Xêsi

Tính chất vật lý

Xêsi là một kim loại có màu nhạt rất dẻo, độ cứng thấp và rất mềm (độ cứng của nó là 0,2, là nguyên tố mềm nhất), nó chuyển sang màu tối khi có mặt ôxy ở dạng vết. Xêsi có điểm nóng chảy ở 28,4 °C (83,1 °F), là một trong ít các kim loại nguyên tố ở dạng lỏng trong điều kiện gần nhiệt độ phòng. Thủy ngân là kim loại nguyên tố duy nhất có điểm nóng chảy thấp hơn xêsi. Thêm vào đó, kim loại xêsi có điểm sôi khá thấp, 641 °C (1.186 °F), thấp nhất trong tất cả các kim loại trừ thủy ngân. Các hợp chất của nó cháy cho ngọn lửa màu xanh dương hoặc tím.
Xêsi tạo hợp kim với các kim loại kiềm khác, cũng như với vàng, và tạo hỗn hống với thủy ngân. Ở nhiệt độ dưới 650 °C (1.202 °F), nó không tạo hợp kim với coban, sắt, molypden, niken, platin, tantalum hay wolfram. Nó tạo thành các hợp chất đa kim với antimon, galli, indi và thori, có tính cảm quang. Xêsi tạo hỗn hợp với tất cả kim loại kiềm, trừ liti; hợp kim với tỉ lệ mol chiếm 41% xêsi, 47% kali, và 12% natri có điểm nóng chảy thấp nhất trong bất kỳ hợp kim kim loại nào đã được biết đến, ở −78 °C (−108 °F). Một vài hỗn hống đã được nghiên cứu như: CsHg₂ có màu đen tạo ra ánh kim màu tía, trong khi CsHg có màu vàng ánh bạc.

Tính chất hóa học

Kim loại xêsi có độ hoạt động mạnh và tự bốc cháy. Nó phản ứng nổ với nước thậm chí ở nhiệt độ thấp, mạnh hơn các kim loại khác trong nhóm 1. Phản ứng với nước đá ở nhiệt độ thấp −116 °C (−177 °F). Do có tính hoạt động mạnh, kim loại xêsi được xếp vào nhóm vật liệu nguy hại. Nó được trữ và vận chuyển trong hidrocacbon khô, như dầu khoáng. Tương tự, nó phải được xử lý trong khí trơ như argon. Tuy nhiên, phản ứng nổ xêsi-nước thường ít mạnh hơn phản ứng nổ natri-nước với cùng một lượng natri. Điều này là do xêsi phát nổ ngay lập tức khi tiếp xúc với nước, nên có ít thời gian để tích tụ hydro. Xêsi có thể được chứa trong ống thủy tinh borosilicat được hút chân không. Với một lượng hơn 100 gram (3,5 oz), xêsi được vận chuyển trong các thùng chứa bằng thép không gỉ được bịt kín.
Tính chất hóa học của xêsi tương tự các kim loại kiếm khác như gần với tính chất của rubidi hơn. Là một kim loại kiềm, trạng thái ôxy hóa phổ biến của nó là +1. Có một số khác biệt nhỏ từ thực tế rằng nó khối lượng nguyên tử lớn hơn và độ dương điện lớn hơn so với các kim loại kiềm khác. Xêsi là nguyên tố hóa học có độ dương điện cao nhất. Ion xêsi cũng lớn hơn và ít "cứng" hơn so với các kim loại kiềm nhẹ hơn.

Hợp chất

Phần lớn các hợp chất của xêsi chứa nguyên tố ở dạng cation Cs⁺, nó tạo liên kết ion với nhiều loại anion. Một ngoại lệ đáng chú ý là trường hợp anion caesua (Cs⁻). Các ngoại lệ khác bao gồm nhiều suboxit (xem phần các oxit bên dưới).
Đối với các hợp chất thông thường, các muối Cs⁺ hầu như không màu trừ anion là có màu. Nhiều muối đơn giản là hygroscopic, nhưng ít hơn so với các muối tương ứng của các kim loại kiềm nhẹ hơn. Các muối phosphat, acetat, cacbonat, halua, oxit, nitrat, và sulfat đều tan trong nước. Các muối kép thường ít tan hơn, và tính tan thấp của xêsi nhôm sulfat được khai thác để lấy Cs từ quặng của nó. Muối kép với antimon (như CsSbCl₄), bismuth, cadmi, đồng, sắt, và chì cũng ít tan.
Xêsi hydroxit (CsOH) là một bazơ cực mạnh và sẽ nhanh chóng ăn mòn bề mặt của bán dẫn như silicon. CsOH thông thường được coi là "bazơ mạnh nhất" (sau FrOH), phản ánh tính hút tương đối yếu giữa ion lớn Cs⁺ và OH⁻; nhưng trên thực tế thì nhiều hợp chất khác không tan trong dung dịch, như n-butyl liti (C₄H₉Li) hay amit natri (NaNH₂) là các bazơ mạnh hơn.
Hỗn hợp cân bằng hóa học của xêsi và vàng sẽ phản ứng để tạo thành xêsi aurua vàng (Cs⁺Au⁻) trong điều kiện nung. Aion aurua có ứng xử như một giả halogen. Hợp chất phản ứng mãnh liệt với nước tạo xêsi hydroxit, vàng kim loại, và khí hydro; trong amoniac lỏng nó có thể phản ứng với một loại nhựa trao đổi ion xêsi đặc biệt tạo ra tetramethylammonium aurua. Hợp chất với platin tương tự như xêsi platinua đỏ (Cs₂Pt) chứa ion platinua có ứng xử như một giả chalcogen.

Phức

Giống như các cation kim loại, Cs⁺ tạo phức với các bazơ Lewis trong dung dịch. Do có kích thước lớn, Cs⁺ thường có số phối trí lớn hơn 6, là điển hình cho các cation kim loại kiềm nhẹ hơn. Xu hướng này thể hiện rõ bởi số phối trí 9 trong CsCl, so với mẫu halit khi các kim loại kiềm khác liên kết với clo. Nó có số phối trí cao và mềm (khuynh hướng tạo thành liên kết cộng hóa trị) là điểm cơ bản để tách Cs⁺ ra khỏi các cation khác, như xử lý chất thải hạt nhân khi ¹³⁷Cs⁺ được tác ra khỏi một lượng lớn K⁺ không phóng xạ.

Halua

Xêsi florua (CsF) là một chất rắn màu trắng háo nước được sử dụng rộng rãi trong hóa học cacbon-flo làm nguồn cung cấp anion florua. Xêsi florua có cấu trúc giống halit, nghĩa là các ion Cs⁺ và F⁻ xếp trong một hình lập phương kết chặt giống như Na⁺ và Cl⁻ trong natri clorua.
Xêsi clorua (CsCl) kết tinh theo hệ lập phương, còn được gọi là cấu trúc xêsi clorua. Kiểu cấu trúc này là một ô mạng lập phương nguyên thủy với một đơn vị cơ bản gồm 2 nguyên tử, mỗi nguyên tử có số phối trí là 8; các nguyên tử clorua nằm trên các đinh của ô mạng, còn xêsi nằm ở trọng tâm của hình lập phương. Cấu trúc này giống với CsBr và CsI, và nhiều hợp chất khác không chứa Cs. Cấu trúc CsCl được tham chiếu vì Cs⁺ có bán kính ion là 174 pm và Cl⁻ 181 pm.

Oxit

Xêsi tạo nhiều hợp chất hai cấu tử với ôxy hơn các kim loại kiềm khác. Khi cháy trong không khí, superoxit CsO₂ là sản phẩm chính. Xêsi oxit (Cs₂O) "bình thường" tạo các tinh thể hệ sáu phương có màu vàng cam, và chỉ có oxit loại anti-CdCl₂. Nó hóa hơi ở 250 °C (482 °F), và phân hủy thành kim loại xêsi và peroxit Cs₂O₂ ở nhiệt độ trên 400 °C (752 °F). Ngoài các superoxit và ozonua CsO₃, nhiều suboxit có màu sáng cũng được nghiên cứu, như Cs₇O, Cs₄O, Cs₁₁O₃, Cs₃O (lục sẫm), CsO, Cs₃O₂, hay Cs₇O₂. Chất Cs₇O₂ có thể được nung trong chân không để tạo ra Cs₂O. Hợp chất hai cấu tử với lưu huỳnh, selen, và telluri cũng tồn tại.

Phổ biến

Xêsi là một nguyên tố tương đối hiếm vì nó chiếm trung bình khoảng 3 ppm trong vỏ Trái Đất. Nguyên tố này phổ biến thứ 45 trong số các nguyên tố và thứ 36 trong nhóm kim loại. Tuy vậy, nó phổ biến hơn các nguyên tố như antimony, cadmi, thiếc và tungsten, và lớn gấp 20 lần so với thủy ngân hoặc bạc, nhưng chỉ hơn 3,3% so với rubidi là loại cộng sinh với nó.
Do có bán kính ion lớn, xêsi là một trong những nguyên tố không tương hợp trong việc thay thế với các nguyên tố khác trong ô mạng tinh thể. Trong sự kết tinh phân đoạn mácma, xêsi được tập trung ở pha lỏng và kết tinh sau cùng. Do đó, các mỏ xêsi lớn nhất là các thân quặng pecmatit được hình thành từ quá trình làm giàu quặng này. Do xêsi không thể thay thế kali cũng như rubidi, các khoáng vật kiềm hình thành do quá trình bay hơi như sylvit (KCl) và carnallit (KMgCl₃·6H₂O) chỉ có thể chứa 0,002% xêsi. Từ đó, Cs được tìm thấy trong ít khoáng vật. Một phần xêsi có thể được tìm thấy trong beryl (Be₃Al₂(SiO₃)₆) và avogadrit ((K,Cs)BF₄), lên đến 15 wt% Cs₂O trong khoáng pezzottait (Cs(Be₂Li)Al₂Si₆O₁₈), lên đến 8,4 wt% Cs₂O trong londonit ((Cs,K)Al₄Be₄(B,Be)₁₂O₂₈), và ít phổ biến hơn trong rhodizit. Nguồn khoáng sản duy nhất quan trọng có giá trị kinh tế của xêsi là pollucit Cs(AlSi₂O₆), nó được tìm thấy ở một vài nơi trên thế giới trong các pecmatit, và đồng sinh với nguyên tố có giá trị hơn là liti trong lepidolit và petalit. Trong pecmatit, các hạt có kích thước lớn và các khoáng vật bị chia tách rõ tạo ra một loại quặng cao cấp trong khai thác mỏ.
Một trong những nguồn tài nguyên giàu xêsi và quan trọng nhất trên thế giới là mỏ Tanco ở Bernic Lake, Manitoba, Canada. Mỏ được ước tính chứa 350.000 tấn quặng pollucit, chiếm 2/3 trữ lượng trên thế giới. Mặc dù cân bằng hàm lượng xêsi trong pollucit là 42,6%, các mẫu pollucit tinh khiết từ mỏ này có thể chỉ chiếm khoảng 34% xêsi, trong khi hàm lượng trung bình 24 wt%. Pollucit thương mại chứa hơn 19% xêsi. Mỏ pecmatit Bikita ở Zimbabwe được khai thác để lấy petalit, nhưng nó chỉ chứa một lượng đáng kể pollucit. Một lượng pollucit khá phong phú cũng được khai thác ở sa mạc Karibib, Namibia. Với tốc độ khai thác các mỏ trên thế giới hiện nay với sản lượng 5 đến 10 tấn mỗn năm, với trữ lượng hiện tại việc khai thác có thể kéo dài hàng ngàn năm.

Đồng vị

Xêsi có ít nhất 39 đồng vị đã biết, là nhiều hơn bất kỳ một nguyên tố nào (ngoại trừ franxi). Nguyên tử lượng của các đồng vị này nằm trong khoảng từ 112 tới 151. Nhiều trong số này được tổng hợp từ các nguyên tố nhẹ hơn bằng quá trình bắt neutron chậm (quá trình S) bên trong các sao già, cũng như trong các vụ nổ siêu tân tinh (quá trình R). Mặc dù có nhiều đồng vị như vậy, song xêsi chỉ có 1 đồng vị ổn định trong tự nhiên là Cs¹³³ có 78 neutron. Mặc dù nó có spin hạt nhân lớn (⁷⁄₂+), các nghiên cứu cộng hưởng từ hạt nhân có thể được tiến hành trên đồng vị này ở tần số cộng hưởng 11,7 MHz. 
¹³⁵Cs có chu kỳ bán rã rất dài khoảng 2,3 triệu năm, dài nhất trong tất cả các đồng vị của xê-si. ¹³⁷Cs và ¹³⁴Cs có chu kỳ bán rã lần lượt là 30 và 2 năm. ¹³⁷Cs phân rã beta tạo thành đồng vị ¹³⁷ᵐBa có thời gian tồn tại ngắn, và sau đó thành bari không phóng xạ, trong khi ¹³⁴Cs chuyển trực tiếp thành ¹³⁴Ba. Các đồng vị có số khối 129, 131, 132 và 136 có chu kỳ bán rã từ một ngày đến hai tuần, trong khi hầu hết các đồng vị còn lại có chu kỳ bán rã từ vài giây đến một giây. Có ít nhất 21 đồng phân hạt nhân ở trạng thái kích thích. Ngoài ¹³⁴ᵐCs (có chu kỳ bán rã dưới 3 giờ), tất cả đều rất không bền và phân rã có chu kỳ vài phút hay ngắn hơn.
Đồng vị ¹³⁵Cs là một trong những sản phẩm phân hạch hạt nhân của urani có thời gian tồn tại lâu, nó được tạo ra trong các lò phản ứng hạt nhân. Tuy nhiên, sản lượng sản phẩm phân hạch của nó bị giảm trong hầu hết các lò phản ứng do nguyên tử trước đó của nó, ¹³⁵Xe, là một neutron cực kỳ động và chuyển hóa thường xuyên thành ¹³⁶Xe bền trước khi phân rã thành ¹³⁵Cs.
Do phân rã beta của nó (thành ¹³⁷ᵐBa), ¹³⁷Cs là một nguồn phát phóng xạ gamma mạnh. Chu kỳ bán rã của làm nó trở thành một sản phẩm phân hạch có thời gian tồn tại trung bình cùng với ⁹⁰Sr—cả hai góp phần phát ra phóng xạ của các nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng sau nhiều năm làm lạnh cho đến hàng trăm năm sau khi sử dụng. Ví dụ, ¹³⁷Cs cùng với ⁹⁰Sr hiện tạo ra một nguồn phóng xạ lớn nhất ở khu vực xung quanh thảm họa Chernobyl. Không khả thi để xử lý ¹³⁷Cs bằng bắt neutron (do tỉ lệ bắt giữ thấp) và kết quả là nó phải được để cho phân rã.
Hầu như tất cả xêsi được tạo ra từ phân hạch hạt nhân đều từ phân rã beta của các sản phẩm phân hạch giàu neutron hơn, trải qua nhiều đồng vị iod và xenon khác nhau. Do iod và xenon có bay hơi và có thể phân tán qua nhiên liệu hạt nhân hoặc không khí, xêsi phóng xạ thường được tạo ra rất xa nguồn phân hạch. Với vụ thử vũ khí hạt nhân khoảng năm 1945, ¹³⁷Cs đã được giải phóng vào khí quyển và sau đó vào bề mặt trái đất ở dạng bụi phóng xạ.

Lịch sử

Xêsi (tiếng Latinh caesius có nghĩa là "thiên thanh" hay "lam nhạt") được Robert Bunsen và Gustav Kirchhoff phát hiện nhờ quang phổ năm 1860 trong nước khoáng lấy từ Dürkheim, Đức. Việc xác định nó dựa trên các vạch màu lam nhạt trong quang phổ của nó và nó là nguyên tố đầu tiên được phát hiện nhờ phân tích quang phổ, chỉ một năm sau khi Bunsen và Kirchhoff phát minh ra kính quang phổ.
Để thu được một mẫu xêsi tinh khiết, 44.000 lit nước khoáng đã được cho bốc hơi tạo ra 240 kilôgam (530 lb) dung dịch muối. Các kim loại kiềm thổ được kết tủa ở dạng sulfat hoặc oxalat, để lại các kim loại kiềm trong dung dịch. Sau khi chuyển thành các nitrat và tách ra bằng ethanol thì thu được một hỗn hợp không chứa natri. Từ hỗn hợp này, liti được kết tũa bằng ammoni cacbonat. Kali, rubidi và xêsi tạo thành các muối không tan với axit cloroplatinic, nhưng các muối này có độ hòa tan hơi khác nhau trong nước nóng. Do đó, xêsi và rubidi hexacloroplatinat ((Cs,Rb)₂PtCl₆) ít tan hơn có thể thu được từ kết tinh phân đoạn. Sau khi khử hexachloroplatinat bằng hydro, xêsi và rubidi có thể được tách ra dựa trên tính tan khác nhau của dạng cacbonat của chúng trong cồn. Quá trình này tạo ra 9,2 gam (0,32 oz) rubidi clorua và 7,3 gam (0,26 oz) xêsi clorua từ 44.000 lit nước khoáng ban đầu.
Hai nhà khoa học đã sử dụng xêsi clorua này để tính toán khối lượng nguyên tử của nguyên tố mới là 123,35 (so với con số hiện tại được chấp nhận là 132,9). Họ đã cố gắng tạo ra xêsi nguyên tố bằng cách điện phân xêsi clorua nóng chảy, nhưng thay vì tạo ra kim loại, thì họ thu được một chất màu xanh đồng nhất "không thể nhìn bằng mắt thường cũng như bằng kính hiển vi" có thể thấy được kim loại ở dạng vết nhỏ nhất"; kết quả là họ đã gán cho nó tên là subclorua (Cs₂Cl). Trong thực tế, sản phẩm họ tạo ra có thể là một hỗn hợp keo của xêsi kim loại và xêsi clorua. Việc điện phân dung dịch clorua với anot thủy ngân tạo ra hỗn hống xêsi sẵn sàng phân hủy trong các điều kiện dung dịch. Kim loại tinh khiết cuối cùng cũng được nhà hóa học Đức Carl Setterberg tách ra khi nghiên cứu luận án tiến sĩ của ông với Kekulé và Bunsen. Năm 1882, ông tạo ra kim loại xêsi bằng cách điện phân xêsi cyanua, và điều này đã tránh các vấn đề như đã gặp khi sử dụng clorua.
Trong lịch sử, ứng dụng quan trọng nhất của xêsi là trong nghiên cứu và phát triển, chủ yếu là lĩnh vực điện và hóa. Rất ít ứng dụng phát triển trên xêsi mãi cho đến thập niên 1920, khi nó được sử dụng trong các ống chân không radio. Nó có hai chức năng; là một getter, nó loại bỏ ôxy thừa sau khi chế tạo, và làm chất áo trên cathode được nung nóng, nó làm tăng độ dẫn điện. Xêsi không được công nhận là một kim loại trong công nghiệp hiệu suất cao mãi cho đến thập niên 1950. Những ứng dụng của xêsi không phóng xạ như tế bào năng lượng, photomultiplier, các bộ phận quang học của kính hồng ngoại, chất xúc tác cho một số phản ứng hữu cơ, các tinh thể dùng trong máy đếm nhấp nháy, và trong máy phát điện MHD. Xêsi cũng và vẫn được sử dụng làm nguồn cung cấp các ion dương trong quang phổ khối ion thứ cấp (secondary ion mass spectrometry).
Từ năm 1967, Hệ thống đơn vị đo lường quốc tế xác định giây dựa trên tính chất của xêsi. Hệ SI định nghĩa một giây là 9.192.631.770 chu kỳ phân rã tương ứng với sự chuyển hai mức năng lượng từ trạng thái ổn định của nguyên tử xêsi-133.

Thăm dò dầu khí

Có lẽ ứng dụng phổ biến nhất của xêsi hiện nay là trong các dung dịch khoan dựa trên xesi format (Cs(HCOO)) trong công nghiệp khai thác dầu mỏ. Dung dịch gốc nước của xêsi format (HCOO⁻Cs⁺)—được tạo ra từ phản ứng của xêsi hydroxit với Axit formic—được phát triển giữa thập niên 1990 được sử dụng trong khoan giếng dầu và dung dịch hoàn thiện giếng. Chức năng của dung dịch khoan là bôi trơn mũi khoan, mang mùn khoan lên trên bề mặt, và duy trì áp suất thành hệ trong quá trình khoan giếng. Các dung dịch hoàn thiện hỗ trợ cho việc lắp đặt các thiết bị điều khiển (phần cứng) sau khi khoan nhưng phải trước khi khai thác để duy trì áp suất. Tỷ trọng cao của format xêsi (tới 2,3 sg), cùng với tính tương đối lành tính của các hợp chất Cs, làm giảm các yêu cầu đối với các chất rắn huyền phù tỷ trọng cao và có độc trong dung dịch khoan, làm cho nó có một số ưu thế đáng kể về mặt công nghệ, môi trường và công trình,. Xêsi format có thể được trộn với kali và natri format để giảm tỉ trọng dung dịch xuống bằng với tỉ trọng của nước (1.0 g·cm⁻³). Hơn nữa, nó có thể tự phân hủy và tái sử dụng, và có thể được tái chế, đây là một điểm quan trọng vì chi phí cao của nó (khoảng $4.000  một Barrel năm 2001). Các format kiềm thì an toàn trong vận chuyển và không phá hỏng thành hệ hoặc các kim loại chìm xuống lỗ khoan như những muối tỉ trọng cao ăn mòn thay thế (như dung dịch kẽm bromua ZnBr₂); chúng cũng ít cần làm sạch hơn và giảm chi phí đổ thải.

Đồng hồ nguyên tử

Xêsi cũng đáng chú ý vì các sử dụng trong đồng hồ nguyên tử, với độ chính xác ở mức giây trong hàng nghìn năm. Kể từ năm 1967, đơn vị đo lường thời gian của Hệ đo lường quốc tế (SI), giây, là dựa trên các thuộc tính của nguyên tử xêsi. SI định nghĩa giây bằng 9.192.631.770 chu kỳ bức xạ, tương ứng với sự chuyển trạng thái của hai mức năng lượng spin điện tử trong trạng thái tĩnh của nguyên tử Cs¹³³. Đồng hồ xêsi chính xác đầu tiên được Louis Essen tạo ra năm 1955 ở National Physical Laboratory ở UK. Các đồng hồ này được cải tiến theo định kỳ cứ mỗi nửa thế kỷ, và hình thành các tiêu chuẩn tuân thủ thời gian và đo đạc tần số, và được xem là "đơn vị chính xác nhất mà còn người từng đạt được." Các đồng hồ này đo đạc tần số với sai số 2 đến 3 phần 10¹⁴, tương ứng với độ chính xác thời gian là 2 nano giây mỗi ngày, hoặc 1 giây trong 1,4 triệu năm. Phiên bản mới nhất có độ chính xác hơn 1/10¹⁵, tức là chúng lệch 1 giây trong 20 triệu năm. Các đồng hồ xêsi cũng được dùng trong các mạng lưới quan sát thời gian trong truyền tín hiện điện thoại di động và truyền thông tin trên Internet.

Năng lượng điện và điện tử

Các máy phát điện ion nhiệt bằng hơi xêsi là các thiết bị năng lượng thấp chuyển năng lượng nhiệt thành năng lượng điện. Trong bộ chuyển ống chân không hai điện cực, nó trung hòa điện tích trong khoảng không hình thành ở gần ca-tốt, và do vậy nó tăng cường dòng điện.
Xêsi cũng có những đặc điểm quan trọng do tính quang điện của nó, theo đó năng lượng ánh sáng được chuyển thành dòng điện. Nó được dùng trong các tế bào quang điện do các ca-tốt gốc xêsi như hợp chất kim loại K₂CsSb, có người điện thế thấp để phát ra electron. Các thiết bị quang điện sử dụng xêsi như các thiết bị nhận dạng ký tự quang học, các đèn nhân quang điện, và các ống video camera. Tuy nhiên, germani, rubidi, selen, silicon, telluri, và nhiều nguyên tố khác có thể thay thế xêsi trong các loại vật liệu cảm quang.
Các tinh thể xêsi iodua (CsI), xêsi bromua (CsBr) và xêsi florua (CsF) được ứng dụng làm scintillator trong máy điềm scintillation trong nhiều nghiên cứu khoáng sản và vật lý hạt, vì chúng rất thích hợp để nhận dạng các tia phóng xạ gamma và tia X. Xêsi với vai trò là một nguyên tố nặng cung cấp năng lượng dừng tốt, có khả năng nhận dạng tốt hơn. Các hợp chất của xêsi cũng cung cấp chất phản ứng nhanh (CsF) và ít hút ẩm (CsI).
Hơi xêsi được dùng phổ biến trong từ kế. Nguyên tố cũng được dùng làm chuẩn nội trong quang phổ học. Giống các kim loại kiềm khác, xêsi có ái lực mạnh với ôxy và được sử dụng làm "thắng" (phanh) trong ống chân không. Các ứng dụng khác ở dạng kim loại như tia laser năng lượng cao, đèn huỳnh quang, và chỉnh lưu.

Dung dịch ly tâm

Do có tỉ trọng lớn, các dung dịch xêsi clorua, xêsi sulfat, và xêxi trifluoroacetat (Cs(O₂CCF₃)) được sử dụng phổ biến trong sinh học phân tử để tách lọc ly tâm. Công nghệ này được ứng dụng chủ yếu trong tách các hạt virus, bào quan và các phần phân đoạn của tế bào, và các axit nucleic từ các mẫu sinh học.

Hóa học và y học

Các ứng dụng về hóa của xêsi tương đối ít. Doping với các hợp chất Xêsi được dùng để nâng cao hiệu quả một số chất xúc tác trong sản xuất chất hóa học như các monome axit acrylic, anthraquinone, etylen oxit, metanol, phthalic anhydrua, styren, metyl methacrylat, và nhiều olefin khác nhau. Nó cũng được sử dụng trong chuyển đổi xúc tác sulfur đioxit thành sulfur trioxit trong sản xuất axit sulfuric.
Xêsi florua sử dụng thích hợp trong hóa vô cơ làm chất bazo, hoặc nguồn anhydrous tạo ra ion florua. Các muối Xêsi đôi khi thay các muối natri và kali trong tổng hợp hữu cơ như chất vòng hóa, ester hóa, và polymer hóa. Nó cũng được dùng trong dosimetry bức xạ thermoluminescent (TLD): Khi tiếp xúc với bức xạ, nó thu được những khuyết tật tinh thể do đó khi được nung nóng, chuyển thành phát ra ánh sáng thích hợp với liều nhậu được. Do vậy, việc đo đạc xung ánh sáng bằng đèn nhân quang điện có thể cho phép liều bức xạ tích tụ để có thể lượng hóa được.

Hạt nhân và đồng vị của nó

Xêsi-137 là một đồng vị phóng xạ rất phổ biến được sử dụng như nguồn phát tia gamma trong các ứng dụng công nghiệp. Ưu điểm của nó là có chu kỳ bán rã gần 30 năm, nó có trong chu trình nhiên liệu hạt nhân, và có ¹³⁷Ba đồng vị bền cuối. Khả năng hòa tan lớn trong nước là một bất lợi làm cho nó không thích hợp với large pool irradiators trong việc cung ứng cho thực phẩm và dược phẩm. Nó được dùng trong nông nghiệp, điều trị ung thư, và khử trùng vi sinh trong thực phẩm, bùn cống, và thiết bị phẫu thuật. Các đồng vị phóng xạ của xêsi trong các thiết bị xạ trị được dùng trong lĩnh vực y học để trị các loại ung thư nhất định, nhưng những thay thế tốt hơn trong trường hợp khẩn cấp và sử dụng xêsi clorua tan trong nước trong các nguồn có thể tạo ra sự ô nhiễm trên diện rộng, từ từ làm cho các xêsi này không thể sử dụng được nữa. Xêsi-137 đã được sử dụng trong nhiều thiết bị đo đạc công nghiệp, như đo độ ẩm, tỉ trọng, thủy chuẩn, và đo bề dày. Nó cũng được sử dụng trong các thiết bị đo địa vật lý giếng khoan để đo mật độ electron của các thành hệ đá, giá trị này tương tự như mật độ khối của thành hệ.
Đồng vị 137 cũng được sử dụng trong các nghiên cứu thủy văn tương tự như sử dụng triti.Xêsi-137 là đồng vị con trong phản ứng phân hạch hạt nhân. Với việc bắt đầu thử nghiệm hạt nhân khoảng năm 1945, và tiếp tục những vụ thử sau đó trong suốt giữa thập niên 1980, xêsi-137 đã được giải phóng vào không khí và nó dễ dàng được hấp thụ trong các dung dịch. Việc biết sự thay đổi theo năm trong khoảng thời gian đó cho phép thiết lập mối quan hệ giữa đất và các lớp trầm tích. Xêsi-134, và các đồng vị ít phổ biến hơn là xêsi-135, cũng được sử dụng trong thủy văn bằng cách đo lượng xêsi đầu ra của công nghiệp hạt nhân. Trong khi chúng ít phổ biến hơn cả xêsi-133 hay xêsi-137, các đồng vị này có ưu điểm là được tạo ra độc lập từ các nguồn nhân tạo.

Ứng dụng khác

Xêsi và thủy ngân từng được dùng làm nhiên liệu trong động cơ đẩy của các động cơ ion thời kỳ đầu trên tàu không gian với các chuyến hành trình rất dài. Phương pháp ion hóa là việc tách các electron lớp ngoài cùng từ nhiên liệu khi tiếp xúc với điện cực wolfram có điện thế. Các vấn đề quan tâm như hoạt động ăn mòn của xêsi đối với các bộ phận trên tàu không gian đã chuyển hướng phát triển sang ứng dụng nhiên liệu khí trơ, như xenon; loại này dễ xử lý trong các thí nghiệm ở mặt đất và ít có tiềm năng can thiệp trên phi thuyến không gian. Cuối cùng, xenon đã được sử dụng trên phi thuyền thí nghiệm Deep Space 1 được phóng năm 1998. Tuy nhiên, động cơ đẩy Field Emission Electric Propulsion sử dụng một hệ thống sơn giản các ion kim loại lỏng được tăng tốc như trường hợp của xêsi để tạo ra lực đẩy đã được chế tạo.
Xêsi nitrat được sử dụng làm chất ôxy hóa và chất tạo màu để đốt silic trong pháo sáng hồng ngoại, như pháo sáng LUU-19, do nó phát ra nhiều ánh sáng trong quang phổ cận hồng ngoại. Xêsi đã từng được sử dụng để giảm dấu vết khí thải động cơ trên màn hình radar của máy bay quân sự SR-71 Blackbird. Xêsi cùng với rubidi đã được thêm vào dạng carbonat trong thủy tinh do nó giảm độ dẫn điện và tăng độ ổn định và độ bền của sợi quang học và các thiết bị quan sát ban đêm. Xêsi florua hoặc nhôm florua được sử dụng trong chất hỗ trợ cấu trúc hàn hợp kim nhôm có chứa magiê.
Máy phát điện MHD-hệ thống phát điện đã được nghiên cứu nhưng không được chấp nhận rộng rãi. Kim loại xê-si cũng được xem là chất lỏng làm việc trong các chu trình Rankine nhiệt độ cao của các máy phát điện turboelectric. Các muối xê-si được đánh giá là chất chống sốc đã được sử dụng sau khi tiêm do nhiễm độc asen. Do ảnh hưởng của nó lên nhịp tim, tuy nhiên, chúng có vẻ ít được dùng hơn so với các muối kali hay rubidi. Chúng cũng được dùng để trị động kinh.

Cảnh báo

Các hợp chất xêsi không phóng xạ có độ độc trung bình. Tiếp xúc một lượng lớn có thể gây khó chịu và co thắt, do tính chất tương tự của xêsi so với kali, nhưng những lượng lớn như vậy không thể có được một cách thông thường trong các nguồn tự nhiên, vì thế xêsi không bị coi là chất hóa học chính gây ô nhiễm môi trường. Liều gây chết trung bình (LD₅₀) của xêsi clorua đối với chuột là 2,3 g/kg, so với LD₅₀ của kali clorua và natri clorua. Ứng dụng chính của xêsi không phóng xạ, là xêsi format trong dung dịch khoan dầu khí, lợi dụng độc tính thấp của nó để giảm chi phí thay thế.
Tất cả các kim loại kiềm đều có độ hoạt động hóa học cao. Xêsi, một trong các kim loại kiềm nặng nhất, là một trong số các kim loại hoạt động hóa học mạnh nhất và gây nổ mạnh khi tiếp xúc với nước, do khí hydro được giải phóng ra từ phản ứng bị nung nóng bởi nhiệt giải phóng ra từ chính phản ứng này, gây ra đánh lửa và gây nổ mạnh (như các kim loại kiềm khác) – nhưng do xêsi là quá hoạt hóa nên phản ứng nổ này diễn ra ngay cả với nước lạnh hay nước đá. Nhiệt độ bắt lửa của xêsi là −116 °C, do đó nó có tính tự cháy cao, và bùng nổ trong không khí tạo thành xêsi hydroxit và nhiều oxit khác. Xêsi hydroxit là một bazơ cực mạnh, có khả năng ăn mòn thủy tinh.
Các đồng vị Cs¹³⁴ và Cs¹³⁷ (có trong sinh quyển ở mức một lượng rất nhỏ do rò rỉ phóng xạ) là gánh nặng phóng xạ, phụ thuộc vào vị trí của từng khu vực. Xêsi phóng xạ không tích lũy trong cơ thể như nhiều sản phẩm từ phân rã hạt nhân khác (chẳng hạn như iốt phóng xạ hay stronti phóng xạ). Khoảng 10% xêsi phóng xạ hấp thụ được thải ra khỏi cơ thể tương đối nhanh trong mồ hôi và trong nước tiểu. 90% còn lại có chu kỳ bán rã sinh học khoảng 50 đến 150 ngày. Xêsi phóng xạ sau kali và có khuynh hướng tích lũy trong tế bào thực vật, như trong trái cây và rau. Thực vật hấp thụ xêsi ở các mức khác nhau, một số không hấp thụ nhiều, và một số hấp thụ lượng lớn. đôi khi thể hiện khả năng kháng hấp thụ nó. Nó được ghi nhận rằng nấm trong các khu rừng bị ô nhiễm tích tụ xêsi phóng xạ (xêsi-137) trong túi sinh bào tử. Tích tụ xêsi-137 trong các hồ được quan tâm nhiều sau thảm họa Chernobyl. Các thí nghiệm trên chó cho thấy một liều đơn 3,8 millicuries (140 MBq, 4,1 μg xêsi-137) trên mỗi kilogram gây tử vong trong 3 tuần; một lượng nhỏ hơn có thể gây vô sinh và ung thư. Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế và các nguồn khác cảnh báo rằng các vật liệu phóng xạ như xêsi-137 có thể được dùng trong các thiết bị phân tán phóng xạ hoặc "bom bẩn".