Cesio (Cs), scritto anche cesio, elemento chimico del gruppo 1 (chiamato anche gruppo Ia) della tavola periodica, il gruppo dei metalli alcalini, e il primo elemento ad essere scoperto spettroscopicamente (1860), dagli scienziati tedeschi Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff, che lo chiamarono per le uniche linee blu del suo spettro (latino caesius, “blu cielo”).
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Questo metallo argenteo con una colata d’oro è il più reattivo e uno dei più morbidi di tutti i metalli. Fonde a 28,4 °C (83,1 °F), appena sopra la temperatura ambiente. È circa la metà più abbondante del piombo e 70 volte più abbondante dell’argento. Il cesio si presenta in quantità minime (7 parti per milione) nella crosta terrestre nei minerali pollucite, rodizite e lepidolite. La pollucite (Cs4Al4Si9O26∙H2O) è un minerale ricco di cesio simile al quarzo. Contiene il 40,1% di cesio su una base pura, e i campioni impuri sono ordinariamente separati con metodi di selezione manuale a più del 25% di cesio. Grandi depositi di pollucite sono stati trovati nello Zimbabwe e nelle pegmatiti contenenti litio a Bernic Lake, Manitoba, Canada. La rodizite è un minerale raro che si trova in basse concentrazioni nella lepidolite e in salamoie e depositi salini.
La difficoltà principale associata alla produzione di cesio puro è che il cesio si trova sempre insieme al rubidio in natura ed è anche mescolato con altri metalli alcalini. Poiché il cesio e il rubidio sono molto simili chimicamente, la loro separazione presentava numerosi problemi prima dell’avvento dei metodi di scambio ionico e degli agenti complessanti specifici per lo ione come gli eteri della corona. Una volta che i sali puri sono stati preparati, è un compito semplice convertirli al metallo libero.
Il cesio può essere isolato per elettrolisi di una miscela di cianuro di cesio/bario fuso e con altri metodi, come la riduzione dei suoi sali con sodio metallico, seguita da distillazione frazionata. Il cesio reagisce in modo esplosivo con acqua fredda; si combina facilmente con l’ossigeno, quindi è usato nei tubi a vuoto come “getter” per eliminare le tracce di ossigeno e altri gas intrappolati nel tubo quando è sigillato. Il cesio molto puro senza gas necessario come “getter” per l’ossigeno nei tubi a vuoto può essere prodotto come necessario riscaldando l’azide di cesio (CsN3) nel vuoto. Poiché il cesio è fortemente fotoelettrico (perde facilmente elettroni quando colpito dalla luce), è usato in cellule fotoelettriche, tubi fotomoltiplicatori, contatori a scintillazione e spettrofotometri. È anche usato nelle lampade a infrarossi. Poiché l’atomo di cesio può essere ionizzato termicamente e gli ioni caricati positivamente accelerati a grandi velocità, i sistemi al cesio potrebbero fornire velocità di scarico straordinariamente elevate per motori a propulsione al plasma per l’esplorazione dello spazio profondo.
Il cesio metallico è prodotto in quantità piuttosto limitate a causa del suo costo relativamente alto. Il cesio ha un’applicazione nei convertitori di potenza termoionica che generano elettricità direttamente nei reattori nucleari o dal calore prodotto dal decadimento radioattivo. Un’altra potenziale applicazione del cesio metallico è nella produzione di una lega eutettica NaKCs a bassa fusione.
Il cesio atomico è impiegato nello standard mondiale del tempo, l’orologio al cesio. La linea spettrale a microonde emessa dall’isotopo cesio-133 ha una frequenza di 9.192.631.770 hertz (cicli al secondo). Questo fornisce l’unità fondamentale del tempo. Gli orologi al cesio sono così stabili e precisi che sono affidabili fino a 1 secondo in 1,4 milioni di anni. Gli orologi al cesio standard primari, come il NIST-F1 a Boulder, Colo, sono grandi quanto un vagone ferroviario. Gli standard secondari commerciali hanno le dimensioni di una valigia.
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Il cesio naturale consiste interamente nell’isotopo non radioattivo cesio-133; un gran numero di isotopi radioattivi dal cesio-123 al cesio-144 sono stati preparati. Il cesio-137 è utile in radiologia medica e industriale a causa della sua lunga emivita di 30,17 anni. Tuttavia, come componente principale del fallout nucleare e come prodotto di scarto lasciato dalla produzione di plutonio e altri combustibili nucleari arricchiti, presenta un pericolo ambientale. La rimozione del cesio radioattivo dal suolo contaminato nei siti di produzione di armi nucleari, come l’Oak Ridge National Laboratory a Oak Ridge, Tennessee, e il sito Hanford del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti vicino a Richland, Washington, è un grande sforzo di pulizia.
Il cesio è difficile da gestire perché reagisce spontaneamente nell’aria. Se un campione di metallo ha una superficie abbastanza grande, può bruciare per formare superossidi. Il superossido di cesio ha un colore più rossastro. Cs2O2 può essere formato dall’ossidazione del metallo con la quantità necessaria di ossigeno, ma altre reazioni del cesio con l’ossigeno sono molto più complesse.
Il cesio è l’elemento più elettropositivo e più alcalino, e quindi, più facilmente di tutti gli altri elementi, perde il suo singolo elettrone di valenza e forma legami ionici con quasi tutti gli anioni inorganici ed organici. L’anione Cs- è stato anche preparato. L’idrossido di cesio (CsOH), contenente l’anione idrossido (OH-), è la base più forte conosciuta, attaccando anche il vetro. Alcuni sali di cesio sono usati per fare acque minerali. Il cesio forma un certo numero di amalgami di mercurio. A causa dell’aumentato volume specifico del cesio, rispetto ai metalli alcalini più leggeri, c’è una minore tendenza a formare sistemi di lega con altri metalli.
Il rubidio ed il cesio sono miscibili in tutte le proporzioni ed hanno una completa solubilità solida; si raggiunge un punto di fusione minimo di 9 °C (48 °F).
28.44 °C (83,19 °F)
671 °C (1.240 °F)
1.873 (a 20 °C, o 68 °F)
+1, -1 (raro)
2-8-18-18-8-1 o 6s1