元素の密度について教えてください

化学は全く詳しくないので根本的に質問自体おかしいかもしれませんが、ご容赦ください

元素の密度について調べてます。そこで疑問に思ったことがありました。
①　元素の密度を検索すると、例えばセシウムの密度は1.93 g/cm3と出ますが、セシウムは同位体が１３３，１３４，１３５，１３７とあると思います。同位体効果とやらで、同位体はそれぞれ密度が異なるらしいのですが、この1.93というのは、どういう意味の数字なのでしょうか？セシウムは自然界では１３３が１００％を占めるようですが、セシウム１３３の密度を表すのでしょうか？であれば、セシウム１３４，１３５，１３７の密度はどの程度になるのか教えてください。ほかの元素も同様の考えてよいでしょうか？

②　同位体ごとの細かな密度がわかる書籍やサイトがあれば教えてください。

No.4 回答者： むらさめ 回答日時： 2020/10/26 21:29

既に回答にも書いていますが、134Csセシウムならそれだけ単独で集めると密度が中性子1個分変わります。

セシウムCsの常温での結晶構造が体心立方格子であることは、セシウムCs原子がもつ最外殻の電子にほぼ依存して決まるので、密度変化は原子核の中性子1個分が重くなるだけです。
重水(18→19と質量数が変わる)と同等な同位体効果は、陽子数も中性子数も多いセシウムでは小さいです。
更に、セシウムは常温でアルカリ金属であるので、固体の密度が少し増えるだけの物性の変化です。

私は3Heの例を出しましたし、No.3さんが重水素や235Uの例を、挙げられていますが、それらは核開発で重要な物質であるため、分離･濃縮する技術が構築して知見が蓄積されていって出来たものです。

で、セシウムにおいて特定の同位体を分離して濃縮する技術が必要かと言われると、私は現状ではないと考えます。(未来においては判りません)


セシウムCsの　密度　1.93g/cm^3　というのは、常温でセシウム金属の結晶構造(原子の並び方)が　体心立方格子　であることで決まった物性値と言って良いです。

この回答へのお礼

遅くなり申し訳ありません。回答ありがとうございました。

お礼日時：2020/11/02 20:30

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2020/10/26 20:17

No.1 です。

「お礼」に書かれたことについて。

＞同位体は、同位体効果により、密度等が変わるというネットの情報を見たのですが、それは間違いということでしょうか？

同位体は、原子核の質量数が異なるものなので、原子単位で見れば「同位体効果」として質量などの物理量が変わります。
それらの違いを利用して、一般の水素から成る「軽水」と重水素（水素２）からなる「重水」を分離したり、ウランの中に0.7％だけ含まれる核分裂性のウラン235を分離して「濃縮」することができます。
たとえば「重水」を分離すれば、密度は軽水と異なる「1.107 g/cm^3」になります。
従って、同位体だけを分離して取り出せば、密度や化学的な特性はもとの物質とは異なったものになります。

↓　重水
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D%E6%B0%B4 …

ただし、こういった「同位体の分離」には高度な技術とコストがかかり、「軍事技術」に近い特殊技術です。
そのため、一般に「同位体を分離する」あるいは「自然界に存在する物質の同位体比率を変える」というのは極めて特殊な場合以外では行われることはありません。

なので、通常の元素、物質の特性（密度、沸点、融点など）は、「自然界に存在する物質の同位体比率」に基づいて同位体が混合している状態で定められています。

#1 に書いたものはそういった前提で書いたものであり、「同位体は、各々を分離すれば、同位体効果により密度等の特性が変わる」ということを否定するものではありません。

この回答へのお礼

遅くなり申し訳ありません。回答ありがとうございました。

お礼日時：2020/11/02 20:30

No.2 回答者： むらさめ 回答日時： 2020/10/23 20:00

>同位体が１３３，１３４，１３５，１３７

セシウムの原子量は　132.905　周期表でもWikiでも、有効数字を何桁にするのかは別にして、6桁ならこの値になっています。
同位体の自然界での存在比率を考慮して、平均した原子量が周期表に載っている原子量です。

密度は全く別の物性値で、セシウムCsは、室温で1.93g/cm^3となっています。
これは、アルカリ金属に属するセシウムの室温での体心立方格子という結晶構造の時の密度の測定値です、同位体の存在比率はほとんど寄与していないし、測定している値が全く別です。

134Csや135Csや137Cs等が単独で構成された金属セシウムの密度は、それらのセシウムの半減期がある程度長いので、お金を掛けて134Csならそれだけを分離し、金属セシウムとしたなら測定することは可能だと思いますが、中性子1個分、密度が上がるだけです。

ウランUやプルトニウムPuのように、核燃料として特定の核種だけを分離していく技術があるので、セシウムにそれを開発することは可能だと考えますが、セシウムに工業的(ビジネス的と言っても良い)な意味があるようには感じられません。

ヘリウム3(3He、質量数3のヘリウム、中性子が1個少ない)は、核融合の研究で重要な物質であり、それだけを分離して研究者間で研究の為に流通しているようですが、通常のヘリウム4に比べると何桁も高価で信じられないくらいですね。

この回答へのお礼

遅くなり申し訳ございません。ご回答ありがとうございます。
一点教えてください。同位体は、同位体効果により、密度等が変わるというネットの情報を見たのですが、それは間違いということでしょうか？

お礼日時：2020/10/26 19:50

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2020/10/23 19:43

同位体は、化学的には区別がつきませんので、物質の「大きさ」や「性質」には何ら影響を与えません。

単に「原子核の組成がちょっと違う」（中性子の数の違い）であり、物質の性質や大きさを決める「電子」については全く同じで区別がつかないからです。

なので、福島原発から出る汚染水に含まれる「トリチウム」（三重水素、水素３）から成る水分子を、通常の軽水素（水素１）から成る水分子と区別したり分離したりできないのです。

ちなみに「元素の密度」と書かれていますが、密度は元素で決まるものではなく、その状態（固体、液体、気体という状態も含む）によってまちまちな密度になります。

この回答へのお礼

遅くなり申し訳ございません。ご回答ありがとうございます。
一点教えてください。同位体は、同位体効果により、密度等が変わるというネットの情報を見たのですが、それは間違いということでしょうか？

お礼日時：2020/10/26 19:50