セシウム(Cs)はcaesiumとも表記され、周期表の第1族(Ia族とも呼ばれる)、アルカリ金属群に属する化学元素で、ドイツの科学者Robert BunsenとGustav Kirchhoffによって分光学的に発見された最初の元素(1860年)であり、スペクトルの独特の青い線(ラテン語でcaesius、「空色」)から命名された。

セシウム
セシウム

セシウムの性質

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元素の周期表のコンセプトアート。
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周期表の118の名前と記号クイズ
周期表は118の元素で構成されています。 あなたはそれらの記号をどのくらい知っていますか?

この金色に輝く銀色の金属は、すべての金属の中で最も反応性が高く、最も柔らかい金属の1つです。

金色に輝く銀色の金属で、金属の中で最も反応しやすく、最も柔らかい金属の一つです。 セシウムは鉛の約半分、銀の約70倍も存在する。 セシウムは、地殻の中ではポーリュサイト、ローディザイト、レピドライトという鉱物に微量(7ppm)に含まれています。 ポルーサイト(Cs4Al4Si9O26・H2O)は、石英に似たセシウムを多く含む鉱物である。 純度ベースで40.1%のセシウムを含み、不純なサンプルは通常、手作業による選別法で25%以上のセシウムに分離されます。 ジンバブエやカナダのマニトバ州バーニック湖のリチウム含有ペグマタイトで大規模なポールーサイト鉱床が発見されている。

純粋なセシウムの生産に伴う主な困難は、セシウムが自然界では常にルビジウムと一緒に存在し、他のアルカリ金属とも混ざっていることです。 セシウムとルビジウムは化学的に非常によく似ているため、イオン交換法やクラウンエーテルなどのイオン特有の錯化剤が登場するまでは、その分離には多くの問題があった。

セシウムは、シアン化セシウムとシアン化バリウムの溶融混合物を電気分解する方法や、金属ナトリウムで塩を還元した後に分留する方法などで分離することができます。 セシウムは冷水と爆発的に反応し、酸素と容易に結合するため、真空管の中では、密封時に管内に閉じ込められた酸素やその他のガスの痕跡を消すための「ゲッター」として使用されている。 真空管内の酸素のゲッターとして必要な、非常に純度の高い無ガスのセシウムは、アジ化セシウム(CsN3)を真空中で加熱することで、必要に応じて製造することができる。 セシウムは光電性が強いため、光電セル、光電子増倍管、シンチレーションカウンター、分光光度計などに使用されている。 また、赤外線ランプにも使用されている。

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金属セシウムは比較的高価であるため、生産量はかなり限られています。

金属セシウムの用途としては、原子炉内で直接発電する熱電変換器や、放射性物質の崩壊によって発生する熱を利用したものがあります。

原子セシウムは、世界の標準時である「セシウム時計」に使われている。

原子セシウムは、世界の時間基準であるセシウム時計に採用されている。セシウム133という同位体が発するマイクロ波のスペクトル線は、9,192,631,770ヘルツ(1秒あたりの周期)の周波数を持つ。 これが時間の基本単位となる。 セシウム時計は、140万年に1秒の信頼性を持つほど安定した正確な時計である。 コロラド州ボルダーにあるNIST-F1のような一次標準セシウムクロックは、鉄道のフラットカーと同じくらいの大きさである。

セシウム原子時計
セシウム原子時計

セシウム原子時計.

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天然に存在するセシウムは非放射性同位体のセシウム-133のみで構成されていますが、セシウム-123からセシウム-144までの放射性同位体が多数用意されています。 セシウム137は、半減期が30.17年と長いため、医療や工業用の放射線治療に有用である。 しかし、放射性降下物の主成分であり、プルトニウムなどの濃縮核燃料を製造する際に発生する廃棄物でもあるため、環境への影響が懸念されています。 テネシー州オークリッジにあるオークリッジ国立研究所や、ワシントン州リッチランドにある米国エネルギー省のハンフォード・サイトなどの核兵器製造施設の汚染された土壌から放射性セシウムを取り除くことは、大規模なクリーンアップ作業である。 金属サンプルの表面積が十分に大きければ、燃焼してスーパーオキサイドを形成することができます。 セシウムのスーパーオキサイドは、より赤みを帯びた色をしています。

セシウムは最も電気陽性で最もアルカリ性の元素であるため、他のすべての元素よりも容易に1価の電子を失い、ほぼすべての無機および有機の陰イオンとイオン結合を形成します。 陰イオンのCs-も調製されている。 水酸化物アニオン(OH-)を含む水酸化セシウム(CsOH)は、既知の最強の塩基であり、ガラスをも攻撃する。 セシウム塩の中には、ミネラルウォーターを作るのに使われるものもある。 セシウムは多くの水銀アマルガムを形成する。

ルビジウムとセシウムはすべての割合で混ざり合い、完全な固体溶解性を持ち、融点は最低でも9℃に達します。

元素の特性

原子番号

原子重量

融点

28.44 °C (83.19 °F)

沸点

671 °C (1,240 °F)

比重

1.873(20℃)

酸化状態

+1、-1(まれ)

電子配置

2-8-18-8-1または6s1

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