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セシウム（IUPAC表記；[ 8 ]アメリカ英語ではcesiumとも表記される）は化学元素であり、記号はCs、原子番号は55である。柔らかく銀金色のアルカリ金属で、融点は28.5 ℃（83.3 °F；301.6K ）であり、室温付近で液体となる5つの元素金属のうちの1つである。セシウムはルビジウムやカリウムと同様の物理的および化学的性質を持つ。自然発火性があり、 -116 ℃（-177 °F）でも水と反応する。安定元素の中で最も電気陰性度が低く、ポーリング尺度では0.79である。安定同位体はセシウム133のみである。セシウムは主にポルサイトから採掘される。核分裂生成物であるセシウム137は、原子炉から発生する廃棄物から抽出される。その原子半径は、測定または計算されたすべての元素の中で最大であり、約260ピコメートルである。
ドイツの化学者ロベルト・ブンゼンと物理学者グスタフ・キルヒホフは、 1860年に当時新しく開発されたフレーム分光法によってセシウムを発見した。セシウムの最初の小規模な用途は、真空管の「ゲッター」として、また光電セルの光に敏感な陽極としてであった。セシウムは高精度の原子時計に広く使用されている。1967年、国際単位系は、中性セシウム133原子の特定の超微細遷移を使用して、時間の基本単位である秒を定義し始めた。
1990年代以降、この元素の最大の用途は掘削流体用のギ酸セシウムとしてですが、発電、電子機器、化学など幅広い分野で利用されています。放射性同位体であるセシウム137の半減期は約30年で、医療、工業用計測器、水文学などに用いられています。
国際純正・応用化学連合(IUPAC)が推奨する綴りはCaesiumです。[ 9 ]アメリカ化学会(ACS) は、 Webster's New International Dictionaryに従って1921 年以来cesium という綴りを使用しています。 [ 10 ] [ 11 ]この元素は、ラテン語で「青みがかった灰色」を意味するcaesiusにちなんで名付けられました。 [ 12 ]中世および近世初期の文献では、 caesius は合字æを用いてcæsiusと綴られていました。そのため、現在では古風な綴りではありますが、cæsiumという綴りもあります。[注 1 ]
室温で固体であるすべての元素の中で、セシウムは最も柔らかく、モース 硬度は0.2です。非常に延性のある淡色の金属で、微量の酸素が存在すると黒くなります。[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]鉱物油が存在すると（輸送中は鉱物油中に保つのが最適です）、金属光沢を失い、くすんだ灰色になります。融点は28.5 ℃（83.3 °F）で、室温付近で液体である数少ない元素金属の1つです。他の元素は、ルビジウム（39 ℃[102 °F]）、フランシウム（推定27 ℃[81 °F]）、水銀（-39 ℃[-38 °F]）、ガリウム（30 ℃[86 °F]）です。臭素も室温で液体（融点は-7.2 ℃ [19.0 °F]）ですが、ハロゲンであり金属ではありません。 水銀は、セシウムよりも低い融点が知られている唯一の安定な元素金属です。[ 16 ]さらに、セシウムの沸点は641 ℃（1186 °F）とかなり低く、水銀以外のすべての安定な金属の中で最も低い値です。[ 17 ]コペルニシウムとフレロビウムは、水銀とセシウムよりも沸点が低いと予測されていますが、これらは非常に放射性が高く、金属であるかどうかは確実ではありません。[ 18 ] [ 19 ]
セシウムは他のアルカリ金属、金、水銀と合金（アマルガム）を形成します。650℃（1202 ° F）以下の温度では、コバルト、鉄、モリブデン、ニッケル、白金、タンタル、タングステンとは合金を形成しません。アンチモン、ガリウム、インジウム、トリウムとは明確な金属間化合物を形成し、これらは光感受性を示します。[ 13 ]セシウムは他のすべてのアルカリ金属（リチウムを除く）と混合します。セシウム41%、カリウム47% 、ナトリウム12%のモル比の合金は、既知の金属合金の中で最も低い融点である-78 ℃（-108 °F）を示します。[ 16 ] [ 20 ]いくつかのアマルガムが研究されています：CsHg 2は黒色で紫色の金属光沢、CsHgは金色で金属光沢がある。 [ 21 ]
セシウムの金色は、アルカリ金属の電子を励起するために必要な光の周波数が、族を下るにつれて減少することに由来します。リチウムからルビジウムまではこの周波数は紫外線領域にありますが、セシウムではスペクトルの青紫色の端に入ります。言い換えれば、アルカリ金属のプラズモン周波数はリチウムからセシウムにかけて低くなります。そのため、セシウムは紫色の光を優先的に透過および部分的に吸収し、他の色（周波数が低い）は反射します。したがって、黄色に見えます。[ 22 ]その化合物は青色[ 23 ] [ 24 ]または紫色[ 24 ]で燃焼します。
セシウムはさまざまな同素体の形で存在し、そのうちの1つは二量体で、二セシウムと呼ばれています。[ 25 ]
セシウム金属は反応性が高く、自然発火性があります。空気中で自然発火し、他のアルカリ金属よりも低温でも水と爆発的に反応します。[ 13 ] −116 °C (−177 °F)という低温でも氷と反応します。[ 16 ]この高い反応性のため、セシウム金属は危険物として分類されています。鉱物油などの乾燥した飽和炭化水素で保管および輸送されます。アルゴンなどの不活性ガス下でのみ取り扱うことができます。ただし、セシウムと水の爆発は、同量のナトリウムを使用したナトリウムと水の爆発よりも威力が低いことがよくあります。これは、セシウムが水と接触すると瞬時に爆発し、水素が蓄積する時間がほとんどないためです。[ 26 ]セシウムは真空密封されたホウケイ酸ガラスアンプルに保管できます。約100グラム（3.5オンス）を超える量のセシウムは、密閉されたステンレス鋼製の容器に入れて出荷されます。[ 13 ]
セシウムの化学的性質は、他のアルカリ金属、特に周期表でセシウムの上にあるルビジウムのそれと類似している。 [ 27 ]アルカリ金属に期待されるように、唯一の一般的な酸化状態は+1である。セシドではこの値とは異なり、Cs−を含む。アニオンとなり、セシウムは−1の酸化状態になります。[ 5 ]極度の圧力（30 GPa以上）の条件下では、理論研究によると、内殻の5p電子が化学結合を形成する可能性があり、その場合セシウムは7番目の5p元素として振る舞い、+2から+6の酸化状態のセシウムを持つ高次のフッ化セシウムがそのような条件下で存在できることが示唆されています。[ 28 ] [ 29 ]原子量が大きく、他の（非放射性）アルカリ金属よりも電気陽性度が高いという 事実から、若干の違いが生じます。[ 30 ]セシウムは最も電気陽性度の高い化学元素です。[ 16 ]セシウムイオンは、より軽いアルカリ金属のイオンよりも大きく、 「硬く」ありません。
ほとんどのセシウム化合物は、陽イオンCs +としてセシウム元素を含んでいる。これは、さまざまな陰イオンとイオン結合する。注目すべき例外の1つは、カエサイド陰イオン（Cs −）、[ 5 ]、その他はいくつかの亜酸化物である（下記の§ 酸化物の項を参照）。最近では、セシウムはpブロック元素として振る舞い、より高い酸化状態（すなわちCsF）を持つ高次フッ化物を形成する能力があると予測されている。高圧下では n > 1 となる。 [ 31]この予測は、さらなる実験によって検証する必要がある。 [ 32 ]
Cs +の塩陰イオン自体が着色していない限り、通常は無色である。多くの単純塩は吸湿性があるが、より軽いアルカリ金属の対応する塩ほどではない。リン酸塩、[ 33 ]酢酸塩、炭酸塩、ハロゲン化物、酸化物、硝酸塩、硫酸塩は水溶性である。その複塩は溶解度が低いことが多く、硫酸セシウムアルミニウムの低い溶解度は、鉱石からCsを精製する際に利用される。アンチモンとの複塩（CsSbClなど）4）、ビスマス、カドミウム、銅、鉄、鉛も溶解度。 [ 13 ]
水酸化セシウム（CsOH）は吸湿性があり、強い塩基性を示します。[ 27 ]シリコンなどの半導体の表面を急速にエッチングします。[ 34 ] CsOHは、大きなCs +イオン間の比較的弱い引力を反映して、これまで化学者によって「最強の塩基」とみなされてきました。イオンとOH−; [ 23 ]確かにアレニウス塩基としては最強ですが、n-ブチルリチウム、ナトリウムアミド、水素化ナトリウム、水素化セシウムなどの化合物は、水と激しく反応するため水に溶解できませんが、無水極性非プロトン性溶媒でのみ使用でき、ブレンステッド-ローリー酸塩基理論に基づくと、はるかに塩基性が高いです。[ 27 ]
セシウムと金の化学量論的混合物は反応して黄色の金化セシウム（Cs +Au −加熱すると) 。ここでのオーリド陰イオンは擬ハロゲンとして振る舞います。この化合物は水と激しく反応し、水酸化セシウム、金属金、水素ガスを生成します。液体アンモニアに溶解し、その後セシウム特異的イオン交換樹脂と反応させてテトラメチルアンモニウムオーリドを生成することができます。類似の白金化合物である赤色白金セシウム ( Cs 2 Pt ) は、擬カルコゲンとして振る舞う白金イオンを含んでいます。[ 35 ]
すべての金属陽イオンと同様に、Cs +溶液中でルイス塩基と錯体を形成する。その大きさのため、Cs +通常、配位数は6より大きい値をとります。これは、より小さなアルカリ金属カチオンに典型的な配位数です。この違いは、CsClの8配位に顕著に表れています。この高い配位数と柔軟性（共有結合を形成する傾向）は、 Cs +を分離する際に利用される特性です。核廃棄物の浄化における他の陽イオンから、137Cs +大量の非放射性K +から分離する必要がある[ 36 ]
フッ化セシウム（CsF）は吸湿性の白色固体で、有機フッ素化学においてフッ化物アニオン源として広く用いられている。[ 38 ]フッ化セシウムは岩塩構造を持ち、これはCs +およびF −Na +と同様に立方最密充填配列でパックされるおよびCl −塩化ナトリウム中。[ 27 ]注目すべきことに、セシウムとフッ素は、既知のすべての元素の中でそれぞれ最も低い電気陰性度と最も高い電気陰性度を持っています。
塩化セシウム（CsCl）は単純立方晶系で結晶化する。この構造モチーフは「塩化セシウム構造」とも呼ばれ[ 30 ] 、それぞれ8配位の2原子基底を持つ原始立方格子から構成される。塩化物原子は立方体の辺の格子点に位置し、セシウム原子は立方体の中心の空隙に位置する。この構造はCsBrやCsI、およびCsを含まない他の多くの化合物と共通している。対照的に、他のほとんどのアルカリハライドは塩化ナトリウム（NaCl）構造を持つ[ 30 ] 。CsCl構造が好まれる理由は、Cs +イオン半径は174 pmで、Cl − 午後1時81分 。[ 39 ]
他のアルカリ金属よりも、セシウムは酸素と多くの二元化合物を形成する。セシウムが空気中で燃焼すると、超酸化物CsOが生成される。2が主生成物である。 [ 40 ]「通常の」酸化セシウム（Cs2 O) は黄橙色の六角形の結晶を形成し、 [ 41 ]は反CdClの唯一の酸化物である。2型。 [ 42 ] 250℃（482°F）で気化し、セシウム金属と過酸化物Cs 2 O2 400°C (752°F)以上の温度で。スーパーオキシドとオゾニドCsO 3、 [ 43 ] [ 44 ]いくつかの鮮やかな色の亜酸化物も研究されている。 [ 45 ]これらにはCs7 O、Cs4 O、Cs11 O3、Cs3 O(濃緑色[ 46 ] )、CsO、Cs3 O2、 [ 47 ] Csも同様7 O2. [ 48 ] [ 49 ]後者は真空中で加熱してCs。2 O。 [ 42 ]硫黄、セレン、テルルとの二元化合物も存在する。 [ 13 ]
セシウムには質量数112から152までの41種類の同位体が知られている。安定同位体は133のみである。中性子数78のCs。放射性135Csは半減期が約133 万年と非常に長く、セシウムのすべての放射性同位体の中で最も長い。137Csと134Csの半減期はそれぞれ30.04年と2.065年である。質量数129、131、132、136の同位体の半減期は1日から2週間であるが、他のほとんどの同位体の半減期は数秒から数分の1秒である。少なくとも21の準安定核異性体が存在する。134mCs （半減期が3時間弱）を除いて、すべて非常に不安定で、数分以下の半減期で崩壊する。[ 50 ]
同位体135Csは、原子炉で生成されるウランの長寿命核分裂生成物の1つです。[ 51 ]しかし、前駆核種である135Xeは強力な中性子毒であり、135Csに崩壊する前に安定な136Xeに頻繁に変化するため、ほとんどの原子炉ではこの核分裂生成物の収率は低下します。[ 52 ] [ 53 ]
137Csから137mBaへのベータ崩壊では、 137mBaが基底状態の137Baに緩和する際にガンマ線が発生し、放出される光子のエネルギーは0.6617 MeVである。[ 54 ] 137 セシウムと90ストロンチウムは、核分裂の主要な中寿命生成物であり、使用済み核燃料の除去後数年から数百年にわたって放射能の主要な発生源となる。 [ 55 ]これらの2つの同位体は、チェルノブイリ原発事故現場における残留放射能の最大の発生源である。[ 56 ]捕獲率が低いため、137ストロンチウムの処分は中性子捕獲によるセシウムの除去は実現不可能であり、現在の唯一の解決策は、時間の経過とともに崩壊させることである。[ 57 ]
核分裂によって生成されるセシウムのほぼすべては、もともと中性子が過剰な核分裂生成物のベータ崩壊によって生成され、ヨウ素やキセノンの様々な同位体を経由しています。[ 58 ]ヨウ素とキセノンは揮発性があり、核燃料や空気中を拡散するため、放射性セシウムは核分裂の発生場所から遠く離れた場所で生成されることがよくあります。[ 59 ] 1950年代から1980年代にかけての核兵器実験により、137セシウムは大気中に放出され、放射性降下物の一部として地表に戻り、当時の土壌や堆積物の移動の指標となった。[ 13 ]
核スピンは大きい（ 7 / 2 +）が、核磁気共鳴では安定な133 を使用できる。Cs同位体。[ 60 ]
セシウムは比較的まれな元素で、地殻中の平均存在量は百万分率で3と推定されている。[ 61 ]セシウムは45番目に豊富な元素であり、金属の中では36番目に多い。[ 62 ]セシウムは、化学的に密接に関連しているルビジウム よりも30倍少ない。[ 13 ]
セシウムはイオン半径が大きいため、「不適合元素」の一つである。[ 63 ]マグマの結晶化過程において、セシウムは液相に濃縮され、最後に結晶化する。そのため、セシウムの最大の鉱床は、この濃集過程によって形成されたゾーンペグマタイト鉱床である。セシウムはルビジウムほど容易にカリウムと置換しないため、アルカリ蒸発岩鉱物であるシルバイト（KCl）とカーナライト（KMgCl）は、セシウムと混ざり合わない。3・6H2 O) にはセシウムがわずか 0.002% しか含まれていない可能性があります。したがって、セシウムはごく少数の鉱物にしか含まれていません。セシウムはベリル(Be )3アル2 (SiO3 )6）およびアボガドライト（（K,Cs）BF4 )、密接にする鉱物 ペッツォタイト((Be2 Li)Al2 Si6 O18 ）、希少鉱物ロンドナイト（(Cs,K)Al）2は最大8.4 重量％4ベ4 (B,Be)12 O28）、そしてより広く分布するロジザイト。 [ 13 ]セシウムの経済的に重要な鉱石はポルサイトCs(AlSi2 O6）は、世界各地のいくつかの地域で、より商業的に重要なリチウム鉱物レピドライトやペタライト。ペグマタイト内では、大きな粒径と鉱物の強い分離により、採掘に適した高品位の鉱石が得られます。 [ 64 ]
世界で最も重要かつ最も豊富なセシウムの既知の供給源は、カナダのマニトバ州バーニック湖にあるタンコ鉱山で、推定35万トンのポルサイト鉱石が含まれており、世界の埋蔵量の3分の2以上を占めています。[ 64 ] [ 65 ]ポルサイト中のセシウムの化学量論的含有量は42.6%ですが、この鉱床からの純粋なポルサイトサンプルには約34%のセシウムしか含まれておらず、平均含有量は24重量%です。[ 65 ]市販のポルサイトには19%以上のセシウムが含まれています。[ 66 ]ジンバブエのビキタペグマタイト鉱床はペタライトを採掘するために採掘されていますが、かなりの量のポルサイトも含まれています。ポルサイトのもう1つの注目すべき供給源は、ナミビアのカリビブ砂漠にあります。[ 65 ]現在の世界の鉱山生産量は年間5～10トンなので、埋蔵量は数千年分持つだろう。[ 13 ]
ポルサイト鉱石の採掘と精製は選択的なプロセスであり、他のほとんどの金属よりも小規模で行われます。鉱石は粉砕され、手作業で選別されますが、通常は濃縮されず、その後粉砕されます。セシウムは、主に酸消化、アルカリ分解、直接還元の3つの方法でポルサイトから抽出されます。[ 13 ] [ 67 ]
酸分解では、ケイ酸塩ポルサイト岩は塩酸（HCl）、硫酸（H₂O）などの強酸で溶解される。2 SO塩酸（4）、（HBr）、またはフッ化水素酸Cs）が沈殿する。4 SbCl7 )、ヨウ素塩化セシウム (Cs2ICl）、またはヘキサクロロ酢酸セシウム（Cs2 (CeCl6 )に沈殿した純粋な複塩を分解し、) 水を) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) に沈殿した純粋な複塩を分解し、純粋な CsCl を沈殿させる。
硫酸法では、不溶性の複塩が直接硫酸アルミニウム（CsAl(SO₄)₂）として得られる。4 )2・12時間2 O)。硫酸アルミニウムミョウバンを炭素酸化アルミニウムに変換され、得られた生成物を水で浸出するCs2 SO4つの解決策。 [ 13 ]
ポルサイトを炭酸カルシウムと塩化カルシウムで焙焼すると、不溶性のケイ酸カルシウムと可溶性の塩化セシウムが得られる。水または希アンモニア（NH₃）で浸出する。4 OH) は希薄塩化物 (CsCl) 溶液を生成する。この溶液を蒸発させて塩化セシウムを生成するか、セシウムミョウバンまたは炭酸セシウムに変換することができる。商業的には実現不可能だが、鉱石を真空中でカリウム、ナトリウム、またはカルシウムで直接還元してセシウム金属を直接生成することができる。 [ 13 ]
採掘されたセシウム（塩として）のほとんどは、ギ酸セシウム（HCOO⁻ ）に直接変換される。Cs +石油掘削などの用途向け。発展途上市場に供給するため、キャボット社は1997年にマニトバ州バーニック湖近くのタンコ鉱山に、年間12,000バレル（1,900 m 3 ）のギ酸セシウム溶液の生産能力を持つ生産工場を建設した。 [ 68 ]小規模で商業的に生産される主なセシウム化合物は、塩化セシウムと硝酸セシウムである。[ 69 ]
あるいは、鉱石から得られた精製化合物から金属セシウムを得ることもできる。塩化セシウムおよびその他のハロゲン化セシウムは、700～800 ℃（1,292～1,472 °F）でカルシウムまたはバリウムで還元され、その結果から金属セシウムが蒸留される。同様に、アルミン酸塩、炭酸塩、または水酸化物はマグネシウムで還元することができる。[ 13 ]
この金属は、溶融シアン化セシウム（CsCN）の電気分解によっても単離できる。極めて純度が高くガスを含まないセシウムは、アジ化セシウムCsNを390 ℃（734 °F）で熱分解することによって製造できる。 3は、硫酸セシウム水溶液とアジ化バリウムから生成できる。 [ 67 ]真空用途では、二クロム酸セシウムをジルコニウムと反応させて他の気体生成物なしに純粋な金属セシウムを生成することができる。 [ 69 ]
2009年の純度99.8%のセシウム（金属基準）の価格は約1グラムあたり10ドル（1オンスあたり280ドル）でしたが、化合物はそれよりもかなり安価です。[ 65 ]
1860年、ロベルト・ブンゼンとグスタフ・キルヒホフは、ドイツのデュルクハイムの鉱泉水からセシウムを発見した。発光スペクトルに明るい青色の線が現れたことから、彼らは「青みがかった灰色」を意味するラテン語のcaesiusからその名前を取った。[注2 ] [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]セシウムは、ブンゼンとキルヒホフがわずか1年前に発明した分光器で発見された最初の元素だった。 [ 16 ]
純粋なセシウムのサンプルを得るには、44,000リットル（9,700英ガロン、12,000米ガロン）の鉱水を蒸発させて、240キログラム（530ポンド）の濃縮塩溶液を得る必要がありました。アルカリ土類金属は硫酸塩またはシュウ酸塩として沈殿し、アルカリ金属は溶液中に残りました。硝酸塩に変換してエタノールで抽出した後、ナトリウムを含まない混合物が得られました。この混合物から、炭酸アンモニウムによってリチウムが沈殿しました。カリウム、ルビジウム、セシウムはクロロ白金酸と不溶性の塩を形成しますが、これらの塩は熱水での溶解度にわずかな違いがあり、溶解度の低いセシウムとルビジウムのヘキサクロロ白金酸塩（（Cs,Rb）2PtCl6 ）は分別結晶化によって得られました。ヘキサクロロ白金酸塩を水素で還元した後、炭酸塩のアルコールへの溶解度の違いを利用してセシウムとルビジウムを分離した。このプロセスにより、最初の44,000リットルの鉱水から9.2グラム（0.32オンス）の塩化ルビジウムと7.3グラム（0.26オンス）の塩化セシウムが得られた。 [ 71 ]
塩化セシウムから、2人の科学者は新元素の原子量を123.35（現在受け入れられている132.9と比較）と推定した。 [ 71 ]彼らは溶融塩化セシウムの電気分解によって単体セシウムを生成しようと試みたが、金属の代わりに、肉眼でも顕微鏡でも金属物質の痕跡が全く見られない青色の均質な物質を得た。その結果、彼らはそれを亜塩化物（Cs）と分類した。2 Cl) 実際には、生成物は金属と塩化セシウムのコロイド混合物であったと考えられます。 [ 73 ]水銀陰極を用いた塩化物水溶液の電気分解により、水溶液中で容易に分解するセシウムアマルガムが生成されました。 [ 71 ]純粋な金属は、スウェーデンの化学者カール・セッターバーグケクレとブンゼンと共に博士号取得の研究中に最終的に単離されました。 [ 72 ] 1882年、彼は塩化物の問題を回避するためシアン化セシウムを電気分解してセシウム金属を製造しました。 [ 74 ]
歴史的に見て、セシウムの最も重要な用途は、主に化学および電気分野における研究開発でした。1920年代にラジオ真空管で使用されるようになるまで、セシウムの用途はごくわずかでした。ラジオ真空管では、製造後に余分な酸素を除去するゲッターとして、また加熱された陰極のコーティングとして電気伝導率を高めるという2つの機能がありました。セシウムが高性能の工業用金属として認識されるようになったのは1950年代になってからです。[ 75 ]非放射性セシウムの用途には、光電セル、光電子増倍管、赤外分光光度計の光学部品、いくつかの有機反応の触媒、シンチレーションカウンターの結晶、磁気流体力学発電機などがあります。[ 13 ]セシウムは、二次イオン質量分析法（SIMS）における正イオン源としても使用されます。
1967年以来、国際単位系は時間の基本単位である秒をセシウムの特性に基づいて定めている。国際単位系（SI）は秒を次の期間と定義している。セシウム133の基底状態の2つの超微細エネルギー準位間の遷移に対応するスペクトル線のマイクロ波周波数で9,192,631,770サイクル。 [ 76 ] 1967年の第13回国際度量衡総会は、秒を次のように定義した。「「外部場の影響を受けない基底状態にあるセシウム133原子の超微細遷移によって吸収または放出されるマイクロ波光の9,192,631,770サイクル」
現在、非放射性セシウムの最大の用途は、石油採掘産業向けのギ酸セシウム掘削流体である。[ 13 ]ギ酸セシウム（ HCOO− ）の水溶液Cs +）水酸化セシウムとギ酸を反応させて作られる）は、1990年代半ばに油井の掘削および仕上げ液として開発されました。掘削液の機能は、ドリルビットを潤滑し、岩屑を地表に運び、井戸の掘削中に地層の圧力を維持することです。仕上げ液は、掘削後、生産開始前に圧力を維持することで、制御機器の設置を助けます。[ 13 ]
ギ酸セシウム塩水の高密度（最大 2.3 g/cm 3、または 1 ガロンあたり 19.2 ポンド）[ 77 ]と、ほとんどのセシウム化合物の比較的無害な性質が相まって、掘削流体中の毒性のある高密度懸濁固形物の必要量を削減します。これは、技術的、工学的、環境的に大きな利点です。他の多くの重液の成分とは異なり、ギ酸セシウムは比較的環境に優しいです。[ 77 ] ギ酸セシウム塩水は、ギ酸カリウムおよびギ酸ナトリウムと混合して、流体の密度を水と同じ（1.0 g/cm 3、または 1 ガロンあたり 8.3ポンド）まで下げることができます。さらに、生分解性があり、リサイクルも可能であるため、その高コスト（2001 年時点で 1バレルあたり 約 4,000 ドル）を考慮すると重要です。[ 78 ]アルカリギ酸塩は安全に取り扱うことができ、腐食性の代替品である高密度塩水（臭化亜鉛ZnBrなど）のように生産層や坑内金属を損傷しません。 2つの解決策）は、場合によってはそうであり、また、清掃の手間が少なく、廃棄コストも削減できます。 [ 13 ]
セシウム原子時計は、セシウム133原子の超微細構造における電磁遷移を基準点として利用します。最初の高精度セシウム時計は、1955年に英国国立物理研究所のルイ・エッセンによって製作されました。 [ 79 ]セシウム時計は過去半世紀にわたって改良され、「人類がこれまでに達成した単位の最も正確な実現」とみなされています。[ 76 ]これらの時計は、 10¹⁴分の2～3の誤差で周波数を測定し、これは1日あたり2ナノ秒、つまり140万年に1秒の精度に相当します。最新バージョンは10¹⁵分の1よりも精度が高く、約2000万年に1秒の精度です。[ 13 ]セシウム標準は、標準規格に準拠した時間と周波数測定の主要な標準です。[ 80 ]セシウム時計は、携帯電話ネットワークとインターネットのタイミングを制御します。[ 81 ]
2 は、記号 s で表される時間の SI 単位です。BIPMは2018 年の第 26 回会議でその定義を再確認しました。「[2 は]、セシウム 133 原子の摂動を受けていない基底状態超微細遷移周波数 ΔνCsの固定数値を次のように定義します。9 192 631 770 をHzの単位で表すと、s −1に等しくなります。[ 82 ]
セシウム蒸気熱電子発生器は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する低電力デバイスです。2電極真空管コンバータでは、セシウムが陰極付近の空間電荷を中和し、電流の流れを増強します。[ 83 ]
セシウムは、光を電子の流れに変換する光電子放出特性においても重要です。セシウムは光電セルに使用されます。これは、金属間化合物Kなどのセシウム系カソードが2 CsSb電子放出の閾値電圧が低い。 [ 84 ]セシウムを使用した光電子放出デバイスの範囲には光学文字認識デバイス、光電子増倍管、ビデオカメラ管。 [ 85 ] [ 86 ]しかしながら、ゲルマニウム、ルビジウム、セレン、シリコン、テルル、およびその他のいくつかの元素は、感光性材料においてセシウムの代わりに使用できる。 [ 13 ]
ヨウ化セシウム（CsI）、臭化セシウム（CsBr）、フッ化セシウム（CsF）の結晶は、鉱物探査や素粒子物理学研究でガンマ線やX線を検出するために広く用いられているシンチレーションカウンターのシンチレーターとして使用されています。セシウムは重元素であるため、優れた阻止能と高い検出性能を発揮します。セシウム化合物は、応答速度が速く（CsF）、吸湿性が低い（CsI）という特徴があります。
セシウム蒸気は多くの一般的な磁力計で使用されている。[ 87 ]
この元素は分光光度法の内部標準として使用されます。[ 88 ]他のアルカリ金属と同様に、セシウムは酸素との親和性が高く、真空管の「ゲッター」として使用されます。[ 89 ]この金属の他の用途には、高エネルギーレーザー、蒸気グローランプ、蒸気整流器などがあります。[ 13 ]
セシウムイオンの密度が高いため、塩化セシウム、硫酸セシウム、トリフルオロ酢酸セシウム（Cs(O2 CCF3 )) 分子生物学における密度勾配超遠心分離。 [ 90 ]この技術は主に、生物学的サンプルからのウイルス粒子、細胞内小器官および分画、核酸の分離に使用される。 [ 91 ]
セシウムを使用する化学用途は比較的少ない。[ 92 ]セシウム化合物をドーピングすると、アクリル酸、アントラキノン、エチレンオキシド、メタノール、無水フタル酸、スチレン、メタクリル酸メチルモノマー、およびさまざまなオレフィンなどの化学合成用のいくつかの金属イオン触媒の有効性が向上します。また、硫酸の製造において、二酸化硫黄を三酸化硫黄に触媒変換する際にも使用されます。[ 13 ]
フッ化セシウムは、有機化学において塩基[ 27 ]および無水フッ化物イオン源[ 93 ]としてニッチな用途で利用されている。セシウム塩は、環化、エステル化、重合などの有機合成において、カリウム塩やナトリウム塩の代替として用いられることがある。セシウムは、熱ルミネセンス放射線量測定（TLD）にも使用されている。放射線に曝されると結晶欠陥が生じ、加熱すると、受けた線量に比例した光を放出して元の状態に戻る。したがって、光電子増倍管で光パルスを測定することで、蓄積された放射線量を定量化することができる。
セシウム137は、産業用途でガンマ線放出体として一般的に使用される放射性同位体です。その利点としては、半減期が約30年であること、核燃料サイクルから入手できること、安定な最終生成物として137Baがあることなどが挙げられます。高い水溶性は欠点であり、食品や医療用品用の大型プール照射装置には適していません。 [ 94 ]農業、がん治療、食品、下水汚泥、手術器具の滅菌に使用されてきました。 [ 13 ] [ 95 ]放射線装置内のセシウムの放射性同位体は、医療分野で特定のがんの治療に使用されていましたが、[ 96 ]より優れた代替品の出現と、広範囲の汚染を引き起こす可能性のある水溶性塩化セシウムが線源に使用されたことにより、これらのセシウム線源の一部は徐々に使用されなくなりました。[ 97 ] [ 98 ]セシウム 137 は、水分計、密度計、水準計、厚さ計など、さまざまな工業用測定ゲージに使用されています。[ 99 ]また、岩盤の体積密度に相当する岩盤の電子密度を測定するための坑井検層装置にも使用されています。 [ 100 ]
セシウム137は、トリチウムを用いた研究と同様に水文学の研究に用いられてきた。1950年代から1980年代半ばにかけての核分裂爆弾実験の娘核種として、セシウム137は大気中に放出され、容易に溶液に吸収された。この期間における年ごとの変動が知られているため、土壌や堆積層との相関関係を調べることができる。セシウム134、そして程度は低いもののセシウム135も、原子力産業によるセシウム排出量を測定するために水文学で用いられてきた。セシウム133やセシウム137ほど一般的ではないが、これらの指標となる同位体は人為的な発生源からのみ生成される。[ 101 ]
セシウムと水銀は、非常に長い惑星間または惑星外ミッションでの宇宙船推進用に設計された初期のイオンエンジンの推進剤として使用されました。燃料は、帯電したタングステン電極との接触によってイオン化されました。しかし、宇宙船コンポーネントに対するセシウムの腐食により、地上でのテストで扱いやすく、宇宙船への潜在的な損傷が少ないキセノンなどの不活性ガス推進剤の開発が進められました。 [ 13 ]キセノンは、 1998年に打ち上げられた実験宇宙船ディープスペース1で使用されました。 [ 102 ] [ 103 ]それにもかかわらず、セシウムなどの液体金属イオンを加速する電界放出電気推進スラスタが製造されています。[ 104 ]
硝酸セシウムは、近赤外線スペクトルで多くの光を発するため、LUU-19フレア[106]などの赤外線フレア[105]でシリコンを燃焼させるための酸化剤および花火着色剤として使用されます。[107] セシウム化合物は、ロッキードA - 12 CIA偵察機の排気プルームのレーダー反射を低減するための燃料添加剤として使用された可能性があります。[ 108 ]セシウムとルビジウムは、電気伝導率を低下させ、光ファイバーや暗視装置の安定性と耐久性を向上させるため、炭酸塩としてガラスに添加されています。フッ化セシウムまたはフッ化アルミニウムセシウムは、マグネシウムを含むアルミニウム合金のろう付け用に配合されたフラックスに使用されます。[ 13 ]
磁気流体力学（MHD）発電システムが研究されたが、広く受け入れられることはなかった。[ 109 ]また、セシウム金属は高温ランキンサイクルターボ発電機の作動流体としても検討されている。[ 110 ]
セシウム塩は、ヒ素系薬剤投与後の抗ショック剤として評価されてきた。しかし、心拍リズムへの影響があるため、カリウム塩やルビジウム塩ほど使用される可能性は低い。また、てんかんの治療にも使用されている。[ 13 ]
セシウム133はレーザー冷却が可能で、量子物理学における基礎的および技術的な問題を調査するために使用できます。特にフェッシュバッハスペクトルが都合よく、調整可能な相互作用を必要とする超低温原子の研究を可能にします。[ 111 ]
非放射性セシウム化合物は毒性が軽度であり、非放射性セシウムは重大な環境ハザードではありません。生化学的プロセスによってセシウムがカリウムと混同され置換される可能性があるため、過剰なセシウムは低カリウム血症、不整脈、急性心停止を引き起こす可能性がありますが、そのような量は通常、天然源では見られません。[ 114 ] [ 115 ]
マウスにおける塩化セシウムの半数致死量（LD 50）は2.3 g/kgであり、これは塩化カリウムおよび塩化ナトリウムのLD 50値に匹敵する。[ 116 ]非放射性セシウムの主な用途は、石油掘削流体中のギ酸セシウムとしてであり、これは代替品よりも毒性がはるかに低いが、コストが高い。[ 77 ]
元素セシウムは最も反応性の高い元素の一つであり、水が存在すると非常に爆発性が高い。反応によって生成された水素ガスは、同時に放出される熱エネルギーによって加熱され、発火して激しい爆発を引き起こす。これは他のアルカリ金属でも起こり得るが、セシウムは非常に強力なため、冷水でもこの爆発反応が引き起こされる可能性がある。[ 13 ]
セシウムは非常に発火性が高く、自己発火温度は-116 ℃（-177 °F）で、空気中で爆発的に発火して水酸化セシウムと様々な酸化物を生成します。水酸化セシウムは非常に強い塩基であり、ガラスを急速に腐食させます。[ 17 ]
同位体134と137は、人間の活動により生物圏に少量存在し、その量は場所によって異なります。放射性セシウムは、他の核分裂生成物（放射性ヨウ素や放射性ストロンチウムなど）ほど容易に体内に蓄積されません。吸収された放射性セシウムの約10%は、汗や尿によって比較的速やかに体外に排出されます。残りの90%の生物学的半減期は50～150日です。[ 117 ]放射性セシウムはカリウムに追随し、果物や野菜を含む植物組織に蓄積する傾向があります。[ 118 ] [ 119 ] [ 120 ]植物はセシウムの吸収に関して大きく異なり、時にはセシウムに対して強い抵抗性を示すことがあります。また、汚染された森林のキノコが菌類の胞子果に放射性セシウム（セシウム137）を蓄積することもよく知られています。[ 121 ]チェルノブイリ原発事故後、湖沼におけるセシウム137の蓄積が大きな懸念事項となっている。[ 122 ] [ 123 ]犬を用いた実験では、1キログラムあたり3.8ミリキュリー（140 MBq、セシウム137 4.1 μg）の単回投与で3週間以内に致死量となることが示された。[ 124 ]より少量では不妊症や癌を引き起こす可能性がある。[ 125 ]国際原子力機関やその他の情報源は、セシウム137などの放射性物質が放射性物質散布装置、いわゆる「汚い爆弾」に使用される可能性があると警告している。[ 126 ]
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