O cesio é un elemento químico de símbolo Cs e número atómico 55. É un metal alcalino brando de cor prateada-dourada, cun punto de fusión de 28,44 °C (301,59 K), un dos únicos cinco metais elementais que se poden atopar en estado líquido a temperatura ambiente. As súas propiedades físicas e químicas aseméllanse ás do rubidio e ás do potasio. É extremadamente reactivo e pirofórico, reaccionando coa auga a temperaturas de ata . É o elemento químico menos electronegativo e só ten un isótopo estable, o cesio-133. Obtense principalmente da extracción do mineral polucita, mentres que os seus radioisótopos, en especial o cesio-137 que é un produto de fisión, obtéñense dos residuos producidos polos reactores nucleares.
Foi descuberto no ano 1860 polos científicos alemáns Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff mediante o método de análise espectral. O seu nome procede do latín caesius, que significa "azul ceo". As primeiras aplicacións a pequena escala deste elemento foron en tubos de baleiro e células fotoeléctricas. En 1967, baseándose na definición da velocidade da luz de Einstein como a dimensión máis constante do universo, o Sistema Internacional de Unidades illou dúas emisións de ondas específicas do espectro do cesio-133 para definir as medidas do segundo e do metro. Dende entón o cesio foi empregado habitualmente en reloxos atómicos de alta precisión.
Dende os anos 1990 a súa principal aplicación foi en forma de formiato de cesio para fluídos de perforación, pero tamén se emprega o elemento en aplicacións eléctricas, electrónicas e químicas. O isótopo radioactivo cesio-137 ten unha vida media duns 30 anos e úsase en aplicacións médicas, industriais e hidrolóxicas. O elemento presenta unha toxicidade media e considérase un metal perigoso, e os seus radioisótopos supoñen un risco para a saúde cando se liberan no ambiente.
Características Propiedades físicas esquerda|miniatura|Cesio-133 de alta pureza preservado baixo argon. O cesio é un elemento moi brando (0,2 Mohs) e dúctil, de cor pálida que se escurece na presenza de osíxeno. O seu punto de fusión é de 28,4 °C (301,5 K), o que o converte nun dos poucos metais elementais que se poden atopar en estado líquido a temperatura ambiente. O mercurio é o único outro metal coñecido cun punto de fusión máis baixo que este elemento. Tamén presenta un baixo punto de ebulición, , o segundo máis baixo de tódolos metais. Os seus compostos arden cunha cor azul ou violeta.
Forma aliaxes con outros metais alcalinos (agás co litio) e co ouro, así como amálgamas co mercurio. A temperaturas por baixo dos non forma aliaxes co cobalto, ferro, molibdeno, níquel, platino, tántalo ou volframio. Tamén forma compostos intermetálicos co antimonio, galio, indio e torio, que son fotosensitivos. A aliaxe de menor concentración molar está formada por un 41% de cesio, 47% de potasio e 12% de sodio, e ten o punto de fusión máis baixo de tódalas aliaxes metálicas coñecidas, . Algunhas das súas amálgamas foron obxecto de estudo, como que é de cor negra cun lustre metálico púrpura, mentres que CsHg é de cor dourada, tamén cun lustre metálico.
Propiedades químicas esquerda|miniatura|Ao engadir unha pequena cantidade de cesio a auga fría prodúcese unha explosión. O cesio é altamente reactivo e pirofórico. É capaz de entrar en ignición de forma espontánea no aire, e reacciona de forma explosiva coa auga incluso a baixas temperaturas, máis que o resto de membros dos metais alcalinos da táboa periódica. Esta reacción coa auga pode darse a temperaturas de ata , o que fai que se clasifique como un material perigoso. Almacénase e transpórtase dentro de hidrocarbonos saturados secos, como o aceite mineral. Así mesmo debe manexarse baixo unha atmosfera de gas inerte, como por exemplo argon. Porén, as explosións de cesio-auga adoitan ser menos potentes que as de sodio-auga en iguais concentracións de cesio e sodio. Isto é así xa que o cesio estoura no mesmo instante de contacto coa auga, deixando moi pouco tempo como para que se acumule o hidróxeno. Pode almacenarse en ampolas de vidro borosilicatado, aínda que para cantidades maiores de 100 gramos o transporte realízase dentro de contedores de aceiro inoxidable pechados hermeticamente.
A química do cesio é semellante á dos outros metais alcalinos, en particular á do rubidio, que se atopa directamente enriba del na táboa periódica. O seu estado de oxidación máis común é o +1, aínda que os haluros deste elemento conteñen o anión Cs− e polo tanto atópanse no estado de oxidación −1. Un estudo de 2013 indicou que baixo condicións de presión extrema (máis de 30 GPa), os electróns internos 5p poderían formar ligazóns químicas, onde o cesio se comportaría como o sétimo elemento 5p, indicando que baixo este tipo de condicións poderían existir fluoruros de cesio con estados de oxidación deste elemento que variarían dende o +2 ata o +6. Algunhas diferenzas co resto de alcalinos danse no feito de que ten maior masa atómica e electropositividade que os outros membros non radioactivos deste grupo. O cesio é o elemento químico de maior electropositividade, e o seu ión presenta un tamaño maior que o resto de elementos alcalinos máis lixeiros.
Abundancia miniatura|dereita|300px|Mineral de polucita. O cesio é un elemento relativamente escaso, con estimacións que indican unha presenza aproximada de 3 partes por millón deste elemento na codia terrestre. Isto sitúao como o 45º elemento químico máis abundante, e o 36º metal máis común. É máis abundante que elementos como o antimonio, cadmio, estaño e volframio, e dúas ordes de magnitude máis abundante que o mercurio e a prata. Non obstante, a súa abundancia é de tan só un 3,3% en comparación co rubidio, o elemento ao que máis se asemella quimicamente.
Por mor do seu gran raio iónico, o cesio é un dos denominados "elementos incompatibles". Durante o proceso de cristalización fraccionada o cesio concéntrase na fase líquida e cristaliza en último lugar. Isto provoca que os maiores depósitos de cesio se atopen en corpos minerais de pegmatita formados por este proceso de enriquecemento. Como o cesio non se substitúe polo potasio de forma tan doada como o rubidio, os minerais alcalinos silvina (KCl) e carnalina () adoitan conter tan só un 0,002% deste elemento. Poden atoparse tamén pequenas cantidades porcentuais de cesio no berilo () e na avogadrita (). Dáse en concentracións de ata un 15 % de Cs2O na pezzottaíta (Cs(Be2Li)Al2Si6O18), ata un 8,4 % na londonita (), e en menor concentración no mineral máis común rodicita. A única fonte mineral de cesio con importancia económica é a polucita , que se atopa en diversas partes do mundo con presenza de minerais de pegmatita, e está asociado a outros minerais de litio de maior importancia económica como a lepidolita e a petalita.
Unha das maiores fontes deste metal é a Mina Tanco en Bernic Lake, Manitoba, Canadá. Os depósitos alí atopados estímanse nunhas 350 000 toneladas de mineral de polucita, o que representa máis de dous terzos das reservas mundiais deste mineral. Malia que o contido estoiquiométrico do cesio na polucita é dun 42,6%, as mostras de polucita puras deste depósito conteñen ao redor dun 34% de cesio, mentres que a polucita que se comercializa contén ao redor dun 19% deste metal. O depósito de pegmatita do Distrito de Bikita, en Zimbabwe, trabállase para extraer petalita principalmente, pero tamén contén unha cantidade significativa de polucita, que tamén se pode atopar en cantidades notables na Rexión Erongo de Namibia. Segundo estimacións feitas pola axencia U.S. Geological Survey no 2009, as reservas totais mundiais de cesio serían dunhas 70 000 toneladas.
Isótopos O cesio ten un total de 39 isótopos coñecidos, que varían en número másico dende 112 ata 151. Varios destes isótopos sintetízanse dende elementos máis lixeiros mediante un lento proceso de captura de neutróns dentro das estrelas máis lonxevas, así como no interior das supernovas. Porén, o único isótopo estable do cesio é 133Cs, con 78 neutróns. Aínda que posúe un spin nuclear grande , poden realizarse estudos de resonancia magnética nuclear con este isótopo a unha frecuencia resoante de 11,7 MHz.
O isótopo radioactivo 135Cs ten unha vida media de aproximadamente 2,3 millóns de anos, a máis longa de tódolos isótopos radioactivos deste elemento. 137Cs e 134Cs teñen vidas medias de 30 e 2 anos respectivamente. 137Cs descomponse en 137mBa por emisións beta e posteriormente en bario non radioactivo, mentres que 134Cs transfórmase en 134Ba directamente. Os isótopos de número másico 129, 131, 132 e 136 teñen vidas medias de entre un día e dúas semanas, e o resto de isótopos teñen vidas medias non superiores a un segundo. Existe un total de polo menos 21 isómeros nucleares metaestables, todos eles moi inestables e con vidas medias duns poucos minutos. 135Cs é tamén un dos produtos de gran lonxevidade resultantes da fisión do uranio que se forman nos reactores nucleares. Porén, esta produción é reducida na maioría de reactores, xa que o seu predecesor 135Xe é un veleno nuclear moi potente e transmútase habitualmente a un 136Xe estable antes de que poida decaer ata 135Cs.
miniatura|dereita|250px|Decaemento do cesio-137. O isótopo 137Cs é un potente emisor de radiación gamma debido ao seu decaemento por emisións beta. A súa vida media convérteo no principal produto de lonxevidade media xunto ao 90Sr que resultan da fisión nuclear do uranio, sendo ámbolos dous responsables da radioactividade do combustible nuclear esgotado, que pode durar varios centos de anos tralo uso deste. Como exemplo, no ano 2005 estimouse que o 137Cs xunto ao 90Sr estaban a ser a principal fonte de radioactividade na área afectada polo accidente de Chernóbil. O tratamento do 137Cs por medio de captura de neutróns non é factible debido ao baixo ritmo de captura, o que provoca que se teña que permitir o decaemento natural deste isótopo.
Case todo o cesio producido como resultado da fisión nuclear procede das emisións beta de produtos de fisión orixinariamente máis ricos en neutróns, pasando por varios isótopos de iodo e xenon. Xa que estes dous elementos son volátiles e poden difundirse a través do combustible nuclear ou polo aire, o cesio radioactivo adoita formarse lonxe do sitio orixinal no que teña lugar a fisión. As primeiras probas nucleares dos anos 1950 liberaron isótopos de 137Cs na atmosfera terrestre, que posteriormente retornaron á superficie da terra como parte da consecuente chuvia radioactiva.
Compostos A gran maioría dos compostos de cesio conteñen este elemento en forma de catión , que forma enlaces iónicos cunha ampla variedade de anións, sendo a excepción máis notable a esta maioría o anión cesiuro () e varios dos óxidos do elemento.
Os sales de Cs+ son invariablemente incoloros agás nos casos nos que a unión en si mesma presente coloración. Moitos dos sales simples son higroscópicos, aínda que en menor medida que os sales correspondentes doutros metais alcalinos máis lixeiros. Os fosfatos acetatos, carbonatos, haluros, óxidos, nitratos e sulfatos deste elemento son solubles en auga. As sales dobres presentan unha menor solubilidade, como no caso do sulfato de aluminio-cesio, empregado na purificación de Cs nos seus minerais. Outros sales dobres con baixa solubilidade son os de antimonio (p.ex.: ), bismuto, cadmio, cobre, ferro e chumbo.
miniatura|esquerda|200px|Modelo da coordinación cúbica do cesio e do cloro no CsCl.