「セシウム」の版間の差分

外見
	黄色がかった銀色;
一般特性
名称, 記号, 番号	セシウム, Cs, 55
分類	アルカリ金属
族, 周期, ブロック	1, 6, s
原子量	132.9054519(2)
電子配置	[Xe] 6s1
電子殻	2, 8, 18, 18, 8, 1（画像）
物理特性
相	固体
密度（室温付近）	1.93 g/cm3
融点での液体密度	1.843 g/cm3
融点	301.59 K, 28.44 °C, 83.19 °F
沸点	944 K, 671 °C, 1240 °F
臨界点	1938 K, 9.4 MPa
融解熱	2.09 kJ/mol
蒸発熱	63.9 kJ/mol
熱容量	(25 °C) 32.210 J/(mol·K)
蒸気圧
原子特性
酸化数	1; (強塩基性酸化物)
電気陰性度	0.79（ポーリングの値）
イオン化エネルギー	第1： 375.7 kJ/mol
	第2： 2234.3 kJ/mol
	第3： 3400 kJ/mol
原子半径	265 pm
共有結合半径	244±11 pm
ファンデルワールス半径	343 pm
その他
結晶構造	体心立方構造
磁性	常磁性
電気抵抗率	(20 °C) 205 Ω⋅m
熱伝導率	(300 K) 35.9 W/(m⋅K)
熱膨張率	(25 °C) 97 μm/(m⋅K)
ヤング率	1.7 GPa
体積弾性率	1.6 GPa
モース硬度	0.2
ブリネル硬度	0.14 MPa
CAS登録番号	7440-46-2
主な同位体
	詳細はセシウムの同位体を参照
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2011年4月25日 (月) 15:43時点における版

セシウム (caesium、英語発音: [ˈsiːziəm] スィージアム) は原子番号55の元素で、元素記号は Cs である。軟らかく、黄色がかった銀色のアルカリ金属である。融点は 28 °C で、常温付近で液体状態をとる5つの金属元素のうちの1つである^{[注 1]}。セシウムの化学的・物理的性質は、他のアルカリ金属のルビジウムやカリウムと似ている。この金属は水と -116 °C で反応するほど反応性に富み、自然発火する。安定同位体を持つ元素の中で、最小の電気陰性度を持つ。セシウムの安定同位体はセシウム133のみである。セシウムのほとんどはポルックス石(ポルサイト)から得られるが、セシウム137などの放射性同位体は原子炉の廃棄物から抽出される。

2人のドイツ人化学者、ロベルト・ウィルヘルム・ブンゼンとグスタフ・キルヒホフは、1860年に当時の新技術である炎光分光分析（英語版）を使って鉱泉からセシウムを発見した。最初の応用先は真空管や光電素子のゲッター（英語版）であった。1967年、セシウム133の発光スペクトルの比振動数が国際単位系の秒の定義に選ばれた。それ以来、セシウムは原子時計として広く使われている。

1990年代以降のセシウムの最も大きな応用先は、ギ酸セシウムを使った掘穿泥水（英語版）である。エレクトロニクスや化学の分野でも、電力の生産などのさまざまな応用がある。放射性同位体であるセシウム137は、30年の半減期を持ち、医療技術、工業用計量器、水文学などに応用されている。この元素の有毒性はわずかだが、その放射性同位体は体内被曝を引き起こす。

特徴

物理的性質

セシウムは非常に軟らかく（全ての元素の中で最小のモース硬度を持つ）、延性に富む銀白色の金属である。少しでも酸素が存在すると金色を帯びてくる^[4]^[5]。融点は 28.4 °C で、常温付近で液体である5つの元素のうちの1つである。水銀はセシウムより融点が低い唯一の金属である^{[注 2]}^[7]。加えて、金属としてはかなり低い沸点 641 °C を持ち、これは水銀を除けば全ての金属の中で最も低い値である^[8]。化合物が燃焼するとき、青色の炎を伴う^[9]。

セシウムは他のアルカリ金属や金と合金をつくり、水銀とアマルガムをつくる。650 °C 以下では、コバルト、鉄、モリブデン、プラチナ、タンタル、タングステンとも合金をつくる。アンチモン、ガリウム、インジウム、トリウムとは、明瞭な金属間化合物をつくり、これは感光性（英語版）である^[4]。リチウム以外の他のアルカリ金属と混ざり、モル濃度で 41％のセシウム、47％のカリウム、12％のナトリウムからなる合金は、すべての合金の中で最低の融点 (-78 °C) を持つ^[7]^[10]。いくつかのアマルガムが研究されていて、CsHg₂ は紫色の光沢をもつ黒色物質で、CsHg は同じような光沢を持つ金色の物質である^[11]。

化学的性質

冷水に少量の金属セシウムを加えると爆発する。外部リンクも参照。

金属セシウムは非常に反応性に富み、自然発火しやすい。また、低温でも水と爆発的に反応し、他のアルカリ金属よりこの傾向が強い^[4]。固体状態の水とは、-116 °C でも反応する^[7]。高い反応性により、金属セシウムは消防法で危険物に指定されている。保存や運送は、乾燥状態で鉱物油のような炭化水素で満たして行う。同様の理由で、取り扱う際はアルゴンや窒素などの不活性ガスの下で行わなければならない。真空で密閉されたホウケイ酸ガラスのアンプルで保存できる。100 g 以上のセシウムは、ステンレス製の容器に密閉されて輸送される^[4]。

セシウムの化学的性質は他のアルカリ金属、特にルビジウムと似ている^[12]。ほかの（放射性でない）アルカリ金属に比べて、原子量が大きくて電気的に陽性なので、いくつかの小さな違いが生ずる^[13]。セシウムは、安定同位体の中では最も電気的に陽性なものである^{[注 3]}^[7]セシウムイオンは軽いアルカリ金属のイオンに比べて、より大きく、軟らかい。

化合物

→「Category:セシウムの化合物」も参照

多くのセシウムの化合物は、セシウムを Cs⁺ カチオンとして持っており、これがさまざまなアニオンとイオン結合している。例外として、アルカリドである Cs^- アニオンを含むものがある^[15]。他の例外は、亜酸化物で見られる。

ほとんどの Cs⁺ の塩は、アニオンが有色でない限り無色である。吸湿性であるものが多いが、他の軽いアルカリ金属の塩では少ない。セシウムの酢酸塩、炭酸塩、酸化物、硝酸塩、硫酸塩は水に可溶である。複塩の多くはあまり水に溶けないので、硫酸アルミニウムセシウムは鉱石からセシウムを精製するのに利用される。アンチモン、ビスマス、カドミウム、銅、鉄、鉛との複塩 (たとえば CsSbCl₄) も難溶性である^[4]。

水酸化セシウムは吸湿性の強塩基性物質である^[12]。これはシリコンなどの半導体の表面をすみやかにエッチングする^[16]。以前は、Cs⁺ と OH^- の相互作用が小さいことから、CsOH は最も強い塩基であると考えられていた^[9]。しかし、N-ブチルリチウムやナトリウムアミドをはじめ、CsOH より塩基性が強い化合物はたくさんある^[12]。

ヨウ化セシウム (CsI) は、エックス線蛍光倍増管・ガンマ線検出用単結晶に用いられる。

錯体

全ての金属陽イオンのように、Cs⁺は溶液中でルイス塩基と反応して錯体を形成する。セシウムのサイズは非常に大きいため、セシウムは通常6配位より多い配位数を取り、それはセシウムよりも軽い他の典型的なアルカリ金属元素の陽イオンとは異なっている。この傾向は、8配位を取る塩化セシウムによって既に明らかであり（塩化セシウム型構造）、他のアルカリ金属の塩化物が塩化ナトリウム型構造を取るのと対照的である。その高い配位数と柔らかさ（共有結合を作りやすい傾向）は、セシウムイオンを他の陽イオンから分離するための基礎であり、放射性の¹³⁷Cs⁺を大量の非放射性のカリウムイオン中から分離するために用いられるなど、核廃棄物の改善において研究が重ねられている^[17]。

ハロゲン化合物

塩化セシウムの結晶は単純な立方晶系である。「塩化セシウム型構造」^[13]と呼ばれるこの構造は、塩素原子が立方格子の角の部分に位置し、セシウム原子が立方格子の中央のホールに位置するような、2種の原子からなる8配位の単純な立方格子から成っている。この構造は臭化セシウム (CsBr)やヨウ化セシウム (CsI)、その他多くのセシウムを含まない化合物と共有される。対照的に、他のアルカリ金属類のハロゲン化物は塩化ナトリウム型構造を取る^[13]。塩化セシウム型構造は、Cs⁺のイオン半径が174ピコメートル、Cl^-のイオン半径が181ピコメートルと近い大きさであるために形成される^[18]。

酸化物

セシウムは他のアルカリ金属元素よりさらに多くの酸素との二元化合物を形成する。セシウムが空気中で燃焼する際、超酸化物のCsO₂が主に生成物する^[19]。「通常の」セシウム酸化物であるCs₂Oは黄色からオレンジ色をした六方晶であり^[20]、唯一の逆塩化カドミウム型構造を取る酸化物である^[21]。250度で蒸発し、400度で金属セシウムと過酸化物Cs₂O₂に分解する^[22]。過酸化物およびオゾン化物CsO₃^[23]^[24]を除いて、いくつかの明るい色をした亜酸化物についても研究されている^[25]。これらはCs₇O、Cs₄O、Cs₁₁O₃、Cs₃O（暗緑色^[26]）、CsO、Cs₃O₂^[27]ならびにCs₇O₂が含まれる^[28]^[29]。これらの酸化物と対になった硫化物、セレン化物およびテルル化物も存在する^[4]。

同位体

→詳細は「セシウムの同位体」を参照

セシウムは112から151までの幅の質量数（すなわち、原子核中の核子数）を持つ39個の既知の同位体を有する。これらの内のいくつかは、古い星の中での遅い中性子捕獲プロセス（s過程）^[30]ならびに超新星爆発内（R過程）で軽い元素から合成される^[31]。しかしながら、唯一の安定同位体は78個の中性子を持つ¹³³Csのみである。それは大きなスピン角運動量を持ち (7/2+)、核磁気共鳴の研究は、11.7メガヘルツの共鳴振動数において、この同位体を用いて行われる^[32]。

A graph showing the energetics of caesium-137 (nuclear spin: I=7/2+, half-life of about 30 years) decay. With a 94.6% probability, it decays by a 512 keV beta emission into barium-137m (I=11/2-, t=2.55min); this further decays by a 662 keV gamma emission with an 85.1% probability into barium-137 (I=3/2+). Alternatively, caesium-137 may decay directly into barium-137 by a 0.4% probability beta emission. — ¹³⁷Csの崩壊

放射性同位体である¹³⁵Csは230万年という非常に長い半減期を有しており、¹³⁷Csおよび¹³⁴Csはそれぞれ30年および2年という半減期である。¹³⁷Csはベータ崩壊によって短命な^137mBaに壊変し、その後非放射性のバリウムとなる。¹³⁴Csは直接¹³⁴Baに壊変する。質量数129、131、132および136の同位体は、半減期が1日から2週間の間であり、他の大部分の同位体の半減期は2、3秒から数分の1秒である。少なくとも21種類の準安定な核異性体が存在する。3時間未満の半減期を持つ^134mCs以外は非常に不安定で、2、3分以下の半減期で崩壊する^[33]^[34]。

同位体元素の¹³⁵Csは、ウランの核反応によって生成する長寿命核分裂生成物の一つである^[35]。しかしながら、¹³⁵Csの前駆体の¹³⁵Xeが非常に強力な中性子毒であり、また、しばし¹³⁵Csに壊変する前に安定同位体である¹³⁶Xeに変わるため、たいていの原子炉においてその核分裂収量は減少する^[36]^[37]。

¹³⁷Csは^137mBaへとベータ崩壊するため、ガンマ線の強い発生源である^[38]。 ¹³⁵Csは⁹⁰Srと同様に主要な中寿命核分裂生成物となる。これらは使用済み核燃料の放射能の原因となり、使用後、数年から最高で数100年間の冷却を必要とする^[39]。例えば、¹³⁵Csと⁹⁰Srは現在、チェルノブイリ原子力発電所事故の周囲の地域で発生している放射能の発生源の大部分を占めている^[40]。¹³⁷Csは中性子の捕獲率が低いため、中性子捕獲による¹³⁷Cの処理ができず、その結果、崩壊することを許容する必要がある^[41]。

ほとんど全てのセシウムは、ヨウ素やキセノンの様々な同位体元素を経由して、始めのものよりも中性子が豊富になった核分裂生成物のベータ崩壊に由来する核分裂によって生成される^[42]。ヨウ素およびキセノンは揮発性であるため、核燃料や空気を通じて拡散され、放射性セシウムはしばし初めに核分裂した場所から離れたところで生成される^[43]。およそ1945年頃から核兵器の実験が始まり、¹³⁷Csは空気中に放出され、放射性降下物の構成物質として地表に降り注いだ^[4]。

人工的に作られる（ウランの核分裂により生ずる）セシウム137は、半減期30.07年の放射性同位体である。医療用の放射線源に使われるが、体内に入ると血液の流れに乗って腸や肝臓にベータ線とガンマ線を放射し、カリウムと置き換わって筋肉に蓄積したのち、腎臓を経て体外に排出される。セシウム137は、体内に取り込まれてから体外に排出されるまでの100日から200日にわたってベータ線とガンマ線を放射し、体内被曝の原因となるため大変危険である。セシウム137に汚染された空気や飲食物を摂取することで、体内に取り込まれる。なお、ヨウ素剤を服用してもセシウム137の体内被曝を防ぐことはできない。1987年には、ブラジルのゴイアニアで廃病院からセシウム137が盗難に遭った上、光るセシウム137の塊に魔力を感じた住民が体に塗ったり飲んだりしたことで250人が被曝、4人が死亡する大規模な被曝事件が発生している（ゴイアニア被曝事故）。

生物濃縮

植物(農作物)での移行係数(TF)は、農作物中濃度(Bq) / 土壌中濃度(Bq)で表される。カリウム(K)と似た挙動示すとされているが、動物と植物での挙動は異なる。

植物

植物の種類及び核種により移行係数は異なる。イネ、ジャガイモ、キャベツを試料とした研究によれば、安定同位体のセシウム133と比較すると放射性のセシウム137(¹³⁷Cs)は植物に移行しやすい。米では胚と糠層のセシウム濃度が高く、キャベツでは外縁部のセシウムおよびストロンチウム(Sr)濃度が高くなることが報告されている^[44]。

菌類

降下した放射性物質が土壌の表層に多く存在するため、表層の物質を主な栄養源とする菌類の種では植物と比較すると、特異的に高い濃縮度を示すものがあり、野生のアンズタケ（Cantharellus cibarius ）など一部のキノコでは、セシウム137¹³⁷Csの生物濃縮が行われ周囲の植物より高濃度に蓄積することが知られている^[45]。また、屋外で人工栽培されるシイタケやマイタケでも濃度が高くなる傾向があることが報告されている^[46]。

魚類

主に軟組織に広く取り込まれ分布し、生物濃縮により魚食性の高い魚種（カツオ、マグロ、タラ、スズキなど）での高い濃縮度を示すデータが得られているが、底生生物を主な餌とする魚種（カレイ、ハタハタ、甲殻類、頭足類、貝類）では比較的濃縮度は低い。また大型の魚種ほど、濃縮度が高くなる事が示唆されている。若い魚及び高水温域に生息する魚ほど、代謝が良く排出量が多くなるため蓄積量は少ないと考えられている。体内に取り込まれる経路は、餌がほとんどであるが、鰓を通じて直接取り込まれれる経路もあるが、それぞれの経路の比率に付いてのデータは不足している^[47]。

用途

セシウム133はセシウム原子時計に使われる。放射性同位体のセシウム137はコバルト60と同様に強いガンマ線を発するのでガンマ線照射用の線源として用いられる重要な放射性同位体である。

歴史

1860年、ドイツの化学者グスターフ・ロベルト・キルヒホッフとロベルト・ウィルヘルム・ブンゼンがセシウムを含む鉱泉を熱して分光分析を行い発見し、スペクトルが青色を呈することからラテン語の caesius（青色）にちなんで命名した。

セシウムの放射性同位体である、セシウム137は、原子爆弾が投下された広島市及び長崎市の両方で記録が残っている「黒い雨」（原子爆弾投下後に地上に「降下する」放射性降下物の一形態）に含まれていたと考えられていて、原子爆弾が投下後の広島における降雨範囲を特定するために土壌中のセシウム137の測定結果が利用されている。

産出

A white mineral, from which white and pale pink crystals protrude — セシウム鉱石のポルサイト

セシウムは地殻中に平均およそ3 ppmの濃度で存在していると見積もられており、比較的珍しい元素である^[48]。これは、全ての元素の中で45番目の存在量であり、全ての金属の中では36番目である。それでもセシウムは、アンチモンやカドミウム、スズ、タングステンのような元素よりは豊富であり、水銀や銀よりは2桁多く存在するが、セシウムと化学的に密接に結び付いているルビジウムはさらに30倍ほど多い^[4]。

その大きなイオン半径のため、セシウムは「不適合元素 (en)」の一つである^[49]。マグマが結晶化する間、セシウムは液相に濃縮されて後に結晶化する。したがってセシウムは、これらの濃縮過程によって形成されるペグマタイト鉱物に最も大きく堆積する。ルビジウムはカリウムと置換する性質があるが、セシウムはルビジウムほどすぐには置換しないため、アルカリ蒸発岩のカリ岩塩（シルビン、KCl）やカーナライト (KMgCl₃・6H₂O)には0.002パーセントのセシウムのみを含むことがある。したがって、セシウムは鉱石ではほとんど見られない。パーセント単位のセシウムは緑柱石 (Be₃Al₂(SiO₃)₆およびアボガドロ石 ((K, Cs)BF₄)で見られるかもしれない。また、最高15重量パーセントをのCs₂Oを含む物として密接に関連した鉱石ペツォッタイト (Cs(Be₂Li)Al₂Si₆O₁₈)が、最高8.4重量パーセントのCs₂Oを含む物として希少鉱石のロンドン石 ((Cs, K)Al₄Be₄(B, Be)₁₂O₂₈)が、セシウム濃度がより少なく広範囲にわたるものとしてローディズ石がある^[4]。唯一の経済的に重要なセシウム源の鉱石はポルサイト (Cs(AlSi₂O₆))である。これらは、世界中において数か所しかないベグマタイト地帯でのみ見つかり、より商業的に重要なリチウム鉱石であるリシア雲母およびペタライトと関係している。ペグマタイトの内部では、粒度が大きく、鉱物を強く強く分離させることで、採鉱のための高級な鉱石が作られる^[50]。

世界で最も重要で豊富なセシウム金属源の一つは、メキシコのマニトバ州のBernic Lake (en)にあるTanco mine (en)である。そこの鉱床は350,000トンのポルサイト鉱石が埋蔵されていると見積られており、これは世界の埋蔵量の2/3を占めていると言われている^[50]^[51]。しかし、ポルサイトに含まれるセシウムの化学量論的容量は42.6パーセントであるが、この鉱床から採掘された純粋なポルサイト試料ではおおよそ34パーセントのセシウムしか含まれず、平均容量は24重量パーセントでしかない^[51]。商用のポルサイトでは19パーセントを超えるセシウムを含む^[52]。ジンバブエのBikita (en)におけるペグマタイト鉱床ではペタライトのために採掘されるが、かなりの量のポルサイトも含んでいる。注目に値する量のポルサイトは、ナミビアのエロンゴ州でも採掘されている^[51]。現在のセシウムの世界の鉱山からの採掘量は年間5から10トンであり、可採年数は数千年にもなる^[4]。

外部リンク

セシウムと水の爆発反応（動画、1:11付近から）

注釈

^ 他の4つの金属元素の融点は、ルビジウムが39 °C、フランシウムが推定で 27 °C、水銀が -39 °C、ガリウムが 30 °C である。臭素も常温で液体である（融点 -7 °C）が、ハロゲンは金属ではない^[3]。
^ おそらく放射性元素であるフランシウムのほうが低い融点を持つだろうが、放射性崩壊が速すぎて純粋なフランシウムの試料が得られないのでそれを実証できない^[6]。
^ フランシウムはさらに陽性であるだろうが、放射性崩壊が速すぎて純粋なフランシウムの試料が得られないので、電気陰性度を測定できない。フランシウムの第一イオン化エネルギーの測定値から示唆されることは、相対論効果が反応性を下げ、周期律から予想される値より電気陰性度を上げていることである^[14]。

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[4] 他の4つの金属元素の融点は、ルビジウムが39 °C、フランシウムが推定で 27 °C、水銀が -39 °C、ガリウムが 30 °C である。臭素も常温で液体である（融点 -7 °C）が、ハロゲンは金属ではない^[3]。

[8] おそらく放射性元素であるフランシウムのほうが低い融点を持つだろうが、放射性崩壊が速すぎて純粋なフランシウムの試料が得られないのでそれを実証できない^[6]。

[17] フランシウムはさらに陽性であるだろうが、放射性崩壊が速すぎて純粋なフランシウムの試料が得られないので、電気陰性度を測定できない。フランシウムの第一イオン化エネルギーの測定値から示唆されることは、相対論効果が反応性を下げ、周期律から予想される値より電気陰性度を上げていることである^[14]。

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@@ 144行目: / 144行目: @@
 [[ヨウ化セシウム]] (CsI) は、エックス線蛍光倍増管・ガンマ線検出用単結晶に用いられる。
+====錯体====
+全ての金属陽イオンのように、Cs<sup>+</sup>は溶液中でルイス塩基と反応して[[錯体]]を形成する。セシウムのサイズは非常に大きいため、セシウムは通常6配位より多い配位数を取り、それはセシウムよりも軽い他の典型的なアルカリ金属元素の陽イオンとは異なっている。この傾向は、8配位を取る塩化セシウムによって既に明らかであり（塩化セシウム型構造）、他のアルカリ金属の塩化物が塩化ナトリウム型構造を取るのと対照的である。その高い配位数と柔らかさ（[[共有結合]]を作りやすい傾向）は、セシウムイオンを他の陽イオンから分離するための基礎であり、放射性の<sup>137</sup>Cs<sup>+</sup>を大量の非放射性のカリウムイオン中から分離するために用いられるなど、核廃棄物の改善において研究が重ねられている<ref>{{cite journal |last1=Moyer |first1=Bruce A. |last2=Birdwell |first2=Joseph F. |last3=Bonnesen |first3=Peter V. |last4=Delmau |first4=Laetitia H. |title=Use of Macrocycles in Nuclear-Waste Cleanup: A Realworld Application of a Calixcrown in Cesium Separation Technology |pages=383–405 |year=2005 |doi=10.1007/1-4020-3687-6_24}}.</ref>。
+====ハロゲン化合物====
+[[塩化セシウム]]の結晶は単純な立方晶系である。「塩化セシウム型構造」<ref name="HollemanAF"/>と呼ばれるこの構造は、塩素原子が立方格子の角の部分に位置し、セシウム原子が立方格子の中央のホールに位置するような、2種の原子からなる8配位の単純な立方格子から成っている。この構造は臭化セシウム (CsBr)やヨウ化セシウム (CsI)、その他多くのセシウムを含まない化合物と共有される。対照的に、他のアルカリ金属類のハロゲン化物は塩化ナトリウム型構造を取る<ref name="HollemanAF"/>。塩化セシウム型構造は、Cs<sup>+</sup>のイオン半径が174ピコメートル、Cl<sup>-</sup>のイオン半径が181ピコメートルと近い大きさであるために形成される<ref>{{cite book|last=Wells|first = A.F.| year=1984| title=Structural Inorganic Chemistry| edition=5|publisher=Oxford Science Publications|isbn=0-19-855370-6}}</ref>。
+====酸化物====
+[[File:Cs11O3 cluster.png|thumb|left|100px|Cs<sub>11</sup>O<sub>3</sub>クラスター。頂点の紫の球はセシウムを表し、3つの赤い球は酸素を表す。]]
+セシウムは他のアルカリ金属元素よりさらに多くの酸素との二元化合物を形成する。セシウムが空気中で燃焼する際、[[超酸化物]]のCsO<sub>2</sub>が主に生成物する<ref name=cotton >{{cite book|last = Cotton|first = F. Albert |coauthors=Wilkinson, G.|title =Advanced Inorganic Chemistry|year =1962 |publisher = John Wiley & Sons, Inc.|page = 318|isbn = 0-471-84997-9}}</ref>。「通常の」セシウム酸化物であるCs<sub>2</sub>Oは黄色からオレンジ色をした六方晶であり<ref name="CRC">{{citation | editor-last = Lide | editor-first = David R. | title = CRC Handbook of Chemistry and Physics | edition = 87th | location = Boca Raton, FL | publisher = CRC Press | date = 2006 | isbn = 0-8493-0487-3 | pages =451,514}}</ref>、唯一の逆塩化カドミウム型構造を取る酸化物である<ref name="ReferenceA">{{cite journal|doi = 10.1021/j150537a022|year = 1956|last1 = Tsai|first1 = Khi-Ruey|last2 = Harris|first2 = P. M.|last3 = Lassettre|first3 = E. N.|journal = Journal of Physical Chemistry|volume = 60|pages = 338–344|title = The Crystal Structure of Cesium Monoxide}}</ref>。250度で蒸発し、400度で金属セシウムと過酸化物Cs<sub>2</sub>O<sub>2</sub>に分解する<ref name="autogenerated2">{{cite web|url=http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/770945-AFCMWR/webviewable/770945.pdf |format=PDF|title=Information Bridge: DOE Scientific and Technical Information |publisher=Office of Scientific and Technical Information — U.S. Department of Energy|date=2009-11-23 |accessdate=2010-02-15}}</ref>。過酸化物およびオゾン化物CsO<sub>3</sub><ref>{{cite journal|doi =10.1007/BF00845494|title =Synthesis of cesium ozonide through cesium superoxide|year =1963|last1 =Vol'nov|first1 =I. I.|last2 =Matveev|first2 =V. V.|journal =Bulletin of the Academy of Sciences, USSR Division of Chemical Science|volume =12|pages =1040–1043}}</ref><ref>{{cite journal|doi =10.1070/RC1971v040n02ABEH001903|title =Alkali and Alkaline Earth Metal Ozonides|year =1971|last1 =Tokareva|first1 =S. A.|journal =Russian Chemical Reviews|volume =40|pages =165–174}}</ref>を除いて、いくつかの明るい色をした亜酸化物についても研究されている<ref name=Simon>{{Cite journal|last = Simon|first = A.|title = Group 1 and 2 Suboxides and Subnitrides — Metals with Atomic Size Holes and Tunnels|journal = Coordination Chemistry Reviews |year = 1997|volume = 163|pages = 253–270|doi = 10.1016/S0010-8545(97)00013-1}}</ref>。これらはCs<sub>7</sub>O、Cs<sub>4</sub>O、Cs<sub>11</sub>O<sub>3</sub>、Cs<sub>3</sub>O（暗緑色<ref>{{cite journal|doi =10.1021/j150537a023|year =1956|last1 =Tsai|first1 =Khi-Ruey|last2 =Harris|first2 =P. M.|last3 =Lassettre|first3 =E. N.|journal =Journal of Physical Chemistry|volume =60|pages =345–347|title=The Crystal Structure of Tricesium Monoxide}}</ref>）、CsO、Cs<sub>3</sub>O<sub>2</sub><ref>{{cite journal|doi =10.1007/s11669-009-9636-5|title =Cs-O (Cesium-Oxygen)|year =2009|last1 =Okamoto|first1 =H.|journal =Journal of Phase Equilibria and Diffusion|volume =31|page =86}}</ref>ならびにCs<sub>7</sub>O<sub>2</sub>が含まれる<ref>{{cite journal|doi = 10.1021/jp036432o|title = Characterization of Oxides of Cesium|year = 2004|last1 = Band|first1 = A.|last2 = Albu-Yaron|first2 = A.|last3 = Livneh|first3 = T.|last4 = Cohen|first4 = H.|last5 = Feldman|first5 = Y.|last6 = Shimon|first6 = L.|last7 = Popovitz-Biro|first7 = R.|last8 = Lyahovitskaya|first8 = V.|last9 = Tenne|first9 = R.|journal = The Journal of Physical Chemistry B|volume = 108|pages = 12360–12367}}</ref><ref>{{cite journal|doi =10.1002/zaac.19472550110|title =Untersuchungen ber das System Csium-Sauerstoff|year =1947|last1 =Brauer|first1 =G.|journal =Zeitschrift fr anorganische Chemie|volume =255|page =101}}</ref>。これらの酸化物と対になった硫化物、セレン化物およびテルル化物も存在する<ref name="USGS"/>。
 === 同位体 ===
 {{main|セシウムの同位体}}
+セシウムは112から151までの幅の質量数（すなわち、[[原子核]]中の[[核子]]数）を持つ39個の既知の同位体を有する。これらの内のいくつかは、古い星の中での遅い[[中性子捕獲]]プロセス（[[s過程]]）<ref>{{cite journal | doi=10.1146/annurev.astro.37.1.239 | author=Busso, M.; Gallino, R.; Wasserburg, G. J. | title=Nucleosynthesis in Asymptotic Giant Branch Stars: Relevance for Galactic Enrichment and Solar System Formation | journal=Annula Review of Astronomy and Astrophysics | volume=37 | year=1999 | pages=239–309 | url=http://authors.library.caltech.edu/1194/1/BUSaraa99.pdf |  format=PDF|accessdate=2010-02-20 | bibcode=1999ARA&A..37..239B}}</ref>ならびに超新星爆発内（[[R過程]]）で軽い元素から合成される<ref>{{cite book | first=David | last=Arnett | year=1996 | title=Supernovae and Nucleosynthesis: An Investigation of the History of Matter, from the Big Bang to the Present | publisher=Princeton University Press | page=527 | isbn=0-691-01147-8 }}</ref>。しかしながら、唯一の安定同位体は78個の中性子を持つ<sup>133</sup>Csのみである。それは大きな[[スピン角運動量]]を持ち (7/2+)、[[核磁気共鳴]]の研究は、11.7メガヘルツの共鳴振動数において、この同位体を用いて行われる<ref name=NMR>{{cite journal|doi=10.1016/0277-5387(96)00018-6|title=Complexation of caesium and rubidium cations with crown ethers in N,N-dimethylformamide|year=1996|last1=Goff|first1=C|journal=Polyhedron|volume=15|page=3897}}</ref>。
+[[File:Cs-137-decay.svg|thumb|250px|<sup>137</sup>Csの崩壊|alt=A graph showing the energetics of caesium-137 (nuclear spin: I=7/2+, half-life of about 30 years) decay. With a 94.6% probability, it decays by a 512 keV beta emission into barium-137m (I=11/2-, t=2.55min); this further decays by a 662 keV gamma emission with an 85.1% probability into barium-137 (I=3/2+). Alternatively, caesium-137 may decay directly into barium-137 by a 0.4% probability beta emission.]]
+放射性同位体である<sup>135</sup>Csは230万年という非常に長い半減期を有しており、<sup>137</sup>Csおよび<sup>134</sup>Csはそれぞれ30年および2年という半減期である。<sup>137</sup>Csは[[ベータ崩壊]]によって短命な<sup>137m</sup>Baに壊変し、その後非放射性のバリウムとなる。<sup>134</sup>Csは直接<sup>134</sup>Baに壊変する。質量数129、131、132および136の同位体は、半減期が1日から2週間の間であり、他の大部分の同位体の半減期は2、3秒から数分の1秒である。少なくとも21種類の準安定な[[核異性体]]が存在する。3時間未満の半減期を持つ<sup>134m</sup>Cs以外は非常に不安定で、2、3分以下の半減期で崩壊する<ref>{{cite journal|doi = 10.1016/0022-1902(55)80027-9|title = The half-life of Cs137|year = 1955|last1 = Brown|first1 = F.|last2 = Hall|first2 = G.R.|last3 = Walter|first3 = A.J.|journal = Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry|volume = 1|pages = 241–247}}</ref><ref name=nuclidetable>{{cite web|url=http://www.nndc.bnl.gov/chart/|title=Interactive Chart of Nuclides|publisher=Brookhaven National Laboratory|author=Sonzogni, Alejandro|location=National Nuclear Data Center|accessdate=2008-06-06}}</ref>。
+同位体元素の<sup>135</sup>Csは、ウランの核反応によって生成する長寿命核分裂生成物の一つである<ref>{{cite conference| conference = Seventh Information Exchange Meeting on Actinide and Fission Product Partitioning and Transmutation|date = 14–16 October 2002|place = Jeju, Korea|first1 = Shigeo|last1 = Ohki|first2 = Naoyuki|last2= Takaki|title =Transmutation of Cesium-135 with Fast Reactors|url = http://www.nea.fr/html/pt/docs/iem/jeju02/session6/SessionVI-08.pdf|format = PDF|accessdate=2010-09-26}}</ref>。しかしながら、<sup>135</sup>Csの前駆体の<sup>135</sup>Xeが非常に強力な中性子毒であり、また、しばし<sup>135</sup>Csに壊変する前に安定同位体である<sup>136</sup>Xeに変わるため、たいていの原子炉においてその核分裂収量は減少する<ref>{{cite report|url=http://canteach.candu.org/library/20040720.pdf |title=CANDU Fundamentals|format=PDF|publisher=CANDU Owners Group Inc.|chapter=20  Xenon: A Fission Product Poison|accessdate=2010-09-15}}</ref><ref>{{cite journal|journal = Journal of Environmental Radioactivity|title = Preliminary evaluation of 135Cs/137Cs as a forensic tool for identifying source of radioactive contamination|first1 = V. F.|last1= Taylor|first2 = R. D.|last2 = Evans|first3 = R. J.|last3= Cornett|doi = 10.1016/j.jenvrad.2007.07.006 |volume = 99 |issue = 1|year = 2008|pages = 109–118|pmid = 17869392}}</ref>。
+<sup>137</sup>Csは<sup>137m</sup>Baへとベータ崩壊するため、[[ガンマ線]]の強い発生源である<ref>{{cite web|url=http://www.epa.gov/rpdweb00/radionuclides/cesium.html |title=Cesium &#124; Radiation Protection |publisher=U.S. Environmental Protection Agency|date=2006-06-28|accessdate=2010-02-15}}</ref>。
+<sup>135</sup>Csは<sup>90</sup>Srと同様に主要な中寿命核分裂生成物となる。これらは使用済み核燃料の放射能の原因となり、使用後、数年から最高で数100年間の冷却を必要とする<ref>{{cite report|url=http://www.ieer.org/reports/transm/hisham.html |title=IEER Report: Transmutation – Nuclear Alchemy Gamble |publisher=Institute for Energy and Environmental Research |date=2000-05-24 |accessdate=2010-02-15|first=Hisham|last=Zerriffi}}</ref>。例えば、<sup>135</sup>Csと<sup>90</sup>Srは現在、[[チェルノブイリ原子力発電所事故]]の周囲の地域で発生している放射能の発生源の大部分を占めている<ref>{{cite report|url=http://www.iaea.org/Publications/Booklets/Chernobyl/chernobyl.pdf |title=Chernobyl's Legacy: Health, Environmental and Socia-Economic Impacts and Recommendations to the Governments of Belarus, Russian Federation and Ukraine |publisher=International Atomic Energy Agency|format=PDF |accessdate=2010-02-18}}</ref>。<sup>137</sup>Csは中性子の捕獲率が低いため、中性子捕獲による<sup>137</sup>Cの処理ができず、その結果、崩壊することを許容する必要がある<ref>{{cite journal|doi=10.3327/jnst.30.911| title = Transmutation of Cesium-137 Using Proton Accelerator|first1 = Takeshi|last1= Kase|first2 = Kenji|last2= Konashi|first3 = Hiroshi|last3 = Takahashi|first4 = Yasuo|last4= Hirao|volume = 30|issue = 9|year = 1993|pages = 911–918|journal = Journal of Nuclear Science and Technology}}</ref>。
+ほとんど全てのセシウムは、ヨウ素やキセノンの様々な同位体元素を経由して、始めのものよりも中性子が豊富になった核分裂生成物のベータ崩壊に由来する核分裂によって生成される<ref>{{cite book|isbn = 978-1-56032-088-3|publisher = Taylor & Francis|year = 1992|first = Ronald Allen|last = Knief|url = http://books.google.com/?id=EpuaUEQaeoUC&pg=PA43|page= 42|chapter = Fission Fragments|title = Nuclear engineering: theory and technology of commercial nuclear power|accessdate=2010-09-26}}</ref>。ヨウ素およびキセノンは揮発性であるため、核燃料や空気を通じて拡散され、放射性セシウムはしばし初めに核分裂した場所から離れたところで生成される<ref>{{cite journal|title = Release of xenon-137 and iodine-137 from UO2 pellet by pulse neutron irradiation at NSRR | last = Ishiwatari|first = N.|last2 = Nagai|first2 = H.|pages = 843–850|volume = 23|issue = 11|journal = Nippon Genshiryoku Gakkaishi|url = http://www.osti.gov/energycitations/product.biblio.jsp?osti_id=5714707|accessdate=2010-01-01}}</ref>。およそ1945年頃から核兵器の実験が始まり、<sup>137</sup>Csは空気中に放出され、[[放射性降下物]]の構成物質として地表に降り注いだ<ref name="USGS"/>。
 人工的に作られる（[[ウラン]]の核分裂により生ずる）[[セシウム137]]は、[[半減期]]30.07年の放射性同位体である。医療用の放射線源に使われるが、体内に入ると血液の流れに乗って腸や肝臓にベータ線とガンマ線を放射し、[[カリウム]]と置き換わって筋肉に蓄積したのち、腎臓を経て体外に排出される。セシウム137は、体内に取り込まれてから体外に排出されるまでの100日から200日にわたってベータ線とガンマ線を放射し、体内被曝の原因となるため大変危険である。セシウム137に汚染された空気や飲食物を摂取することで、体内に取り込まれる。なお、[[ヨウ素剤]]を服用してもセシウム137の体内被曝を防ぐことはできない。[[1987年]]には、[[ブラジル]]の[[ゴイアニア]]で廃病院からセシウム137が盗難に遭った上、光るセシウム137の塊に魔力を感じた住民が体に塗ったり飲んだりしたことで250人が[[被曝]]、4人が死亡する大規模な被曝事件が発生している（[[ゴイアニア被曝事故]]）。
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 セシウムの放射性同位体である、セシウム137は、原子爆弾が投下された広島市及び長崎市の両方で記録が残っている「[[黒い雨]]」（原子爆弾投下後に地上に「降下する」放射性降下物の一形態）に含まれていたと考えられていて、原子爆弾が投下後の広島における降雨範囲を特定するために土壌中のセシウム137の測定結果が利用されている。
+==産出==
+[[File:Pollucite-RoyalOntarioMuseum-Jan18-09.jpg|thumb|セシウム鉱石のポルサイト|alt=A white mineral, from which white and pale pink crystals protrude]]
+セシウムは地殻中に平均およそ3 ppmの濃度で存在していると見積もられており、比較的珍しい元素である<ref>{{cite journal|last1=Turekian|first1=K.K.|last2=Wedepohl|first2=K. H.|year=1961|title=Distribution of the elements in some major units of the Earth’s crust|journal=Geological Society of America Bulletin|volume=72|issue=2|pages=175–192|doi=10.1130/0016-7606(1961)72[175:DOTEIS]2.0.CO;2}}</ref>。これは、全ての元素の中で45番目の存在量であり、全ての金属の中では36番目である。それでもセシウムは、[[アンチモン]]や[[カドミウム]]、[[スズ]]、[[タングステン]]のような元素よりは豊富であり、[[水銀]]や[[銀]]よりは2桁多く存在するが、セシウムと化学的に密接に結び付いている[[ルビジウム]]はさらに30倍ほど多い<ref name=USGS/>。
+その大きなイオン半径のため、セシウムは「不適合元素 ([[:en:Incompatible element|en]])」の一つである<ref>{{cite web|url=http://www.asi.org/adb/02/13/02/cesium-occurrence-uses.html|title=Cesium as a Raw Material: Occurrence and Uses|first=Simon|last=Rowland|publisher=Artemis Society International|date=1998-07-04|accessdate=2010-02-15}}</ref>。[[マグマ]]が結晶化する間、セシウムは液相に濃縮されて後に結晶化する。したがってセシウムは、これらの濃縮過程によって形成されるペグマタイト鉱物に最も大きく堆積する。ルビジウムはカリウムと置換する性質があるが、セシウムはルビジウムほどすぐには置換しないため、アルカリ蒸発岩のカリ岩塩（シルビン、KCl）やカーナライト (KMgCl<sub>3</sub>・6H<sub>2</sub>O)には0.002パーセントのセシウムのみを含むことがある。したがって、セシウムは鉱石ではほとんど見られない。パーセント単位のセシウムは[[緑柱石]] (Be<sub>3</sub>Al<sub>2</sub>(SiO<sub>3</sub>)<sub>6</sub>およびアボガドロ石 ((K, Cs)BF<sub>4</sub>)で見られるかもしれない。また、最高15重量パーセントをのCs<sub>2</sub>Oを含む物として密接に関連した鉱石[[ペツォッタイト]] (Cs(Be<sub>2</sub>Li)Al<sub>2</sub>Si<sub>6</sub>O<sub>18</sub>)が、最高8.4重量パーセントのCs<sub>2</sub>Oを含む物として希少鉱石のロンドン石 ((Cs, K)Al<sub>4</sub>Be<sub>4</sub>(B, Be)<sub>12</sub>O<sub>28</sub>)が、セシウム濃度がより少なく広範囲にわたるものとしてローディズ石がある<ref name="USGS"/>。唯一の経済的に重要なセシウム源の鉱石はポルサイト (Cs(AlSi<sub>2</sub>O<sub>6</sub>))である。これらは、世界中において数か所しかないベグマタイト地帯でのみ見つかり、より商業的に重要なリチウム鉱石である[[リシア雲母]]およびペタライトと関係している。ペグマタイトの内部では、粒度が大きく、鉱物を強く強く分離させることで、採鉱のための高級な鉱石が作られる<ref name="Cerny">{{cite journal|title=The Tanco Pegmatite at Bernic Lake, Manitoba: X. Pollucite|first1=Petr|last1=Černý|authorlink1=Petr Černý|first2=F. M.|last2=Simpson|journal=Canadian Mineralogist|volume=16|pages=325–333|year=1978|url=http://rruff.geo.arizona.edu/doclib/cm/vol38/CM38_877.pdf|format=PDF|accessdate=2010-09-26}}</ref>。
+世界で最も重要で豊富なセシウム金属源の一つは、[[メキシコ]]の[[マニトバ州]]のBernic Lake ([[:en:Bernic Lake|en]])にあるTanco mine ([[:en:Tanco Mine|en]])である。そこの鉱床は350,000[[トン]]のポルサイト鉱石が埋蔵されていると見積られており、これは世界の埋蔵量の2/3を占めていると言われている<ref name="Cerny"/><ref name="USGS-Cs2"/>。しかし、ポルサイトに含まれるセシウムの化学量論的容量は42.6パーセントであるが、この鉱床から採掘された純粋なポルサイト試料ではおおよそ34パーセントのセシウムしか含まれず、平均容量は24重量パーセントでしかない<ref name="USGS-Cs2">{{cite web|title=Cesium|last=Polyak|first=Désirée E.|url=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/cesium/mcs-2009-cesiu.pdf|format=PDF|publisher=U.S. Geological Survey|accessdate = 2009-10-17}}</ref>。商用のポルサイトでは19パーセントを超えるセシウムを含む<ref>{{cite book|last=Norton|first=J. J.|year=1973|chapter=Lithium, cesium, and rubidium—The rare alkali metals|editor=Brobst, D. A., and Pratt, W. P.|title=United States mineral resources|publisher=U.S. Geological Survey Professional|volume=Paper 820|pages=365–378|url=http://pubs.er.usgs.gov/usgspubs/pp/pp820|accessdate=2010-09-26}}</ref>。[[ジンバブエ]]のBikita ([[:en:Bikita District|en]])におけるペグマタイト鉱床ではペタライトのために採掘されるが、かなりの量のポルサイトも含んでいる。注目に値する量のポルサイトは、[[ナミビア]]の[[エロンゴ州]]でも採掘されている<ref name="USGS-Cs2"/>。現在のセシウムの世界の鉱山からの採掘量は年間5から10トンであり、可採年数は数千年にもなる<ref name=USGS/>。
 == 外部リンク ==