セシウム 化学特性,用途語,生産方法
存在
セシウムは，自然界に広く分布し、他のアルカリ金属に伴って産出するが、その量はきわめて少ない。鉱物としてはポルサイトCaAlSi2O6やロジサイトなどがあるが、紅雲母(べにうんも)、緑柱石、カーナル石などにも含まれる。鉱泉や温泉（日本では有馬(ありま)温泉など）にも含まれることがある。［鳥居泰男］
性質
銀白色の軟らかい金属で、融点が低いため常温付近で液状を呈することもある。化学的活性がきわめて大きく、たとえば、水和イオンとなる傾向の尺度である標準電極電位はあらゆる金属中もっとも大きい。セシウムは，酸素や水と激しく反応するので、金属ナトリウムのように石油中に保存することをせず、アンプル中に不活性気体とともに封入しておく必要がある。水と反応すれば水酸化物を与える。通常、1価の陽イオンとして化合物をつくる。炎色反応は青紫色である。
製法
酸化物、水酸化物、塩化物、各種塩類たとえばクロム酸セシウムなどを、ナトリウム、アルミニウムなどの金属類、ケイ素などで還元して蒸気として取り出し、凝縮させる方法が一般に行われる。なかでも無水塩化物を真空中700～800℃で金属カルシウムで還元する方法が優れている。［鳥居泰男］
主な性質
- 金属セシウムはアルカリ金属の一つで銀白色で柔らかく延展性に富む。
- セシウムの反応性はアルカリ金属中で最大（空気中で常温でも酸化され、高温では二酸化セシウムとなる）。水とは爆発的に反応して水素を発生し、水酸化物を生成する。窒素、炭素、水素とも直接反応する（空気中ではごく短時間しか金属の形をしていない）
- セシウムは全元素中最も陽性が強い（イオン化エネルギーや電子親和力が小さい）。光が当たると電子を放出しやすくなる「光電効果」の性質がある
解説
Cs．原子番号55の元素．電子配置1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1の周期表1族元素．原子量132.91．安定同位体は 133Cs だけであるが，ほかに18種の放射性同位体が知られている．1860年R.W.E. Bunsen(ブンゼン)とG.R. Kirchhoffが鉱泉水の分光分析で美しい青色の発光スペクトル線を見いだし，ラテン語の青空色“cæsius”から元素名caesiumを提案した．1881年C. Setterbergが融解電解によりはじめて単離した．天然にはポルサイトとして，また，ほかのアルカリ金属資源に随伴して産出する．地殻中の存在度1 ppm．セシウム塩をカルシウム，アルミニウムなどと熱して還元してつくる．銀白色の軟らかい金属．体心立方格子構造．格子定数a ＝ 0.605 nm．融点28.4 ℃，沸点678 ℃．密度1.876 g cm－3(20 ℃)．炎色反応は青色．アルカリ金属のうち反応性はもっとも大きい．空気中でただちに酸化される．ハロゲン，水素と直接化合し，水とはげしく反応して水素と水酸化セシウムとを生じる．水銀とアマルガムをつくり，ほかの金属と合金をつくる．イオン化電位3.893 eV．全元素中最小でもっとも陽性が強い．光があたると電子を放出しやすい．つねに酸化数1のイオンとして塩をつくり，塩は構造，性質ともにカリウム塩に似ている．多くの塩は水に可溶．炭酸塩はエタノールに可溶でルビジウムと区別される．人体に有害である．アンチモンとの合金は光電管，ストロボ放電管に用いられる．137Cs はβ放出体でγ線源，トレーサー，放射能標準などに利用される．133Cs 原子の基底状態に属する二つの超微細エネルギー準位間の電子遷移に伴い放出されるマイクロ波の振動周期は，セシウム原子時計として時間の単位である秒の定義に用いられている．[CAS 7440-46-2]
森北出版「化学辞典（第2版）
用途
金属セシウムは光照射によって電子を放射しやすいので光電管の材料として用いられる。質量数137（半減期30年）の放射性同位体は核分裂生成物の一つとして原子炉の中で生成され、核燃料再処理の副産物として得られるが、γ(ガンマ)線源、トレーサー、放射能標準として利用される。
構造
セシウムにはα、β、γ型の結晶多形があり、常温常圧では他のアルカリ金属と同様に体心立方格子構造を有する立方晶のα-Csで、空間群はIm3m、格子定数a=614pmです。41kbarの高圧下で面心立方格子構造で格子定数a=598pmのβ型へと相転移し、さらに高温高圧下になると菱面体系のγ型になります。
人体への影響
セシウムはカリウムと化学的性質がよく似ている。飲食物、空気などから人体に入ったセシウム137は、カリウムと挙動をともにし、筋肉などに集まる。体外への排出の速度は大きいが、娘核のバリウム137（半減期2.6分）がγ線を放出するので、その影響は全身に及ぶ。とくに生殖器官に対する遺伝的影響が重大視されている。
主な用途
- 触媒（メチルメタアクリル樹脂製造装置）
- ガラス添加剤（光ファイバー）
- フッ素化剤（フッ素樹脂部品）
- 光電変換素子（光学計測装置）
説明
Cesium was discovered in 1860 by Robert Bunsen and Gustav
Kirchoff. It is used in the most accurate atomic clocks. Cesium
melts at 28.41°C (just below body temperature) and occurs in
Earth’s crust at 2.6 ppm. Cesium is the rarest of the naturally
occurring alkali metals as the isotope
133Cs. Its compounds are
correspondingly rare. Granites contain about 1 ppm cesium
and sedimentary rocks contain approximately 4 ppm cesium.
The most common commercial source of cesium is pollucite,
which contains between 5 and 32% cesium oxide. Radioactive
forms of cesium (
134Cs and
137Cs) can also be found in the
environment. They are produced during nuclear fission, and are
used in cancer treatment.
化学的特性
Cesium is silvery gold, soft ductile metal. It is the most electropositive and alkaline element. Cesium, gallium, and mercury are the only three metals that are liquid at or around room temperature. Cesium reacts explosively with cold water, and reacts with ice at temperatures above -116℃. Cesium hydroxide is a strong base and attacks glass and reacts with halogens to form a fluoride, chloride, bromide, and iodide. Cesium metal oxidizes rapidly when exposed to air and can form the dangerous superoxide on its surface. Most cesium compounds are water soluble.
同位体
Cs-133 is the only stable isotope of cesium, and it makes up all of the naturallyoccurring cesium found in the Earth’s crust. In addition to Cs-133 there are about 36radioactive isotopes of Cs, most of which are artificially formed in nuclear reactors. Allare produced in small numbers of atoms with relatively short half-lives. The range of Csisotopes is from Cs-113 (amu = 112.94451) to Cs-148 (amu = 147.94900). Most ofthese radioisotopes produce beta radiation as they rapidly decay, with the exception ofCs-135, which has a half-life of 3×10
6yr, which makes it a useful research tool. Cs-137,with a half-life of 33 years, produces both beta and gamma radiation.
名前の由来
In 1860 Gustav Kirchhoff and Robert Bunsen named the element
“Cesium,” using the Latin word caesius, which means bluish-gray.
天然物の起源
The stable form of Cs-133 is the 48th most abundant element on Earth, but because it isso reactive, it is always in compound form. The Earth’s crust contains only about 7 ppm ofCs-133. Like the other alkali metals, it is found in mixtures of complex minerals. Its mainsource is the mineral pollucite (CsAlSi
2O
6). It is also found in lepidolite, a potassium ore.Pollucite is found in Maine, South Dakota, Manitoba, and Elba and primarily in Rhodesia,South Africa.One problem in refining cesium is that it is usually found along with rubidium; therefore,the two elements must be separated after they are extracted from their sources. The mainprocess to produce cesium is to finely grind its ores and then heat the mix to about 600°Calong with liquid sodium, which produces an alloy of Na, Cs, and Ru, which are separatedby fractional distillation. Cesium can also be produced by the thermochemical reduction of amixture of cesium chloride (CsCl) and calcium (Cs).
特性
Cesium is located between rubidium and francium in group 1 of the periodic table. It isthe heaviest of the stable alkali metals and has the lowest melting point. It is also the mostreactive of the alkali metals.Cesium will decompose water, producing hydrogen, which will burn as it is liberated fromH
2O. Cesium is extremely dangerous to handle and will burn spontaneously or explode whenexposed to air, water, and many organic compounds.
使用
Cesium is used in photovoltaic cells, vacuum tubes, scintillation
counters, and atomic clocks.
製造方法
Although Cesium metals have been prepared by fused salt electrolysis, the highly reactive nature of the metals complicates the collection step and favors the use of other preparative methods where the metals can be removed in vapor form from the reaction mixture. The oxides, hydroxides, carbonates, halides, sulphates, chromates and nitrates of Cesium have been reduced to the metals by strong reducing metals such as sodium, calcium, magnesium, barium, iron, zirconium, aluminum or silicon at moderately high temperatures. The preferred method, however, involves the reduction of the anhydrous metal chlorides with calcium metal under vacuum. Anhydrous cesium chloride is mixed with a large excess of calcium chips and heated under vacuum at 700-800°C. As the chloride is reduced, metal vapors issue from the reaction mixture and are led under the vacuum to a cooler portion of the vessel where they condense and drop into a collection vessel.
定義
A soft golden highly reactive low-melting element of the alkali-metal group. It is found in several silicate minerals, including pollucite (CsAlSi
2O
6). The metal oxidizes in air and reacts violently with water. Cesium is used in photocells, as a catalyst, and in the cesium atomic clock. The radioactive isotopes
134Cs (half life 2.065 years) and
137Cs (half life 30.3 years) are produced in nuclear reactors and are potentially dangerous atmospheric pollutants.
一般的な説明
A soft metallic solid. Melts at 85°F. Causes burns to skin and eyes.
空気と水の反応
Highly flammable. Cesium is spontaneously flammable in air at room temperature, if the surface is clean [Merck 11th ed. 1989]. Reacts with water to generate enough heat to ignite the hydrogen produced during the reaction, and to generate caustic Cesium hydroxide [Mellor 2 419 1946-47].
反応プロフィール
Cesium METAL reacts violently with oxidizing agents, even weaker ones. Reacts with boron trifluoride with incandescence when heated [Merck 11th ed. 1989]. Reacts explosively with maleic anhydride [Chem Safety Data Sheet SD-88 1962; Chem. Haz. Info. Series C-71 1960]. Burns in chlorine with a luminous flame [Mellor 2 Supp. 1:380 1956]. Reacts violently with most acids. Reacts violently with fluorine, chlorine, bromine and iodine. Reacts with incandescence with sulfur and phosphorus. Burns vigorously in air.
危険性
Although cesium has many of the properties and characteristics of the other alkali metals,because of the large size of its atoms, cesium metal is much more reactive and dangerousto handle. Special precautions need to be taken to keep it away from air, water, and organicsubstances with which it can vigorously react. Its use should be restricted to laboratories andindustries capable of using it safely.
Cesium-137, with a half-life of about 30 years, produces dangerous radiation and can causeradiation poisoning if mishandled. It is used to sterilize wheat, potatoes, and other foods toprotect them from insect damage and rotting. It is also used to kill bacteria in the treatmentof sewage sludge.
健康ハザード
Inhalation or contact with vapors, substance or decomposition products may cause severe injury or death. May produce corrosive solutions on contact with water. Fire will produce irritating, corrosive and/or toxic gases. Runoff from fire control may cause pollution.
火災危険
Produce flammable gases on contact with water. May ignite on contact with water or moist air. Some react vigorously or explosively on contact with water. May be ignited by heat, sparks or flames. May re-ignite after fire is extinguished. Some are transported in highly flammable liquids. Runoff may create fire or explosion hazard.
法規情報
セシウムは、消防法において「第3類:自然発火性物質及び禁水性物質, アルカリ金属 (カリウム及びナトリウムを除く) 及びアルカリ土類金属, 危険等級I, 第一種自然発火性物質及び禁水性物質」に指定されており、取り扱いには注意が必要です。その他の毒物及び劇物取締法、化学物質排出把握管理促進法 (PRTR法) などの主要な法規制には該当していません。
取扱いおよび保管上の注意
取扱い及び保管上の注意は、下記の通りです。
- 容器を密栓し、乾燥した換気の良い冷暗所に保管する。
- 屋外や換気の良い区域のみで使用する。
- 不活性ガス雰囲気下で取り扱い、貯蔵する。
- リン、ハロゲン類、アルコール類、酸素、水と激しく反応するため、接触を避ける。
- 使用時は保護手袋、保護衣、保護眼鏡、保護面を着用する。
- 取扱い後はよく手を洗浄する。
- 皮膚に付着した場合は、速やかに水で洗い流す。
- 眼に入った場合は、水で数分間注意深く洗う。
使用用途
セシウムは、光があたると電子を放出しやすい性質を持っています。との合金は光電管、ストロボ放電管に用いられています。
セシウムの工業用途では、ほかの金属酸化物触媒の機能を著しく向上させる触媒のプロモータが あります。硝酸セシウム はの材料となり、また、融解セシウム塩中にを浸すことで強 度を増加させることも行われます。ヨウ化 セシウムやは X線や γ線，素粒子などを吸収して光を放つシンチレーション効果をもっていて、放射線計測や医療診断などに広く用 いられています。
超微細エネルギー準位間の電子遷移にて放出されるマイクロ波の振動周期は、セシウム原子時計として、秒の定義に用いられています。
安全性プロファイル
Moderately toxic by
intraperitoneal route. Cesium is quite similar
to potassium in its elemental state. It has
been shown, however, to have pronounced
physiological action in experimentation with
animals. Hyper-irritability, including marked
spasms, has been shown to follow the
administration of cesium in amounts equal
to the potassium content of the diet. It has
been found that replacing the potassium in
the diet of rats with cesium caused death
after 10-17 days. Ignites spontaneously in
air. Violent reaction with water, moisture, or
steam releases hydrogen gas whch explodes.
Violent reaction with acids, halogens, and
other oxidizing materials. Incandescent
reaction with nonmetals (e.g., sulfur,
phosphorus). See also SODIUM.
環境運命予測
Stable cesium was shown to affect various central nervous
system functions, mainly involving displacing potassium, with
which it competes for transport through the potassium
channel, and it can also activate sodium pump and subsequent
transport into the cell across membranes. Thus, this resulted in
potassium deficiency.
Radioactive isotopes of cesium, such as
134Cs and
137Cs, are
a greater health concern than stable cesium. These radioactive
isotopes of cesium are formed during nuclear fission. Both
134Cs and
137Cs emit beta and gamma radiations. Beta radiation
travels short distances and can penetrate the skin and
superficial body tissues, whereas gamma radiation can travel
great distances and penetrate the entire body. Both beta and
gamma radiations may induce tissue damage and disruption of
cellular function.
セシウム 上流と下流の製品情報
原材料
準備製品