم طيفَ المياه المعدنية، وفقًا لموقع webelements.

نُفِّذت أوّل التطبيقات العملية للسيزيوم في عشرينيّات القرن الماضي، وفقًا للوكالة الأمريكية للمسح الجيولوجي (USGS). استُخدِم السيزيوم في الأنابيب المفرغة لإزالة آثار الأكسجين المتبقية بسبب طبيعته في الترابط مع ذرّات الأكسجين، وكطبقة على الكاثودات الساخنة لزيادة التيّار الكهربائي.

في العقود اللاحقة، ظهر المزيد من الاستخدامات للسيزيوم، بما في ذلك الخلايا الكهروضوئية ومقاييس الطيف والمحفّزات للتفاعلات العضوية. أدّت التكلفة المرتفعة للسيزيوم والشعبية المتزايدة للتقنيات المماثلة والرخيصة باستخدام معادن قلوية أخرى إلى تقليل التطبيقات التي يُستخدَم فيها السيزيوم.

هل تعلم؟

السيزيوم معدن قلوي، جنبًا إلى جنب مع الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والروبيديوم والفرنسيوم. المعادن القلوية عالية التفاعل، ولها إلكترون واحد في غلافها الخارجي، ولا تتكوّن بحرية في الطبيعة، ووفقًا لموقع ChemicalElements، تتميّز هذه المعادن بمرونتها الفائقة، وأيضًا بقدرتها الجيدة على توصيل الحرارة والكهرباء.

السيزيوم دقيق بشكل لا يصدق في ضبط الوقت ويستخدم في الساعات الذرّية. فتُعرَّف الثانية رسميًّا على أنّها الوقت الذي تستغرقه ذرّة السيزيوم لتهتزّ 9192.631.770 مرّةً بين مستويات الطاقة. تفقد الساعات الذرّية القائمة على السيزيوم ثانيةً واحدةً لكلّ 100 مليون سنة.

السيزيوم هو أحد المعادن الأربعة السائلة عند درجة حرارة الغرفة أو بالقرب منها. العناصر الأخرى هي الزئبق (درجة انصهاره 37.6 درجة فهرنهايت، أو 38.8 درجة مئوية)، الغاليوم (درجة انصهاره 85.6 درجة فهرنهايت، أو 29.8 درجة مئوية) والفرنسيوم (درجة انصهاره 80.6 درجة فهرنهايت، أو 27 درجة مئوية)، وفقًا لموقع Chemicool.

ووفقًا لموقع Chemicool أيضًا، يتوافر السيزيوم في القشرة الأرضية بنسبة حوالي 3 أجزاء في المليون من حيث الوزن، وفي النظام الشمسي بنسبة 8 أجزاء في المليار من حيث الوزن. السيزيوم هو العنصر الخمسين الأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية، وفقًا لـ PeriodicTable.

سريع التفاعل ويتّحد بسهولة مع العناصر الأخرى

السيزيوم من العناصر سريعة التفاعل ويتّحد بسهولة مع العناصر الأخرى، وخاصّةً الأكسجين وغازات أخرى، وكذلك اللافلزّات، وفقًا لموسوعة بريتانيكا.

نظرًا لتفاعل السيزيوم العنيف مع الماء، يتمّ التعامل معه على أنّه مادة خطرة، ويُحتفَظ به غالبًا تحت طبقة من الكيروسين أو الزيوت المعدنية أو في الفراغ؛ لمنعه من التفاعل والإشعال بسبب الرطوبة في الهواء. وفقًا لموقعEncyclopedia.com ، يتفاعل السيزيوم أيضًا بعنف مع الكبريت، الفوسفور، الأحماض، والهالوجينات (الفلور، الكلور، البروم، اليود والأستياتين).

تُنتج النظائر المشعة من السيزيوم من خلال طريقتين: في محطات الطاقة النووية عن طريق انشطار اليورانيوم في قضبان الوقود وعن طريق انفجار الأسلحة النووية، وفقًا لوكالة تسجيل المواد السامة والأمراض (ATSD).

عُثِر على كميات ضئيلة من السيزيوم في حفنة من المعادن، وفقًا لـ Minerals Education Coalition، يُستخرج السيزيوم أساسًا من البوليوسيت، وهو عبارة عن معدن مكوّن من سيليكات الألومنيوم والسيزيوم وعدد من العناصر الأخرى (تتراوح نسبته بين حوالي 34% إلى 42% في معدن البوليوسيت، وفقًا للوكالة الأمريكية للمسح الجيولوجي)، ويُستخرَج أيضًا من معدن اللبيودبيت Lepidolite كشوائب. يُستخرج السيزيوم بشكل رئيسيّ في كندا وزيمبابوي.

وفقًا للوكالة الأمريكية للبحث الجيولوجي، هناك ثلاث طرق لعزل السيزيوم من بقية المعادن: الهضم الحمضي (إذابة المعادن في الحمض ثمّ فصل الأملاح)، الهضم القلوي (تحميص المعادن مع خليط الكالسيوم أو الصوديوم لاستخراج مركبات السيزيوم ثمّ عزل أملاح السيزيوم)، والاختزال المباشر (تسخين خام المعدن مع الكالسيوم والبوتاسيوم والصوديوم في الفراغ لفصل معدن السيزيوم غير النقي).

وفقًا لـ lenntech، يتعرّض البشر والحيوانات باستمرار إلى كميات ضئيلة من السيزيوم عند تناول الطعام والتنفّس والشرب. في حين أنّه من غير المحتمل أن يتعرّض الناس لآثار صحية ضارّة بسبب السيزيوم، فإنّ التعرّض للسيزيوم المشعّ أو بعض مركبات السيزيوم يمكن أن يتسبّب بأضرار صحية، بما في ذلك الغثيان والإقياء والنزيف وتلف الخلايا.

البحوث الحالية

تجري حاليًّا دراسة استخدام السيزيوم في علاج عدّة أشكال من السرطان، بما في ذلك أورام المخ، وفقًا لدراسة نُشِرت في عام 2016 في دورية the journal Frontiers in Surgery.

يستخدم سيزيوم-131، وهو نظيرٌ مشعٌّ للسيزيوم، مع اليود-125، وهو نظيرٌ مشعٌّ آخر، في تكوين بذرة العلاج الإشعاعي الموضعي. وفقًا لجمعية العلاج الإشعاعي الموضعي الأمريكية، فإنّ بذرة العلاج الإشعاعي الموضعي هي جرابٌ مشعٌّ يُوضَع مباشرة داخل النسيج السرطاني. وقد ثبت أنّ بذور العلاج الإشعاعي فعّالة في العديد من أشكال السرطان، بما في ذلك سرطان الرحم وسرطان عنق الرحم.

تشير الدراسة المذكورة إلى دراسة سابقة نُشرت في عام 2014 في دورية Journal of Neurosurgery. في تلك الدراسة، كان هناك مجموعة من 24 مريضًا يعانون من أورام المخ، وقد زُرِعت بذور السيزيوم-131 الخاصّة بالعلاج الإشعاعي الموضعي داخل الأورام. كان هناك آثار جانبية ضئيلة، ولكن بشكل عام، اكتمل العلاج على نحوٍ جيّد.

تعود فكرة استخدام بذور العلاج الإشعاعي بالسيزيوم المشعّ كعلاج لمرض السرطان إلى ستينيات القرن العشرين، ووُصفت في دراسة نشرت في دورية Radiology. ووفقًا لما ذكرته شركة Isoray Medical، وهي شركة طبية متخصّصة في بحوث التطبيقات الطبية للنظائر المشعّة، وافقت إدارة الدواء والغذاء الأمريكية على مادة السيزيوم-131 عام 2003 وطُبِّقت أولى التجارب باستخدامه في عام 2004. وقد ناقشت دراسة نُشِرت عام 2009 في دورية Medical Physics استخدام بذور السيزيوم-131 لعلاج سرطان البروستات وأظهرت نتائج إيجابية.

وبينما لا تزال هناك حاجة لبحوث أكثر لفهم المزيد عن طبيعة العلاج، فقد أظهرت جميع الدراسات حتى الآن أنّ استخدام بذور السيزيوم-131 في العلاج الإشعاعي للقضاء على الأورام السرطانية أمرٌ مشجّعٌ. يقول مؤلّفو الدراسة التي نُشِرت عام 2016 إنّهم واثقون من أنّ «الدراسات المستقبلية ستؤكّد على الأرجح هذه النتائج الأولية الواعدة من العلاج الإشعاعي الموضعي القائم على السيزيوم من أجل العلاجات المستقبلية للانبثاث الدماغي”.