セシウムは、原子番号55の元素で、アルカリ金属。物理的・化学的性質は、同じくアルカリ金属のカリウムやルビジウムと似ている。
セシウムの基本情報
| 和名 | セシウム |
|---|---|
| 英名 | C(a)ecium |
| 語源 | ラテン語「青空(caesius)」 |
| 元素記号 | Cs |
| 原子番号 | 55 |
| 原子量 | 132.9 |
| 常温（25℃）での状態 | 固体（金属） |
| 色 | 銀白色 |
| 臭い | ー |
| 密度 | 1.873 g/cm3（20℃） |
| 融点 | 28.44℃ |
| 沸点 | 671℃ |
| 発見者 | キルヒホフ, ブンゼン（ドイツ）[1860年] |
| 含有鉱物 | ポルクス石 |
セシウムの主な特徴
- 原子番号55のアルカリ金属元素で、周期表第1族に属す
- 常温では銀白色の柔らかい金属で、空気中や水と非常に激しく反応し、自然発火性を示すほど反応性が高い元素
- 融点は28.5℃と極めて低く、ほぼ室温で液体になることもある
- 原子量は132.91で、最も電気陽性度が高い元素の一つとされ、電子1個を非常に放出しやすい性質を持つ
セシウムの歴史
発見
セシウムは1860年、ドイツの化学者ローベルト・ブンゼンとグスタフ・キルヒホフによって、分光分析法を用いて鉱泉水から発見されました。
発見されたとき、そのスペクトル線に明るい青色が見られたことが特徴です。
名前の由来
「セシウム（Cesium）」の語源はラテン語で「空のように青い」を意味するcaesiusに由来し、発見時に観測されたスペクトルの明青色の線にちなんで命名されました。
ヨウ素の主な用途
セシウムは高い反応性や電子物性を活かし、以下のような先端分野に利用されています：
- 原子時計： セシウム133の遷移周波数を基準とする「セシウム原子時計」は、国際秒（SI秒）の定義にも用いられる
- 真空管・光電子倍増管： セシウムの低仕事関数を活かし、光電効果を高める材料として利用
- 石油探査： CsCl水溶液などを用いた地震探査における高密度液体として使用
- イオン推進装置： 宇宙空間でのイオンエンジン用の燃料源として過去に研究された（現在はキセノンが主流）
- 化学触媒： セシウム塩（Cs₂CO₃など）は有機合成において特異な塩基として機能する
ヨウ素の生成方法
セシウムは自然界に遊離金属としては存在せず、以下のような鉱石から得られます：
- ポルサイト（pollucite, CsAlSi₂O₆）： カナダなどで産出される主鉱石で、アルミノケイ酸塩鉱物
- 精製法： ポルサイトを加熱し、酸または塩基で分解、さらに電気分解や金属還元によって純粋なセシウム金属を得る
高純度なセシウムは、アルゴンなどの不活性雰囲気下で密閉容器に保管されます。
ヨウ素を含む化合物
セシウムは主に+1価で安定し、代表的な化合物には以下があります：
- CsCl（塩化セシウム）： 生化学分析、電解液、高密度液として使用
- Cs₂CO₃（炭酸セシウム）： 有機合成における塩基・炭酸塩反応に使用
- CsNO₃（硝酸セシウム）： 光学材料や分析試薬
- CsPbBr₃（ペロブスカイト材料）： 太陽電池やLEDで注目される次世代半導体
- 放射性セシウム（Cs-137）： 原子力事故で知られる核分裂生成物。強い放射線源として医療や工業でも使用
ヨウ素に関わる研究事例
セシウムは物理・化学・材料科学の最先端で以下のような研究に利用されています：
- ペロブスカイト太陽電池： Csを含むハイブリッド材料が高効率・高安定性を実現
- 超高精度時計： セシウム原子時計の改良と光格子時計への移行研究
- 放射性廃棄物管理： Cs-137の長期封じ込め・吸着材（ゼオライトや粘土鉱物）の開発
- 分子軌道計算： Csの重元素効果を活かした量子化学計算に基づく遷移状態設計
- 電解液設計： Cs+の溶媒和・輸送特性を考慮した電池電解液の設計
参考図書
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