Výskyt Cesia v Přírodě

Cesium (Cs) je extrémně reaktivní a měkký kov, který je pro svůj stříbřitě zlatavý vzhled vizuálně unikátní. Jeho protonové číslo je 55 a v periodické tabulce ho najdeme v 1. skupině mezi alkalickými kovy, kam patří i sodík nebo draslík. Je tak měkký, že by se dal krájet nožem, a jeho teplota tání je pouhých 28,5 °C, takže v horkém letním dni by byl tekutý. V přírodě ho kvůli jeho bouřlivé reaktivitě s kyslíkem a vodou nikdy nenajdeme v čisté formě.

Cesium, s chemickou značkou Cs a protonovým číslem 55, je nejměkčí a nejreaktivnější ze všech alkalických kovů. Jedná se o stříbrolesklý kov se zřetelným zlatavým nádechem, který má extrémně nízký bod tání, pouhých 28,5 °C, což znamená, že může být tekuté i za teplejšího letního dne. Jeho mimořádná reaktivita se projevuje okamžitou a explozivní reakcí s vodou za vzniku hydroxidu cesného a vodíku. Vyznačuje se nejnižší elektronegativitou ze všech stabilních prvků, což z něj činí nejsilnější redukční činidlo. Své sloučeniny barví plamen charakteristicky do fialova.

Název prvku pochází z latinského slova „caesius“, což v překladu znamená nebesky modrý. Bylo pojmenováno svými objeviteli, Robertem Bunsenem a Gustavem Kirchhoffem, v roce 1860. Objev cesia je neoddělitelně spjat s vývojem spektrální analýzy. V roce 1860 němečtí vědci Robert Bunsen a Gustav Kirchhoff analyzovali minerální vodu z německého Dürkheimu pomocí jimi vyvinutého spektroskopu. Ve spektru pozorovali dvě charakteristické, jasně modré čáry, které neodpovídaly žádnému dosud známému prvku. Na základě této barvy prvek pojmenovali cesium, odvozeně z latinského slova ‚caesius‘, což znamená ‚nebesky modrý‘.

Výskyt Cesia v Přírodě

Cesium je v zemské kůře poměrně vzácným prvkem a nevyskytuje se v ryzí formě. Jeho hlavním a komerčně nejvýznamnějším zdrojem je minerál pollucit, což je zeolit obsahující cesium, sodík a hliník. V menších koncentracích se nachází také v lepidolitu a karnalitu, kde často doprovází rubidium. Největší světová ložiska pollucitu se nacházejí v Kanadě, Zimbabwe a Namibii. Získávání kovového cesia je složitý proces.

V přírodě se elementární cesium nevyskytuje, ve formě sloučenin ve stopových množstvích doprovází ostatní alkalické kovy. Nejvyšší obsah cesia (35,92 % Cs) ze všech známých nerostů má pautovit CsFe2S3. Celosvětové zásoby cesia nejsou zatím prozkoumány, největší ověřené zásoby, ve výší 70 kt čistého kovu, jsou v Kanadě (Bernic Lake, Manitoba).

Čtěte také: Přírodní zdroje soli

Výroba cesia se provádí tavnou elektrolýzou chloridu nebo hydroxidu cesného. Chlorid cesný potřebný pro elektrolýzu se připravuje loužením polucitu kyselinou chlorovodíkovou s malým přídavkem kyselin fluorovodíkové a bromovodíkové. Produktem loužení není čistý chlorid cesný, ale směs CsSbCl4, Cs2ICl a [CS2(CeCl6)], ze kterých se čistý chlorid cesný připravuje frakční krystalizací a následnou hydrolýzou. Další možností je alkalické tavení rudy se směsí CaCO3 a CaCl2 nebo Na2CO3 a NaCl. Posledním způsobem výroby je přímá redukce policitu pomocí sodíku, draslíku, vápníku nebo zirkonia, redukce probíhá ve vakuu nebo ve velmi zředěné atmosféře argonu při teplotách mezi 640 - 700°C. Produktem je kovové cesium o čistotě přesahující 98%, hlavní znečišťující příměsí je rubidium.

Kovové cesium je také možné získat redukcí uhličitanu, hydroxidu nebo hlinitanu roztaveným hořčíkem ve vodíkové atmosféře nebo redukcí vápníkem ve vakuu. V minulosti se kovové cesium připravovalo také redukcí chromanu cesného kovovým zirkoniem. Kromě minerálů je hlavním zdrojem cesia pro jeho výrobu uhličitan cesný Cs2CO3, který společně s uhličitanem rubidným Rb2CO3 vzniká jako odpadní produkt při rafinaci lithia. Na velmi vysokou čistotu se surové cesium rafinuje termickým rozkladem azidu cesného CsN3 při teplotě 390°C.

Vlastnosti a Reakce Cesia

Chemický prvek cesium je modrobílý, lesklý, na vzduchu nestálý kov. Ze všech kovů je cesium nejměkčí. Cesium je ze všech alkalických kovů nejreaktivnější chemický prvek a má silně elektropozitivní charakter. Ve sloučeninách cesium vystupuje výhradně jako bezbarvý kation Cs+.

Na vzduchu se cesium samovolně vznítí a shoří za vzniku superoxidu CsO2, v atmosféře ozonu hoří za vzniku červeného nestabilního ozonidu cesného CsO3. S vodíkem se slučuje za vzniku tuhého, prudce reaktivního hydridu CsH, který je i na suchém vzduchu samozápalný. S halogeny reaguje již za laboratorní teploty, se selenem a tellurem se slučuje i za teplot hluboko pod bodem mrazu. Se sírou reaguje již za teploty 100°C.

Sloučeniny Cesia

Naprostá většina sloučenin cesia je ve vodě dobře rozpustná, výjimku tvoří nerozpustné podvojné halogenidy cesia s železem, mědí, kadmiem, antimonem, olovem a bismutem, manganistan cesný CsMnO4 a terafluoroboritan cesný CsBF4.

Čtěte také: Výskyt rtuti v přírodě

Využití Cesia

Cesium má zásadní technologický význam, nejznámější je jeho využití v atomových hodinách, které s neuvěřitelnou přesností definují sekundu a jsou klíčové pro globální navigační systémy jako GPS. Díky své vysoké citlivosti na světlo se uplatňuje ve fotonásobičích a starších typech fotoelektrických článků. V průmyslu slouží jako účinný katalyzátor. Jeho hustá a ekologicky šetrná sloučenina, formiát cesný, se používá ve vrtných kapalinách pro těžbu ropy v extrémních podmínkách. Radioizotop cesium-137 nachází uplatnění v radioterapii a průmyslových měřičích.

Člověkem vyrobené sloučeniny cesia mají vysoce specifická využití. Chlorid cesný slouží v molekulární biologii k oddělování molekul DNA pomocí ultracentrifugace. Jodid a fluorid cesný jsou klíčové materiály pro scintilační detektory, které převádějí neviditelné ionizující záření na světelné záblesky, využívané v lékařské diagnostice a fyzice vysokých energií. Uhličitan cesný je ceněná silná báze v organické syntéze. Extrémně reaktivní hydroxid cesný platí za nejsilnější známou zásadu, schopnou agresivně leptat i sklo.

Zpočátku nemělo cesium významnější praktické využití, od roku 1920 se začalo využívat při výrobě elektronek jako getter, tj. látka zachycující nežádoucí plyny z vakua. V současnosti se cesium ve formě intermetalické sloučeniny KCsSb používá k výrobě citlivé vrstvy fotoelektrických článků do přístrojů pro noční vidění.

Cesiem dopované katalyzátory na bázi oxidů přechodných kovů se používají při oxidaci SO2 na SO3 při výrobě kyseliny sírové. Velmi agresivní hydroxid cesný CsOH je hlavní složkou leptacích lázní při výrobě polovodičů a slouží k odsiřování některých druhů těžké ropy. Jeho rozpouštěním v kyselině mravenčí se připravuje mravenčan cesný HCOOCs, který se používá k přípravě velmi hustých roztoků pro výplachy podmořských ropných vrtů.

Krystalický jodid a bromid cesný se používají na výrobu citlivých vrstev scintilačních přístrojů, zejména k detekci paprsků γ a Rentgenového záření. Chlorid cesný se používá jako protijed při otravách sloučeninami arsenu. Jodid cesný CsI slouží jako luminofor v halogenidových výbojkách.

Čtěte také: Recyklace kyseliny tereftalové

Radioaktivní Cesium a Životní Prostředí

Cesium má 40 známých izotopů s nukleonovým číslem od 112 do 151. Některé vznikají ve starých hvězdách z lehčích prvků záchytem pomalých neutronů, případně při výbuchu supernovy. Nejdelší poločas rozpadu ze všech izotopů cesia má 135Cs, přibližně 2,3 milionu let; 137Cs má poločas rozpadu 30 let a 134Cs dva roky.

Izotop 135Cs je jedním z produktů štěpení uranu v jaderných reaktorech. Téměř všechno cesium produkované jaderným štěpením pochází z beta rozpadu původně na neutrony bohatých štěpných produktů, procházejících různými izotopy jódu a xenonu. Protože jód a xenon jsou těkavé a mohou difundovat jaderným palivem a šířit se vzduchem, vzniká radioaktivní cesium často daleko od původního místa štěpení.

137Cs je součástí radioaktivního spadu z testů jaderných zbraní v 50. až 80. letech 20. století.

Výskyt Radioaktivního Cesia v Evropě

Divočáci jsou v Bavorsku dokonce natolik radioaktivní, že úřady jejich konzumaci označily za nebezpečnou a jejich výskyt na německém jídelníčku v posledních dekádách výrazně klesl, jak upozorňuje magazín Science. Logicky nízký zájem o jejich maso ale působí další problémy. Divočáci se v Bavorsku přemnožili a devastují tamní přírodu. Podle BBC dokonce neudržitelný růst počtu radioaktivních divočáků ohrožuje bavorské lesy samotné. Pozor by si navíc měli dát i čeští myslivci. Výzkumníci z Veterinární univerzity v Brně loni vydali studii, podle které jsou nebezpečně radioaktivní i třeba prasata v Novohradských horách.

Oblíbenou pochoutkou divočáků jsou lanýže, vzácné houby rostoucí pod zemí. Prasata je umí vyčenichat a vyrývají je ze země. Lanýže z půdy ale vstřebávají radioaktivní cesium, které se po sežrání dostává do těla divočáků. K přenosu radiace pak dochází zejména v zimě, kdy prasata nemají mnoho jiných zdrojů obživy než právě lanýže.

Vědci původně radioaktivní kontaminaci masa evropských divokých prasat dávali za vinu jaderné havárii v Černobylu v roce 1986. Radionuklidy z poškozeného reaktoru tehdy vlivem větru zamořily podstatnou část Evropy. Výzkumníci z Technické univerzity ve Vídni a Leibnizovy univerzity v Hannoveru ale nyní zjistili, že původ prvků, které v sobě akumulují divoká prasata v Bavorsku, je mnohem starší.

Za pomoci lovců výzkumníci získali vzorky masa ze 48 divokých prasat, u kterých zanalyzovali výskyt radioaktivního cesia, zejména jeho izotopů cesium-135 a cesium-137, jejichž poměr se liší podle toho, zda zamoření pochází z jaderného reaktoru nebo z výbuchu atomové bomby. A vědci následně zjistili, že divočáci v sobě mají až překvapivě velký poměr radionuklidů, které zřejmě pocházejí z jaderných testů ve 40. až 60. letech minulého století.

Ačkoliv se povrchové radioaktivní zamoření evropské půdy díky přirozenému rozpadu radionuklidů a působením povětrnostních vlivů dnes pohybuje na bezpečné úrovni, pod povrchem to neplatí. Déšť podle vědců dopravuje nebezpečné cesium do stále hlubších vrstev a vznikají tak jakési „časové schránky“, ze kterých se radioaktivita dostává zpět do potravního řetězce právě přes lanýže a divoká prasata. A vidinu ukončení tohoto koloběhu radioaktivity oddaluje právě nedostatečný odstřel divočáků.

Monitorování Radionuklidů v Okolí Jaderné Elektrárny Temelín

V příspěvku jsou prezentovány výsledky dlouhodobého sledování radionuklidů cesia 137, stroncia 90 a tritia v povrchové vodě v okolí Jaderné elektrárny Temelín (dále jen JE Temelín). Tyto radionuklidy pochází především z reziduálního znečištění po atmosférických testech jaderných zbraní a havárii jaderného reaktoru v Černobylu v minulém století. Na všech lokalitách byl pozorován pokles objemových aktivit cesia 137 a stroncia 90. I přesto, že velká část hodnot koncentrací těchto radionuklidů je v současnosti na úrovni nejmenších detekovatelných aktivit, stále je reziduální kontaminace vyšší než jsou výpusti těchto radionuklidů, resp. aktivačních a štěpných produktů, z JE Temelín.

JE Temelín odebírá surovou vodu z vodní nádrže Hněvkovice a odpadní vody vypouští přes vodní nádrž Kořensko. Tritium (3H), cesium 137 (137Cs) a stroncium 90 (90Sr) jsou nejvýznamnější radionuklidy potenciálně přítomné v odpadních vodách. Roční kapalné výpusti tritia a ostatních aktivačních a štěpných produktů (AAŠP), mezi které patří i 137Cs a 90Sr, podle ČEZ, a. s., jsou uvedeny na obr. 1. Z údajů vyplývá, že roční výpusti 3H jsou v řádu desítek TBq (TBq = 1012 Bq), v období 2000-2019 v průměru 40 TBq·r-1. Zatímco výpusti ostatních AAŠP v řádu desetin GBq (GBq = 109 Bq), v průměru 0,2 GBq·r-1, výpusti 137Cs a 90Sr jsou tedy více než o pět řádů menší než výpusti tritia. Z radioekologického hlediska je tedy v kapalných výpustích při běžném provozu nejvýznamnějším radionuklidem tritium.

Hodnocené radionuklidy se v okolí JE Temelín vyskytovaly ještě před jejím spuštěním. Důvodem je doznívající znečištění po testech jaderných zbraní v padesátých a šedesátých letech minulého století a havárii jaderného reaktoru v Černobylu v roce 1986. Okolí JE Temelín patří mezi oblasti u nás nejvíce zasažené spadem po havárii v Černobylu. V případě tritia se jedná i o jeho přirozený výskyt.

Radionuklidy 3H, 90Sr a 137Cs byly stanovovány v povrchové vodě ve veškerých látkách. Sledování bylo zahájeno v roce 1990 na profilech Vltava-Hněvkovice, Lužnice-Koloděje, Otava-Písek (později změněn na profil Otava-Topělec, hodnocení je pod tímto označením) - profily v budoucnu přímo neovlivněné výpustmi odpadních vod z JE Temelín, dále označované pouze jako neovlivněné profily, a Vltava-Solenice - profil v budoucnu ovlivněný výpustmi JE Temelín.

Vývoj Aktivity 137Cs

Nejdéle sledovaným radionuklidem je 137Cs, které je v hodnocených profilech sledováno od roku 1990. Vývoj objemové aktivity 137Cs je znázorněn na obr. 3. Z obr. 3 je zřejmé, že zatímco na začátku sledovaného období byly zjištěné roční průměrné objemové aktivity až desítky mBq·l-1, v závěru tohoto období to bylo < 1 mBq·l-1, a to jak na profilech neovlivněných, tak v profilu ovlivněném provozem JE Temelín. Většina hodnot v závěru hodnoceného období byla < cND. Zjištěné hodnoty jsou po celou dobu řádově nižší, než je hodnota přípustného znečištění cmax= 2 Bq·l-1 i než norma environmentální kvality, roční průměr NEK-RP = 0,5 Bq·l-1 podle nařízení vlády 401/2015 Sb [23].

V první polovině devadesátých let byl pozorován výrazně rychlejší pokles aktivit. Pro období 1990-1994 byly v jednotlivých profilech vyhodnocené efektivní poločasy 137Cs v rozmezí 1,1-2,8 r, na neovlivněných profilech to bylo průměrně 1,3 r, v profilu Vltava-Solenice 1,4 r (přehled pro všechny profily je uveden v tabulce 1). Jedná se především o doznívající vliv havárie jaderného reaktoru v Černobylu. Po roce 1995 bylo pozorováno zpomalení rychlosti ubývání 137Cs. V období 1995-2019 byly pozorované poločasy v rozmezí 9,4-12,4 r. Pro neovlivněné profily to bylo 11,5 r, pro profil Vltava-Solenice 12,4 r.

Vývoj Aktivity 90Sr

Stanovení 90Sr je prováděno od roku 1993. Vývoj objemové aktivity 90Sr je znázorněn na obr. 5. Je uveden vážený průměr ročních objemových aktivit na neovlivněných profilech a roční průměrné objemové aktivity v profilu Vltava-Solenice ovlivněném výpustmi z JE Temelín. Na začátku sledovaného období byly pozorovány roční průměrné objemové aktivity do 10 mBq·l-1, na konci období pak pouze < 2 mBq·l-1. Na všech sledovaných profilech byly pozorované hodnoty velmi podobné, jak v profilech neovlivněných, tak v profilu Vltava-Solenice ovlivněném provozem JE Temelín. Zjištěné hodnoty jsou tedy po celou dobu řádově nižší než je hodnota přípustného znečištění cmax= 1 Bq·l-1 i norma environmentální kvality roční průměr NEK-RP= 0,2 Bq·l-1 podle nařízení vlády 401/2015 Sb.

Po celé sledované období byl pozorován trvalý pokles ročních průměrných objemových aktivit 90Sr. Na rozdíl od 137Cs nebyla zjištěna změna v rychlosti tohoto poklesu. Vyhodnocený efektivní poločas byl na všech profilech shodně cca 10 r (tabulka 1).

Vývoj Aktivity Tritia

Sledování tritia bylo v hodnocených profilech zahájeno těsně před uvedením JE Temelín do provozu. Vývoj ročních průměrných objemových aktivit 3H v neovlivněných profilech a profilech ovlivněných provozem elektrárny je znázorněn na obr. 7. Před spuštěním JE Temelín byla průměrná roční objemová aktivita ve všech profilech shodně cca 1,5 Bq·l-1, od jejího spuštění je vidět postupné navyšování objemových aktivit 3H v ovlivněných profilech, zatímco na neovlivněných profilech je pozorován mírný, ale trvalý pokles zjištěných aktivit. Na konci hodnoceného období (2019) byla průměrná objemová aktivita v neovlivněných profilech < 1 Bq·l-1 (většina hodnot byla < cND), v profilu Vltava-Hladná to bylo přibližně 13 Bq·l-1 a v profilu Solenice 20 ...

Antropogenní Pozadí Radionuklidů

Vypočtené bilance byly porovnány s publikovanými údaji o výpustech AAŠP. Průměrná vypočtená bilance v období 1996-2019 (resp. 2003-2019) byla na neovlivněných profilech Vltava-Hněvkovice 1,0 GBq·r-1 (resp. 0,6 GBq·r-1), Lužnice-Koloděje 1,4 GBq·r-1 (resp. 1,1 GBq·r-1) a Otava-Topělec 1,5 GBq·r-1 (resp. 1,0 GBq·r-1), v ovlivněných profilech Vltava-Hladná 2,8 GBq·r-1 (resp. 2,1 GBq·r-1) a Vltava-Solenice 1,7 GBq·r-1 (resp. 1,1 GBq·r-1).

V místě zaústění odpadních vod z JE Temelín tedy antropogenní pozadí 137Cs v období 2003-2019 vyjádřené jako součet průměrných bilancí v profilech Vltava-Hněvkovice a Lužnice-Koloděje bylo 1,7 GBq·r-1, zatímco průměrná výpust AAŠP v tomto období byla 0,2 GBq·r-1. I při provozu JE Temelín byly na ovlivněném profilu Vltava-Solenice zjišťovány po celou dobu menší koncentrace i bilance 137Cs než v ovlivněných profilech. Je to způsobeno vazbou 137Cs na nerozpuštěné látky a jejich sedimentací ve vodní nádrži Orlík. Vliv JE Temelín tedy nebyl detekován na žádném profilu, resp.

V místě zaústění odpadních vod z JE Temelín tedy antropogenní pozadí 90Sr v období 2003-2019 vyjádřené jako součet průměrných bilancí v profilech Vltava-Hněvkovice a Lužnice-Koloděje bylo 5,1 GBq·r-1, zatímco průměrná výpust AAŠP v tomto období byla 0,2 GBq·r-1. Tak jako v případě 137Cs můžeme konstatovat, že vliv JE Temelín v ukazateli 90Sr nebyl detekován na žádném profilu, resp.

Tabulka: Efektivní Poločasy Radionuklidů

Následující tabulka shrnuje efektivní poločasy rozpadu pro ¹³⁷Cs a ⁹⁰Sr v různých profilech sledovaných v okolí JE Temelín.

tags: #výskyt #cesia #v #přírodě

Oblíbené příspěvky:

• Česká legislativa o odpadech
• Udržitelné domy pro rodiny
• Metráž s potiskem přírody a vzorů
• Proč končí WRX STI v Evropě?
• Více o ČSOP - RS Iris