（Cesium）是一種堿金屬元素，位于元素周期表的第六周期、第IA族，屬于s區元素，化學符號為Cs，原子序數為55，原子量為132.9054，是一種淡金黃色的固體，很軟，莫氏硬度是所有元素中最低的，具有延展性。堿金屬元素中以銫的核素為最多，已知的有31種同位素，質量數從116到146，質量數低于133的核素傾向于β+輻射衰變，超過133的核素主要為β-輻射衰變。銫的熱中子俘獲截面是29b。
銫作為堿金屬，化學性質十分活潑。銫在與強氧化劑接觸時會劇烈反應、發生爆炸，同時與水反應時也會發生爆炸。它可以產生具有長時間穩定性的輻射頻率，因此可以利用這種特性制作一種準確度極高、體積小、質量輕的時鐘“銫原子鐘”，對航海，科學研究，交通運輸等多個領域具有極為重要的意義。銫的光電效應也十分地明顯，可以制成紅外望遠鏡等。同時它對放射線也十分敏感，可以制成警報器，避免放射性物質的泄漏。銫被用在原子鐘、能量轉換、真空管、計時器、醫學治療、催化劑等研究中，同時銫也是制造光電管的重要材料。
發現歷史
1860年，德國化學家本森（R.W.Bunen）和基爾霍夫（G.R.Kirchhoff）在研究礦泉水的光譜時發現銫，這是第一個通過光譜法發現的元素，銫（Cesium）的名字來源于拉丁語Caesius（天藍色），指的是該元素特有的藍色光譜。塞特伯格（C.Setterberg）于1881年電解化銫-氰化鋇混合熔鹽時，首次制得金屬銫。后來，更通用的熱化學還原技術被研發出來。銫在1926年之前基本上沒有獲得任何工業應用，當時它被用作降低射線管涂層鎢絲電子功函數的吸氣劑。第一次世界大戰前，只有德國生產少量銫，產量僅幾千克。20世紀30年代，美國開始生產銫。第二次世界大戰期間，隨著光電管的發展，銫在光敏原件中有了少量的使用，但由于銫價格昂貴而稀少，應用受到限制。
1957年，美國成功從鋰云母提鋰后的母液——混合碳酸堿液（含Cs?O2%和Rb?O23%）中回收銫、，使得銫的產量驟增。銫作為鋰生產的副產品，價格隨之降低，由此促進了銫的應用和對銫性質的研究。20世紀60年代以來，多種提取銫的方法被開發出來，使銫的提取和冶金技術達到相當水平，產品質量不斷提高，同時價格進一步降低。
分布情況
銫在地球中的含量分布
銫在地殼中的豐度居第40位，平均含量為7 g/t，與常見的銅、鋅、錫等元素大致相同，比常見元素鎘、、汞、銻及的含量高。在海洋中居23位，含量0.002 g/t。截止至2015年，世界已探明的銫的儲量約為21萬噸。
銫具有獨立礦石銫榴石、銫柱石和硼氟鉀石，特別是在銫榴石中，含有大約5%-32%的Cs?O，這使得它具有經濟上的意義。加拿大的Bernic湖偉晶巖礦曾發現了世界上最大的銫榴石礦，總量可達十二萬噸，而且平均含銫量也很高，平均含有約23.3%的Cs?O。根據美國地質調查局的統計，全球銫榴石資源主要分布在津巴布韋、納米比亞和加拿大。
在中國，銫資源也十分豐富，主要分布在江西的宜春市、新疆的富蘊縣、四川省的康定市、湖南省的香花嶺和青海省。江西省的鋰云母含Cs?O 0.3%，也是中國最大的銫資源基地。中國鹽湖鹵水多，銫資源豐富，青藏高原鹵水平均含Cs?O 0.03 g/L，新疆的銫榴石含量在Cs?O29%-30%。
理化性質
物理性質
純的銫是一種銀白色、柔軟有韌性的金屬。微量的氧氣就會使銫的表面發生變化從而呈現出金色。在穩定的堿金屬中（除以外），銫具有最低的沸點和熔點，最高的蒸汽壓，最高的密度和最低的電離能。這些性質與單價銫離子較大的半徑有關。
單晶銫屬于立方晶系，在78K下，銫的單晶彈性常數：C??是0.0247，C??是0.0206，C??是0.0148（其單位為1011N/平方米）。
化學性質
由于其極低的電離勢，銫通常比鋰、鈉或鉀更活潑，而且明顯比銣更活潑。銫是已知元素中（包括放射性元素）金屬性最強的（注意不是金屬活動性，活動性最強的是鋰），在堿金屬中，銫是最活潑的。當銫暴露于空氣中時，會與氧發生劇烈反應，生成一層灰藍色的氧化物，不到一分鐘就可以自燃起來，產生深紫紅色火焰，生成多種氧化物的混合物。銫能與水發生劇烈的反應，如果把銫放進盛有水的水槽中，馬上就會發生爆炸。甚至和溫度低到-116℃的冰均可發生猛烈反應產生氫氣、氫氧化銫，生成的氫氧化銫是無放射性的氫氧化物中堿性最強的。銫與鹵族元素也可以生成穩定的鹵化物，氯化銫是它的主要化合物。
銫與其他堿金屬類似，能形成簡單的烷基化合物和芳基化合物。它們是無色的固體，不揮發，不溶于除二乙基鋅以外的大多數溶劑。由于銫的芳基化合物具有特殊的反應性，在其他堿性烷[wán]基或碘化甲基鎂不起作用的地方，銫的芳基化合物能有效地進行烷基化。銫與碳氫化合物反應時，C-H鍵的活性因與雙聯或芳香族自由基的碳原子結合而增加。當銫與乙烯反應時，形成一種棕色的固體加成產物，當汞齊銫與三苯氯甲烷溶液在碘化鈉醚中反應時，形成一種非?；顫姷睦跎勰?，三苯甲基銫(C?H?)?CCs。
（一）金屬銫幾乎能與所有非金屬單質作用，生成相應的正一價銫的化合物。
（四）在加熱和催化劑作用下，金屬銫能從氨中置換出氫氣。
（五）金屬銫與硝酸反應放出一氧化氮；與其他酸反應則發出氫氣。
銫的同位素
銫是擁有同位素最多的元素之一，天然存在的銫和銫礦物僅由穩定的同位素133Cs組成，放射性核素13?Cs是福島縣第一核電站泄漏出的放射性污染中的一種。放射性銫同位素如13?Cs產生于核電站的燃料棒中，其半衰期30.17年，可輻射β射線和γ射線，用作β和γ輻射源，用于輻射育種、輻照儲存食品、醫療器械的殺菌、癌癥的治療以及工業設備的γ探傷等工農業和醫療領域，具有持續的放射性和生物毒性。
可以從裂變產物中回收銫同位素，通過在硝酸中消解過濾后，用磷鎢酸來沉淀放射性磷鎢酸銫。該技術可用于制備放射性金屬銫或化合物。已經開發出多種工藝從放射性廢物中分離出13?Cs，包括使用大環聚醚多元醇或冠醚的溶劑萃取和與四苯基硼鈉共沉淀法。放射性同位素13?Cs在過程控制和污水污泥滅菌方面具有重要的商業價值。但是，由于其具有較高的生物危害，必須進行良好的防護。
生產制備
礦石處理
處理前需要將礦石研磨成粉。
直接還原法
在真空中，在鈣的存在下將礦石加熱到950 ℃，或在惰性氣體氛圍中，在鈉或鉀的存在下將礦石加熱到750 ℃，可以直接還原銫榴石。此外，還需要過量的還原性金屬，并進行蒸餾純化，否則所得到的銫金屬不純凈。因這一過程的工程難度很大，所以該方法沒有得到商業應用。
堿分解法
通過在800-900 ℃下用碳酸鈣氯化鈣混合物或在600-800 ℃下用碳酸鈉氯化鈉混合物焙燒銫榴石，隨后對焙燒物進行水浸，過濾后可得到不純的氯化銫溶液，該溶液可轉化為銫礬Cs?SO?·Al?(SO?)?·24H?O。至此，從銫榴石中提取銫已基本完成。
酸分解法
通過酸分解銫榴石是生產銫的主要工藝。可以使用氫氟酸、氫溴酸、鹽酸和硫酸。用鹽酸在高溫下處理碳酸鈣，產生銫、鋁和堿金屬氯化物的溶液，從二氧化硅殘渣中分離出來。銫以氯化物的形式與鉛、銻或錫混合析出。水解可使附屬的金屬析出，另一方案是用硫化氫沉淀或從浸出液中萃取或從氯化銫溶液中離子交換回收銫。
銫的生產
熱化學法
鹵化銫可以較為容易地被鈣或還原。在真空或惰性氣體氛圍中，將提純的氯化銫和鈣以相同的比例混合加熱到700-800 ℃，其中90-95%的銫會被蒸餾成金屬。在300-400 ℃和更高的真空度下可以獲得更高純度的銫。
熱分解法
疊氮化銫CsN?，由硫酸銫和迭氮化鋇水溶液反應而成，在3268 ℃熔化，在3908 ℃下分解成金屬銫。
電解還原法
銫金屬的極端反應性和相對較高的揮發性使傳統的熔鹽電解銫鹽不適合直接生產銫金屬，但它可以作為金屬銫生產中的一個階段。例如，使用熔融鉛陰極在700℃電解熔融氯化銫會得到含有8.5%銫的銫鉛合金，隨后可在600-700 ℃的真空下蒸餾出金屬銫。或者，使用汞陰極電解濃縮的水性溶液，然后蒸餾汞合金，得到銫金屬。
分離方法
銫作為堿金屬元素，與和它共生的同族元素鉀、鈉、鋰等無論是在物理性質上或者化學性質上都十分相近，所以從多種伴生礦中提取金屬銫難度很高。通用的提取銫的方法有離子交換法、沉淀法、溶劑萃取法等。
離子交換法
離子交換法適用于低濃度銫的富集和分離，是銫分離提取的一個重要方法。該法選擇性好、工藝簡單、回收率高并且易于實現工業化，可以作為從鹽湖鹵水中分離提取銫的主要生產方法。根據離子交換劑的組成可以分為兩大類：無機化合物材料離子交換法、有機沒藥樹離子交換法。
（一）無機材料離子交換法。無機離子交換劑具有良好的穩定性、耐熱性、抗輻射性、選擇性和優良的機械性能等優點。根據無機離子交換劑骨架化合物的不同，可分為如下五大類：（1）鋁硅酸鹽；（2）雜多酸鹽；（3）多價金屬酸性鹽、水合氧化物；（4）金屬亞鐵氰化物及鐵氰化物；（5）復合吸附劑。
（二）有機樹脂離子交換法。有機樹脂離子交換劑主要包括一些螯合樹脂，該類樹脂交換容量大，但耐熱性能和抗輻射性能均較差，易受高價金屬離子的干擾且交換勢較大，僅適合裝柱用于流動注射、色譜等在線分離富集，在工業應用中價值不大。
沉淀法
沉淀法即利用溶液中的銫離子與某些試劑（如硅鉬酸、氯鉑酸、四氯化錫、碘鉍酸鉀等）反應生成難溶化合物或結晶沉淀的特性，將銫從溶液中沉淀出來，從而成功分離銫，特別適用于從膽巴中分離提取銫。在早期的銫提取過程中，沉淀法被大量使用，但由于在強放射性溶液中進行固液分離的操作較為困難，而且沉淀法屬于間歇式操作，步驟較為復雜，人工勞動強度大，使其在實驗研究和工業應用上受到制約。然而沉淀法可用于分析目的的研究或粗產品的進一步分離提純。
溶劑萃取法
采用溶劑萃取技術能更簡便地將痕量被測元素從基體中分離出來。在銫的分離方法中，溶劑萃取是近年來研究較多、應用較廣、進展較快的一種分離技術。銫離子可與某些有機化合物發生絡合反應或與某些大分子有機試劑上的一價陽離子發生交換，因此可以從無機化合物相進入有機相從而達到與其它金屬離子分離目的。對銫離子具有較好萃取性能的有機試劑有酚醇類試劑、冠醚等。
揮發法
揮發法是利用銫本身在高溫下揮發的特性，但是由于該法需在高溫、高放射性條件下操作，對實驗設備的要求高，安全性不佳，所以難以推廣應用。
分步結晶法
分步結晶法是一種用于分離化學性質相近的金屬化合物的古老方法。它主要依靠不同金屬化合物之間溶解度的差異，通過重復操作，達到分離的目的。耶魯大學的Browning教授就曾利用分步結晶法將銣、銫從其礦物資源鋰云母中分離出來。
分析方法
化學分析法
化學分析法主要包括重量法和容量法兩種，此法較適用于高濃度及中等濃度條件下的銣、銫含量的測定。銣、銫離子本身無明顯的成絡能力，而現有的沉淀劑又較少,溶度積一般較大，因此很少采用容量法，多采用重量法。重量法主要包括四氯化錫、碘鉍酸鹽法、四苯硼鈉法等。
儀器分析法
儀器分析法主要是依據于利用光譜對銫進行測定，其中包含了分光光度法和原子發射光譜法（AES）和原子吸收光譜（AAS）等方式。此外，隨著分析儀器的不斷發展，科學家們還創造出了多種新型的儀器分析方法，比如質子激發X熒光分析法（PIXE）、電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）和離子色譜法（IC）等。
放射性13?Cs的檢測
根據13?Cs裂變產物的特性及物理化學性質，可以將放射性銫的測定方法分為γ能譜法和β計數法。
γ能譜法
13?Cs是一個純β輻射體，但是它有一個子體13?Bam，可以發射γ射線、半衰期為2.55 min，20 min可與13?Cs達到放射性平衡。γ譜儀可以對這些射線的能量峰進行測量。
γ能譜法的優點是γ射線的穿透力較強，測量前處理過程較為簡單，并能同時測量多種放射性核素，缺點則是靈敏度較低。
β計數法
β計數法是先采用放射化學方法將銫離子富集、分離、純化和制源后，利用β探測器測量其放射性。
此方法的關鍵在于如何富集和分離銫離子，其優點為靈敏度很高，但缺點是測量前樣品處理步驟較為繁瑣，且實驗易發生危險。
應用領域
銫原子鐘
銫產生的輻射頻率具有長時間的穩定性，利用這一特點可作成一種準確度極高、體積小、質量輕的時鐘———銫原子鐘，它能準確地測量出幾十億分之一秒的時間，可在370萬年中的走時誤差不超過一秒，這對科學研究、交通運輸、遠程航海都有重大意義。
能量轉換裝置
銫因為其極易電離的特性，因此可被用于磁流體發電機、離子推進發動機和熱離子發電器。以銫作為高溫流體添加劑的磁流體發電機具有效率高、污染小、啟動快、造價低和發電費用低等優點。同時，用銫離子來推進飛船，還可以避免因帶著巨量液體或固體酒精飛行時可能發生的爆炸危險。此外，利用銫的熱離子活性可把熱能直接轉化為電能，美國已進行將這種熱電轉換器置于反應堆的裂變區內作為宇航中核集團電轉換的應用研究裝置。
真空管
在制造用于極化離子源的真空管時，汽化銫用作真空管中殘余氣態雜質的吸氣劑，并用作涂層以降低鎢絲或真空管陰極的功函數。銫蒸氣是在850 ℃下在密封和抽真空的管內燒制鉻酸銫顆粒和鋯而產生的。
閃爍計時器
碘化銫和氟化銫可用于閃爍計數器，將電離輻射的能量轉換為可見光脈沖。這些單元在醫學診斷、石油和礦產勘探、分析、空間、軍事和核物理研究等領域有特殊的應用。有鉈活化的碘化銫單晶被納入同步加速器，用于探測高能γ射線。碘化銫和溴化銫用于制備用于紅外光譜儀的透鏡、棱鏡和試管，特別是在500-550 nm范圍內。
醫學治療
銫能從液體中分離脫氧核糖核酸(脫氧核糖核酸)。銫化合物在生物醫學和化學研究中用作催化劑，并用于標記或追蹤化合物。研究者們發現氯化銫對治療各種癌癥有效，并展現出新療法的巨大潛力。銫的放射性同位素長期以來一直被用于放射性治療，例如治療食道癌、直腸癌。
其他應用
氫氧化銫可以作為多種有機和無機化學反應的催化劑，推動反應進行，加快反應速率。
銫的一些鹽類可以用作分析化學試劑和有機合成反應催化劑。
在醫藥學中銫鹽也可用于處置癲癇病，用于麻醉劑及止痛劑等。
在制作光學元件和電子器件時，含有銫的玻璃可以很好地適配它們。
安全事宜
GHS危害聲明
H260（100%）：與水接觸釋放出可自燃的易燃氣體
H314（100%）：造成嚴重的皮膚灼傷和眼部損傷
H318（14%）：造成嚴重眼睛損傷和刺激
急救措施
撥打急救電話。確保醫務人員了解所涉及的材料，并采取預防措施保護自己。在安全的情況下，把受害者轉移有新鮮空氣的地方。如果受害者沒有呼吸，則進行人工呼吸。如果呼吸困難，則吸氧。脫下并隔離受污染的衣服和鞋子。如果與物質接觸，請立即擦拭皮膚；用水流沖洗皮膚或眼睛至少20分鐘。讓受害者保持冷靜和溫暖。
消防滅火
銫會與水、濕氣或蒸汽劇烈反應釋放出氫氣，引發爆炸，所以著火時請勿使用水或泡沫進行滅火。
小火：干粉、純堿、石灰或沙子。
大火：干沙、干粉、純堿或生石灰或退出著火區域，讓火燃燒。在安全的情況下，可將未損壞的容器從著火周圍區域移開。
貯存、運輸
由于銫金屬的高反應性，其儲存、運輸和使用都需要特別的預防措施。少量的通常裝在抽真空的玻璃壺中，大量的銫裝在不銹鋼容器中，容器本身需有外包裝，以確保金屬不受水分或空氣的影響。大多數銫化合物是吸濕的，尤其是鹵化物，因此必須干燥儲存。大多數產品都是裝在內置有夾緊的環形鋼桶的聚乙烯瓶子中。銫化合物的毒理學、職業健康危害和運輸法規是由銫的陰離子而不是銫的陽離子引起的。
參考資料 >