セシウム（Cs）とは 原子番号55のアルカリ金属の性質・危険性・用途
セシウム（またはCesium）は、周期表の原子番号55の化学元素である。記号はCs。
性質
セシウムは、アルカリ金属の一種で、室温付近で非常に軟らかく、銀白色からやや金色を帯びた光沢を持つ金属です。主な物理化学的性質は次の通りです。
- 融点：約28.5℃（室温付近で液体化することがある）
- 沸点：約671℃
- 原子量：約132.91
- 電子配置：[Xe] 6s1（最外殻に1つの電子を持つため、+1価の化合物を作りやすい）
- 密度：約1.93 g/cm3（20℃で）
- 化学的性質：イオン化エネルギーが非常に低く、アルカリ金属の中でも反応性が高い。酸素や水、ハロゲンなどと容易に反応する。
危険性と取扱い
反応性が高いため、金属のセシウムは空気中で酸化・発火することがあり、水と接触すると激しく反応して水酸化セシウム（CsOH）と水素を生成し、場合によっては爆発的になることがあります。このため、金属セシウムは通常、鉱物油や不活性ガス雰囲気下で保管・取り扱いされます。
セシウム化合物の毒性は化学形態によって異なります。安定同位体（例えばCs-133）を含む一般的なセシウム塩は、カリウムに化学的に類似しているため、生体内でカリウムと置換されることがあり、大量摂取は生体機能（筋肉や心臓の電解質バランス）に影響を与える可能性があります。したがって、取り扱い時は次の点に注意が必要です：
- 金属は乾燥した不活性雰囲気または鉱物油中に保管する。
- 水や湿気との接触を避ける。応急処置や消火では水を使わない（不適切な消火は危険を増す）。
- 有害性のある粉じんや蒸気の吸入を避けるため、適切な換気・防護具（手袋、ゴーグル、保護服）を使用する。
同位体と放射性セシウム
天然には安定同位体のCs-133が存在し、これが原子時計の基準として用いられます。一方で、原子炉や核分裂で生成されるCs-137のような放射性同位体は環境・健康へのリスクを伴います。Cs-137は半減期が約30年で、土壌や生態系に長期間残留しやすく、福島第一原発などの事故で問題になった代表的な核分裂生成物です。放射性セシウムは被ばく、内部被曝、食品汚染などにつながるため、特別な取り扱いと廃棄管理が必要です。
用途
セシウムとその化合物は、以下のような用途で利用されています。
- 原子時計：Cs-133のハイパーファイン遷移は非常に安定しているため、国際単位系(SI)の秒の定義に用いられ、原子時計（高精度時刻基準）に不可欠です。
- 産業用途：光電子面やフォトカソード、真空管、電気伝導材料などに利用されます。低い最外殻電子結合エネルギーを利用した用途が多い。
- 掘削用流体：セシウムフォルメートなどの高密度塩水が石油・ガス掘削で重力安定化流体として用いられます（高価ですが有効）。
- 医療・産業用放射源：放射性同位体（例：Cs-137）はがん治療や産業用のゲージ、放射線源として利用されることがありますが、厳格な規制と管理が必要です。
- 化学試薬：一部の有機合成や研究用途で触媒や試薬として使われることがあります。
存在・採取
地殻中では比較的希少で、主要な鉱物にはポリサイト（pollucite）やリチオフィライト、レピドライトなどが含まれます。鉱石からは選鉱や化学的抽出法でセシウムが回収されます。天然に少量しか存在しないため、セシウムは一般に高価です。
環境と除染
放射性セシウムが環境に放出されると、土壌中に吸着されたり植物に取り込まれたりします。農地への影響を抑えるためには、土壌へのカリウム施肥で植物によるセシウム吸収を抑制するなどの対策がとられます。長期的な除染には物理的な除去、土壌改良、土地管理など複合的な手段が必要です。
まとめると、セシウムは科学技術や産業で重要な役割を果たす元素ですが、化学的な高反応性と一部の放射性同位体による健康・環境リスクから、適切な管理と安全対策が不可欠です。
沿革
セシウムが初めて報告されたのは1861年、グスタフ・ロバート・キルヒホフとロバート・ウィルヘルム・ブンゼンによるものだった。彼らはバート・デュルケハイムのミネラルウォーターをテストしていた。カルシウム、ストロンチウム、マグネシウム、リチウムを分離したところ、スペクトルの「青」の領域に2本の線が見えた。この線から、ミネラルウォーターの中には、すでに見つかっている元素のほかに、もう1つ未知の物質が含まれているに違いないと考えたのです。この物質を、色の「青」にちなんで「セシウム」と命名した。
同位体・化合物
セシウムには、原子量112から151までの少なくとも39の同位体が知られている。その中で安定しているのは133Csだけである。そのため、自然界に存在するセシウムの同位体は133Csであり、放射性物質ではない。133Csは原子時計に使われており、その振動数は1秒の長さを決めるのに使われている。もう一つの同位体である137Csは自然には作られず、核分裂後に作られます。これは非常に放射性が高く、工業用のガンマ線源として使用されています。
反応性
セシウムは空気中や水中で非常に反応性が高い。空気中では急速に酸化し、いつでも自然発火する可能性があります。そのため、他の第一族元素（リチウム、ナトリュウム、ルビジウム、フランシウム）と同様に、灯油や鉱物油の中で保管しなければなりません。セシウムは約1秒間沈んだ後、爆発する。爆発の大きさは水中に落とした元素の大きさの50倍以上で、一般的なパイレックスビーカーやフラスコ、試験管を壊すのに十分な大きさです。反応の様子を撮影した動画はこちらからご覧いただけます。
質問と回答
Q:セシウムとは何ですか?
A:セシウムは化学元素で、原子番号55、記号はCsです。
Q:セシウムは何族に属するのですか?
A:セシウムはアルカリ金属に属します。
Q:セシウムの融点は何度ですか?
A:セシウムの融点は28℃と低いです。
Q:セシウムは反応性があるのですか?
A:はい、非常に反応性が高いです。
Q:セシウムが危険な化学物質である理由は何ですか?
A: 反応性が高いので危険です。発火したり、水に触れると爆発したりします。
Q: なぜセシウムは鉱物油の中に保管されているのですか?
A:セシウムは水と激しく反応するため、鉱物油に保管されています。
Q:セシウムは一般的な元素なのですか?
A: いいえ。セシウムは希少元素で、地球上で入手できる量が限られているため、かなり高価です。
