Cesio (Cs, Z=55): elemento alcalino — propiedades, peligros y usos
El cesio es el elemento químico de número atómico 55 de la tabla periódica. Su símbolo es Cs.
El cesio es un metal alcalino. Su punto de fusión es bajo (28 °C). Es extremadamente reactivo. Debido a su alta reactividad, es un producto químico peligroso. Puede incendiarse (encenderse) en el aire. Explota en contacto con el agua. Reacciona más violentamente que los demás metales alcalinos con el agua. Por ello, el cesio se almacena en aceite mineral.
El cesio es un elemento raro. Como hay poco cesio en la Tierra, es bastante caro. El cuerpo humano no necesita el cesio. En grandes cantidades, sus compuestos químicos son ligeramente venenosos porque está cerca del potasio, que el cuerpo sí necesita.
Propiedades físicas y químicas
- Símbolo: Cs
- Número atómico: 55
- Configuración electrónica: [Xe] 6s1 (un electrón en la capa 6s)
- Apariencia: metal blando de color plateado‑dorado; puede cortarse con un cuchillo y a temperatura ambiente puede estar líquido si la temperatura supera su punto de fusión.
- Punto de fusión: ≈ 28,5 °C (por eso puede fundirse cerca de la temperatura ambiente)
- Punto de ebullición: ≈ 671 °C
- Densidad: ≈ 1,9 g/cm³ (varía con la temperatura y el estado)
- Reactividad: metal muy electropositivo y extremadamente reactivo con el oxígeno y con el agua; forma hidróxidos fuertes como CsOH y libera hidrógeno, a veces de forma explosiva.
Isótopos relevantes
- Cs‑133: isótopo estable; se usa en relojes atómicos y en la definición del segundo en metrología (es fundamental en tecnología de precisión).
- Cs‑137: isótopo radioactivo producido en la fisión nuclear (central nucleares, armas). Tiene una vida media de ≈ 30,17 años y emite radiación beta y gamma; es una fuente importante de contaminación radiactiva en accidentes nucleares y se utiliza en aplicaciones industriales y médicas (por ejemplo, fuentes para irradiación o equipos de medida).
- Cs‑134: otro isótopo radiactivo de vida media corta (≈ 2 años) que a menudo aparece junto con Cs‑137 en liberaciones nucleares.
Usos principales
- Relojes atómicos: el Cs‑133 es la base de relojes atómicos de alta precisión que definen la unidad de tiempo del Sistema Internacional.
- Industria petrolera: sales de cesio, como el formiato de cesio, se usan en fluidos de perforación de alta densidad por su estabilidad y menor corrosividad comparado con otras sales pesadas.
- Laboratorio y biología molecular: el cloruro de cesio (CsCl) se emplea en centrifugación en gradientes de densidad para separar ácidos nucleicos y otras macromoléculas.
- Fuentes radiactivas: Cs‑137 se utiliza en industria y medicina (irradiadores, calibración, radioterapia en algunos casos y en medidores industriales).
- Electrónica y fotocatálisis: compuestos de cesio se usan en fotocátodos, tubos de vacío y en investigación de materiales (por ejemplo, perovskitas y otros semiconductores experimentales).
- Vidrios y catalizadores especiales: en pequeñas cantidades mejora propiedades ópticas o químicas en aplicaciones muy específicas.
Ocurrencia y obtención
El cesio no se encuentra libre en la naturaleza. Se extrae principalmente de minerales como la pollucita (un mineral del grupo de las zeolitas) y en menor medida de otras fuentes alcalinas. Las reservas comerciales son limitadas, lo que contribuye a su precio elevado. La obtención industrial implica tratamientos químicos del mineral y separación selectiva del ion Cs+.
Seguridad, riesgos y manejo
- Riesgos químicos: el cesio metálico es extremadamente reactivo: puede incendiarse al contacto con el aire y explotar al contacto con agua. Siempre debe manipularse bajo atmósfera inerte (nitrógeno o argón) o sumergido en aceite mineral y en condiciones controladas.
- Extinción de fuegos: para fuegos de metales alcalinos (incluido cesio) se usan extintores de clase D o polvos secos especiales; no se debe apagar con agua ni con extintores de CO2 o espuma, ya que empeorarían la reacción.
- Riesgos por radiación: los compuestos con isótopos radiactivos como Cs‑137 son peligrosos por la radiación beta y gamma; requieren manipulación con blindaje, monitorización y cumplimiento estricto de normativas de protección radiológica.
- Toxicidad química: aunque el cesio estable no es un elemento esencial para el organismo humano, en grandes cantidades sus compuestos pueden resultar tóxicos. El ion Cs+ puede distribuirse en tejidos de forma parecida al K+, por lo que la intoxicación química o la incorporación de cesio radiactivo pueden afectar a órganos blandos.
- Contaminación y descontaminación: tras contaminación por Cs‑137, uno de los quelantes utilizados para reducir la absorción gastrointestinal es el azul de Prusia (ferricianuro férrico), que ayuda a eliminar cesio del organismo; la descontaminación ambiental exige medidas específicas y supervisión por autoridades competentes.
- Equipamiento de seguridad: guantes resistentes, protección ocular, trabajo en campana o con protección contra emisiones, y procedimientos de eliminación y almacenamiento siguiendo la normativa local para residuos peligrosos y radiactivos.
Impacto ambiental
El ion cesio es móvil en suelos y aguas y puede ser absorbido por plantas y entrar en la cadena alimentaria, especialmente en su forma iónica (como sucede con la contaminación por Cs‑137). Su comportamiento químico se parece al del potasio, por lo que puede bioacumularse en tejidos vegetales y animales. La remediación de suelos contaminados es compleja y costosa.
Conclusión
El cesio es un metal alcalino raro con propiedades físicas y aplicaciones tecnológicas importantes (relojes atómicos, aplicaciones industriales y científicas). Sin embargo, su alta reactividad y, en el caso de algunos isótopos, su peligrosidad radiactiva, exigen un manejo cuidadoso y cumplimiento estricto de medidas de seguridad. Su obtención limitada y usos especializados hacen que sea un recurso valioso y regulado.
Historia
El cesio fue descrito por primera vez en 1861 por Gustav Robert Kirchhoff y Robert Wilhelm Bunsen. Estaban analizando el agua mineral de Bad Dürkheim. Después de separar el calcio, el estroncio, el magnesio y el litio, vieron dos líneas en la gama "azul" del espectro. Debido a estas líneas, concluyeron que, además de los elementos ya encontrados, debía haber otra sustancia desconocida en el agua mineral. Llamaron a esta sustancia cesio, por el color azul.
Isótopos y compuestos
El cesio tiene al menos 39 isótopos conocidos cuya masa atómica oscila entre 112 y 151. Sólo uno de ellos,133 el Cs, es estable. Por tanto, el isótopo natural del cesio es 133el Cs, que no es radiactivo. 133El Cs se utiliza en los relojes atómicos, ya que su frecuencia de vibración se utiliza para definir la longitud del segundo. Otro isótopo, el Cs, 137no se produce de forma natural, sino que se fabrica tras la fisión nuclear. Es muy radiactivo y se utiliza como fuente industrial de rayos gamma.
El cesio forma compuestos con muchos otros elementos químicos. El formiato de cesio se utiliza en las perforaciones petrolíferas por su alta densidad.
Reactividad
El cesio es extremadamente reactivo en el aire y en el agua. El cesio se oxida rápidamente en el aire y puede entrar en combustión espontánea (incendiarse al azar) en cualquier momento. Por esta razón, debe almacenarse en queroseno o en un aceite mineral, al igual que otros elementos del grupo uno (litio, natrio, rubidio y francio). En el agua, el cesio reacciona violentamente para formar hidróxido de cesio (2CsOH). El Cesio se hunde durante aproximadamente un segundo y luego explota. La explosión es más de 50 veces el tamaño del elemento caído en el agua, y la explosión es suficiente para romper un vaso de pyrex común, un frasco o un tubo de ensayo. Puede encontrar un vídeo de la reacción aquí.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es el cesio?
R: El cesio es un elemento químico con el número atómico 55 y su símbolo es Cs.
P: ¿A qué grupo pertenece el cesio?
R: El cesio pertenece al grupo de los metales alcalinos.
P: ¿Cuál es el punto de fusión del cesio?
R: El punto de fusión del cesio es bajo, a 28ºC.
P: ¿Es reactivo el cesio?
R: Sí, es extremadamente reactivo.
P: ¿Qué hace que el cesio sea una sustancia química peligrosa?
R: Su alta reactividad lo hace peligroso. Puede incendiarse y explota en contacto con el agua.
P: ¿Por qué se almacena el cesio en aceite mineral?
R: El cesio se almacena en aceite mineral debido a su violenta reacción con el agua.
P: ¿Es el cesio un elemento común?
R: No, el cesio es un elemento raro y bastante caro debido a su limitada disponibilidad en la Tierra.
