Sesium

Sesium (ejaan IUPAC: caesium) adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Cs dan nomor atom 55. Ia adalah sebuah logam alkali berwarna keemasan-keperakan lunak dengan titik lebur , menjadikannya salah satu dari hanya lima unsur logam yang berwujud cair pada atau mendekati suhu kamar. Sesium memiliki sifat fisik dan kimia yang mirip dengan rubidium dan kalium. Ia bersifat piroforik dan bereaksi dengan air bahkan pada suhu . Ia adalah unsur yang paling tidak elektronegatif, dengan nilai 0,79 pada skala Pauling. Ia hanya memiliki satu isotop stabil, sesium-133. Sesium ditambang sebagian besar dari polusit. Sesium-137, sebuah produk fisi, diekstraksi dari limbah yang dihasilkan oleh reaktor nuklir. Ia memiliki jari-jari atom terbesar dari semua unsur yang jari-jarinya telah diukur atau dihitung, sekitar 260 pikometer.

Kimiawan Robert Bunsen dan fisikawan Jerman Gustav R. Kirchhoff menemukan sesium pada tahun 1860 dengan metode spektroskopi nyala yang baru dikembangkan. Aplikasi skala kecil pertama untuk sesium adalah sebagai "penangkap" dalam tabung vakum dan sel fotolistrik. Pada tahun 1967, berdasarkan bukti Einstein bahwa kecepatan cahaya adalah dimensi paling konstan di alam semesta, Sistem Satuan Internasional menggunakan dua hitungan gelombang spesifik dari spektrum emisi sesium-133 untuk menentukan detik dan meter. Sejak itu, cesium banyak digunakan dalam jam atom yang sangat akurat.

Sejak tahun 1990-an, aplikasi unsur ini yang paling besar adalah sebagai sesium format untuk fluida pengeboran, tetapi ia memiliki berbagai aplikasi dalam produksi listrik, serta dalam elektronika dan kimia. Isotop radioaktif sesium-137 memiliki waktu paruh sekitar 30 tahun dan digunakan dalam aplikasi medis, pengukur industri, dan hidrologi. Senyawa sesium nonradioaktif hanya sedikit beracun, tetapi kecenderungan sesium murni untuk bereaksi secara eksplosif dengan air mengartikan bahwa sesium dianggap sebagai bahan berbahaya, dan radioisotopnya menghadirkan bahaya kesehatan dan ekologi yang signifikan di lingkungan.

Karakteristik

Sifat fisik

Dari semua unsur yang berwujud padat pada suhu kamar, sesium adalah yang paling lunak: ia memiliki kekerasan 0,2 Mohs. Ia adalah logam pucat yang sangat ulet, yang akan menjadi gelap dengan adanya sejumlah kecil oksigen. Ketika berada di hadapan minyak mineral (tempat paling baik menyimpannya selama pengangkutan), kilau metaliknya akan hilang dan ia terlihat lebih kusam dan abu-abu. Ia memiliki titik lebur , menjadikannya salah satu dari sedikit unsur logam yang berwujud cair di dekat suhu kamar. Raksa adalah satu-satunya unsur logam stabil dengan titik lebur yang diketahui lebih rendah dari sesium. Selain itu, logam ini memiliki titik didih yang agak rendah, , terendah dari semua logam selain raksa. Senyawanya terbakar dengan warna biru atau lembayung.

Sesium dapat membentuk paduan dengan logam alkali lainnya, emas, dan raksa (amalgam). Pada suhu di bawah , ia tidak terpadu dengan kobalt, besi, molibdenum, nikel, platina, tantalum, atau wolfram. Ia membentuk senyawa antarlogam dengan antimon, galium, indium, dan torium, yang bersifat fotosensitif. Ia bercampur dengan semua logam alkali lainnya (kecuali litium); paduan dengan distribusi molar 41% sesium, 47% kalium, dan 12% natrium memiliki titik lebur terendah dari semua paduan logam yang diketahui, pada suhu . Beberapa amalgam telah dipelajari:  memiliki warna hitam dengan kilau ungu metalik, sedangkan CsHg berwarna keemasan, juga dengan kilau metalik.

Warna keemasan sesium berasal dari penurunan frekuensi cahaya yang diperlukan untuk mengeksitasi elektron logam alkali saat turun ke bawah golongan. Untuk litium hingga rubidium, frekuensi ini berada dalam ultraungu, tetapi untuk sesium memasuki ujung spektrum biru-ungu; dengan kata lain, frekuensi plasmonik dari logam alkali menjadi lebih rendah dari litium ke sesium. Jadi, sesium mentransmisikan dan sebagian menyerap cahaya ungu secara istimewa sementara warna lain (memiliki frekuensi lebih rendah) dipantulkan; oleh karena itu, ia tampak kekuningan.

Sifat kimia

Logam sesium sangatlah reaktif dan piroforik. Ia dapat menyala secara spontan di udara, dan bereaksi secara eksplosif dengan air bahkan pada suhu rendah, lebih dari logam alkali lainnya. Ia akan bereaksi dengan es pada suhu serendah . Karena reaktivitasnya yang tinggi ini, logam sesium digolongkan sebagai bahan berbahaya. Ia disimpan dan dikirim dalam hidrokarbon kering dan jenuh seperti minyak mineral. Ia hanya dapat ditangani di bawah gas lengai, seperti argon. Namun, ledakan sesium-air seringkali kurang kuat dibandingkan ledakan natrium-air dengan jumlah natrium yang sama. Ini dikarenakan sesium meledak seketika saat bersentuhan dengan air, menyisakan sedikit waktu untuk mengakumulasi hidrogen. Sesium dapat disimpan dalam ampul kaca borosilikat yang tertutup rapat. Dalam jumlah lebih dari sekitar , sesium dikirim dalam wadah baja nirkarat yang tertutup rapat.

Sifat kimia sesium mirip dengan logam alkali lainnya, khususnya rubidium, unsur di atas sesium dalam tabel periodik. Seperti yang diperkirakan untuk logam alkali, satu-satunya keadaan oksidasi yang umum adalah +1. Beberapa perbedaan kecil muncul dari fakta bahwa ia memiliki massa atom yang lebih tinggi dan lebih elektropositif daripada logam alkali (nonradioaktif) lainnya. Sesium adalah unsur kimia yang paling elektropositif. Ion sesium juga lebih besar dan kurang "keras" dibandingkan dengan logam alkali yang lebih ringan.

Senyawa

Sebagian besar senyawa sesium mengandung unsur ini sebagai kation , yang berikatan secara ionik dengan berbagai macam anion. Satu pengecualian yang penting adalah anion sesida (), dan lainnya adalah beberapa suboksida (lihat bagian tentang oksida di bawah). Baru-baru ini, sesium diprediksi berperilaku sebagai unsur blok-p dan mampu membentuk fluorida yang lebih tinggi dengan keadaan oksidasi yang lebih tinggi (yaitu CsFn dengan n > 1) di bawah tekanan tinggi. Prediksi ini perlu divalidasi oleh percobaan lebih lanjut.

Garam Cs+ biasanya tidak berwarna kecuali anionnya sendiri yang memiliki warna. Banyak dari garam Cs+ sederhana bersifat higroskopis, tetapi kurang daripada garam yang sesuai dari logam alkali yang lebih ringan. Garam fosfat, asetat, karbonat, halida, oksida, nitrat, dan sulfat larut dalam air. Garam gandanya seringkali kurang larut, dan kelarutan sesium aluminium sulfat yang rendah dimanfaatkan dalam pemurnian Cs dari bijih. Garam ganda dengan antimon (seperti ), bismut, kadmium, tembaga, besi, dan timbal juga kurang larut.

Sesium hidroksida (CsOH) bersifat higroskopis dan merupakan basa kuat. Ia dengan cepat mengetsa permukaan semikonduktor seperti silikon. CsOH sebelumnya telah dianggap oleh para kimiawan sebagai "basa terkuat", mencerminkan daya tarik yang relatif lemah antara ion Cs+ yang besar dan OH−; ia memang merupakan basa Arrhenius terkuat; namun, sejumlah senyawa sepert n-butillitium, natrium amida, natrium hidrida, sesium hidrida, dll., yang tidak dapat dilarutkan dalam air karena akan bereaksi keras dengannya melainkan hanya digunakan dalam beberapa pelarut aprotik polar anhidrat, jauh lebih basa berdasarkan teori asam–basa Brønsted–Lowry.

Sebuah campuran stoikiometri antara sesium dan emas akan bereaksi membentuk sesium aurida (Cs+Au−) kuning saat dipanaskan. Anion aurida di sini berperilaku sebagai pseudohalogen. Senyawa ini bereaksi hebat dengan air, menghasilkan sesium hidroksida, emas metalik, dan gas hidrogen; dalam amonia cair, ia dapat direaksikan dengan resin penukar ion khusus-sesium untuk menghasilkan tetrametilamonium aurida. Senyawa platina analog, sesium platinida (Cs2Pt) yang berwarna merah, mengandung ion platinida yang berperilaku sebagai .

Kompleks
Seperti semua kation logam, Cs+ dapat membentuk kompleks dengan basa Lewis dalam larutan. Karena ukurannya yang besar, Cs+ biasanya mengadopsi bilangan koordinasi lebih besar dari 6, bilangan yang khas untuk kation logam alkali yang lebih kecil. Perbedaan ini tampak jelas pada koordinasi 8 CsCl. Bilangan koordinasi dan kelunakan (kecenderungan untuk membentuk ikatan kovalen) yang tinggi ini merupakan sifat yang dimanfaatkan dalam pemisahan Cs+ dari kation lain dalam remediasi limbah nuklir, di mana 137Cs+ harus dipisahkan dari sejumlah besar K+ nonradioaktif.

Halida

Sesium fluorida (CsF) adalah padatan putih higroskopis yang banyak digunakan dalam kimia organofluorin sebagai sumber anion fluorida. Sesium fluorida memiliki struktur halit, yang berarti bahwa Cs+ dan F− terkemas dalam susunan kubus padat seperti halnya Na+ dan Cl− dalam natrium klorida. Dan juga, sesium dan fluorin masing-masing memiliki elektronegativitas terendah dan tertinggi, di antara semua unsur yang diketahui.

Sesium klorida (CsCl) mengkristal dalam sistem kristal kubus. sederhana. Juga disebut "struktur sesium klorida", motif struktural ini terdiri dari kisi kubus sederhana dengan basis dua atom, masing-masing dengan koordinasi rangkap delapan; atom klorida terletak pada titik kisi di tepi kubus, sedangkan atom sesium terletak di lubang di tengah kubus. Struktur ini juga dimiliki oleh CsBr dan CsI, dan banyak senyawa lain yang tidak mengandung Cs. Sebaliknya, sebagian besar alkali halida lainnya memiliki struktur natrium klorida (NaCl). Struktur CsCl lebih diminati karena Cs+ memiliki jari-jari ionik sebesar 174 pm dan  sebesar 181 pm.

Oksida

Lebih dari logam alkali lainnya, sesium membentuk banyak senyawa biner dengan oksigen. Ketika cesium terbakar di udara, superoksida  adalah produk utamanya. Sesium oksida "normal" () membentuk kristal heksagon kuning-oranye, dan merupakan satu-satunya oksida dari tipe anti-. Ia menguap pada suhu , dan akan terurai menjadi logam sesium dan peroksida  pada suhu di atas . Selain superoksida dan ozonida , beberapa suboksida berwarna cerah juga telah dipelajari. Mereka meliputi , , ,  (hijau tua), CsO, , serta . Yang terakhir dapat dipanaskan dalam ruang hampa untuk menghasilkan . Senyawa biner dengan belerang, selenium, dan telurium juga dikenal.

Isotop

Sesium memiliki 40 isotop yang diketahui, mulai dari nomor massa (jumlah nukleon dalam inti) 112 hingga 151. Beberapa di antaranya disintesis dari unsur-unsur yang lebih ringan melalui proses penangkapan neutron lambat (proses-s) di dalam bintang tua dan melalui proses-r dalam ledakan supernova. Satu-satunya isotop sesium yang stabil adalah 133Cs, dengan 78 neutron. Meskipun ia memiliki spin inti yang besar (+), penelitian resonansi magnet inti dapat menggunakan isotop ini pada frekuensi resonansi 11,7 MHz.

Isotop radioaktif 135Cs memiliki waktu paruh yang sangat panjang dengan sekitar 2,3 juta tahun, yang terpanjang dari semua isotop radioaktif sesium. 137Cs dan 134Cs masing-masing memiliki waktu paruh 30 dan dua tahun. 137Cs terurai menjadi 137mBa berumur pendek melalui peluruhan beta, dan kemudian menjadi barium nonradioaktif, sementara 134Cs berubah menjadi 134Ba secara langsung. Isotop dengan nomor massa 129, 131, 132 dan 136, memiliki waktu paruh antara satu hari hingga dua minggu, sedangkan sebagian besar isotop lainnya memiliki waktu paruh dari beberapa detik hingga sepersekian detik. Setidaknya terdapat 21 isomer nuklir metastabil. Selain 134mCs (dengan waktu paruh kurang dari 3 jam), semuanya sangat tidak stabil dan meluruh dengan waktu paruh beberapa menit atau kurang.

Isotop 135Cs adalah salah satu produk fisi berumur panjang dari uranium yang diproduksi di dalam reaktor nuklir. Namun, hasil produk fisi ini berkurang di sebagian besar reaktor karena pendahulunya, 135Xe, adalah racun neutron yang kuat dan sering berubah menjadi 136Xe yang stabil sebelum dapat meluruh menjadi 135Cs.

Peluruhan beta dari 137Cs menjadi 137mBa menghasilkan radiasi gama saat 137mBa melemas ke keadaan dasar 137Ba, dengan foton yang dipancarkan memiliki energi sebesar 0,6617 MeV. 137Cs dan 90Sr adalah produk fisi nuklir berumur menengah utama, dan sumber radioaktivitas utama dari bahan bakar nuklir bekas setelah pendinginan beberapa tahun, berlangsung beberapa ratus tahun. Kedua isotop tersebut merupakan sumber sisa-sisa radioaktivitas terbesar di wilayah bencana Chernobyl. Karena tingkat penangkapan yang rendah, membuang 137Cs melalui penangkapan neutron tidak dapat dilakukan dan satu-satunya solusi saat ini adalah membiarkannya meluruh seiring waktu.

Hampir semua sesium yang dihasilkan dari fisi nuklir berasal dari peluruhan beta produk fisi yang awalnya lebih kaya neutron, melewati berbagai isotop iodin dan xenon. Karena iodin dan xenon bersifat volatil dan dapat berdifusi melalui bahan bakar nuklir atau udara, sesium radioaktif sering dibuat jauh dari tempat asal fisi. Dengan pengujian senjata nuklir pada 1950-an hingga 1980-an, 137Cs dilepaskan ke atmosfer dan kembali ke permukaan bumi sebagai komponen luruhan radioaktif. Ia adalah penanda siap dari pergerakan tanah dan sedimen yang berasal dari masa itu.

Keterjadian

Sesium adalah unsur yang relatif langka, diperkirakan memiliki rata-rata 3 bagian per juta di kerak Bumi. Ia adalah unsur paling melimpah ke-45, dan ke-36 di antara logam. Namun demikian, ia lebih melimpah daripada beberapa unsur seperti antimon, kadmium, timah, dan wolfram, dan dua tingkat besaran lebih melimpah daripada raksa dan perak; ia memiliki kelimpahan 3,3% dari kelimpahan rubidium, yang terkait erat dengannya secara kimiawi.

Karena jari-jari ioniknya yang besar, sesium adalah salah satu "unsur yang tidak kompatibel". Selama kristalisasi magma, sesium terkonsentrasi dalam fase cair dan mengkristal terakhir. Oleh karena itu, endapan sesium terbesar adalah badan bijih zona pegmatit yang dibentuk oleh proses pengayaan ini. Karena sesium tidak dapat menggantikan kalium semudah rubidium, mineral alkali evaporit silvit (KCl) dan karnalit () mungkin hanya mengandung 0,002% sesium. Akibatnya, sesium ditemukan dalam sedikit mineral. Jumlah persentase sesium dapat ditemukan dalam beril () dan avogadrit (), hingga 15% Cs2O dari total berat dalam mineral pezottait () yang terkait erat, hingga 8,4% Cs2O dari total berat dalam mineral londonit () yang langka, dan lebih sedikit dalam rodizit yang tersebar luas. Satu-satunya bijih yang penting secara ekonomi untuk sesium adalah polusit , yang ditemukan di beberapa tempat di seluruh dunia dalam pegmatit terzonasi, berasosiasi dengan mineral litium, lepidolit dan petalit. Di dalam pegmatit, ukuran butir yang besar dan pemisahan mineral yang kuat akan menghasilkan bijih bermutu tinggi untuk ditambang.

Sumber sesium paling signifikan dan terkaya di dunia adalah Tambang Tanco di Danau Bernic di Manitoba, Kanada, yang diperkirakan mengandung 350.000 ton metrik bijih polusit, mewakili lebih dari dua pertiga basis cadangan dunia. Meskipun kandungan stoikiometri sesium dalam polusit adalah 42,6%, sampel polusit murni dari endapan ini hanya mengandung sekitar 34% sesium, sedangkan kandungan rata-ratanya adalah 24% dari total berat. Polusit komersial mengandung lebih dari 19% sesium. Endapan pegmatit Bikita di Zimbabwe ditambang untuk petalitnya, tetapi ia juga mengandung polusit dalam jumlah yang signifikan. Sumber polusit terkenal lainnya adalah di Gurun Karibib, Namibia. Pada tingkat produksi tambang dunia saat ini sebesar 5 hingga 10 ton metrik per tahun, cadangan akan bertahan selama ribuan tahun.

Produksi
Penambangan dan pemurnian bijih polusit adalah proses selektif dan dilakukan dalam skala yang lebih kecil daripada kebanyakan logam lainnya. Bijih tersebut dihancurkan, disortir dengan tangan, tetapi biasanya tidak dipekatkan, lalu digiling. Sesium kemudian diekstraksi dari polusit terutama melalui tiga metode: pencernaan asam, dekomposisi basa, dan reduksi langsung.

Dalam pencernaan asam, batuan polusit silikat dilarutkan dengan asam kuat, seperti asam klorida (HCl), sulfat (), bromida (HBr), atau fluorida (HF). Dengan asam klorida, campuran klorida larut akan dihasilkan, dan garam ganda klorida yang tidak larut dari sesium diendapkan sebagai sesium antimon klorida (), sesium iodin klorida (), atau sesium heksakloroserat (). Setelah pemisahan, garam ganda endapan murni tersebut didekomposisi, dan CsCl murni diendapkan dengan menguapkan air.

Metode asam sulfat menghasilkan garam ganda yang tidak larut secara langsung sebagai alum sesium (). Komponen aluminium sulfat diubah menjadi aluminium oksida yang tidak larut dengan memanggang alum tersebut dengan karbon, dan produk yang dihasilkan dilindi dengan air untuk menghasilkan larutan .

Pemanggangan polusit dengan kalsium karbonat dan kalsium klorida menghasilkan kalsium silikat yang tidak larut dan sesium klorida yang larut. Pelindian dengan air atau amonia () encer menghasilkan larutan klorida (CsCl) encer. Larutan ini dapat diuapkan untuk menghasilkan sesium klorida atau diubah menjadi alum sesium atau sesium karbonat. Meskipun tidak layak secara komersial, bijih tersebut dapat langsung direduksi dengan natrium, kalium, atau kalsium dalam ruang hampa untuk menghasilkan logam cesium secara langsung.

Sebagian besar sesium yang ditambang (sebagai garam) langsung diubah menjadi sesium format (HCOO−Cs+) untuk beberapa aplikasi seperti pengeboran minyak. Untuk memasok pasar yang sedang berkembang, Cabot Corporation membangun sebuah pabrik produksi pada tahun 1997 di tambang Tanco dekat Danau Bernic di Manitoba, dengan kapasitas  larutan sesium format per tahun. Senyawa sesium komersial skala kecil utama adalah sesium klorida dan nitrat.

Sebagai alternatif, logam sesium dapat diperoleh dari senyawa murni yang berasal dari bijih tersebut. Sesium klorida dan sesium halida lainnya dapat direduksi pada suhu  dengan kalsium atau barium, dan logam sesium didistilasi dari hasilnya. Dengan cara yang sama, sesium aluminat, karbonat, atau hidroksida dapat direduksi dengan magnesium.

Logam ini juga dapat diisolasi dengan elektrolisis leburan sesium sianida (CsCN). Sesium yang sangat murni dan bebas gas dapat diproduksi dengan dekomposisi termal  dari sesium azida , yang dapat diproduksi dari sesium sulfat dan barium azida encer. Dalam aplikasi vakum, sesium dikromat dapat direaksikan dengan zirkonium untuk menghasilkan logam sesium murni tanpa produk gas lainnya.
 + 2  → 2  + 2 + 

Harga cesium murni 99,8% (berbasis logam) pada tahun 2009 adalah sekitar , tetapi senyawanya secara signifikan lebih murah.

Sejarah

Pada tahun 1860, Robert Bunsen dan Gustav Kirchhoff menemukan sesium dalam air mineral dari Dürkheim, Jerman. Karena garis-garis biru cerah dalam spektrum emisi, mereka mengambil namanya dari kata Latin caesius, yang berarti biru langit. Sesium adalah unsur pertama yang ditemukan dengan spektroskop, yang ditemukan oleh Bunsen dan Kirchhoff setahun sebelumnya.

Untuk mendapatkan sampel sesium murni,  air mineral harus diuapkan untuk menghasilkan  larutan garam pekat. Logam alkali tanah diendapkan baik sebagai sulfat atau oksalat, meninggalkan logam alkali dalam larutan. Setelah konversi ke nitrat dan ekstraksi dengan etanol, diperoleh sebuah campuran bebas natrium. Dari campuran ini, litium diendapkan oleh amonium karbonat. Kalium, rubidium, dan sesium membentuk beberapa garam yang tidak larut dengan asam kloroplatinat, tetapi garam-garam ini menunjukkan sedikit perbedaan dalam kelarutan dalam air panas, serta sesium dan rubidium heksakloroplatinat () yang kurang larut diperoleh melalui kristalisasi fraksional. Setelah reduksi heksakloroplatinat tersebut dengan hidrogen, sesium dan rubidium dipisahkan oleh perbedaan kelarutan karbonatnya dalam alkohol. Proses tersebut menghasilkan  rubidium klorida dan  sesium klorida dari 44.000 liter air mineral awal.

Dari sesium klorida, kedua ilmuwan tersebut memperkirakan berat atom unsur baru tersebut sebesar 123,35 (dibandingkan dengan yang diterima saat ini sebesar 132,9). Mereka mencoba untuk menghasilkan sesium elemental melalui elektrolisis sesium klorida cair, tetapi bukannya logam, mereka memperoleh zat biru homogen yang "baik di bawah mata telanjang maupun di bawah mikroskop tidak menunjukkan sedikit pun zat logam"; sebagai hasilnya, mereka menganggapnya sebagai subklorida (). Pada kenyataannya, produk tersebut mungkin merupakan campuran koloid dari logam sesium dan sesium klorida. Elektrolisis larutan berair klorida dengan sebuah katoda raksa menghasilkan sebuah amalgam sesium yang mudah terurai di bawah kondisi berair. Logam sesium murni akhirnya diisolasi oleh kimiawan Swedia Carl Setterberg saat mengerjakan gelar doktornya dengan Kekulé and Bunsen. Pada tahun 1882, dia memproduksi logam sesium dengan mengelektrolisis sesium sianida, untuk menghindari masalah dengan sesium klorida.

Secara historis, penggunaan sesium yang paling penting adalah dalam penelitian dan pengembangan, terutama di bidang kimia dan listrik. Sangat sedikit aplikasi yang ada untuk sesium sampai tahun 1920-an, ketika ia digunakan dalam tabung vakum radio, di mana ia memiliki dua fungsi; sebagai penangkap, ia menghilangkan kelebihan oksigen setelah pembuatan, dan sebagai pelapis pada katoda yang dipanaskan, ia meningkatkan konduktivitas listriknya. Sesium tidak dikenal sebagai logam industri dengan performa tinggi hingga tahun 1950-an. Aplikasi untuk sesium nonradioaktif meliputi sel fotolistrik, tabung pengganda foto, komponen optik spektrofotometer inframerah, katalis untuk beberapa reaksi organik, kristal untuk pencacah sintilasi, dan generator listrik magnetohidrodinamika. Sesium juga digunakan sebagai sumber ion positif dalam spektrometri massa ion sekunder (SIMS).

Sejak tahun 1967, Sistem Pengukuran Internasional mendasarkan satuan waktu utama, detik, pada sifat-sifat sesium. Sistem Satuan Internasional (SI) mendefinisikan detik sebagai durasi 9.192.631.770 siklus pada frekuensi gelombang mikro dari garis spektrum yang sesuai dengan transisi antara dua tingkat energi hiperhalus dari keadaan dasar sesium-133. Konferensi Umum untuk Ukuran dan Timbangan ke-13 tahun 1967 mendefinisikan detik sebagai: "durasi 9.192.631.770 siklus cahaya gelombang mikro yang diserap atau dipancarkan oleh transisi hiperhalus atom sesium-133 dalam keadaan dasarnya yang tidak terganggu oleh medan eksternal".

Aplikasi

Eksplorasi minyak bumi
Penggunaan sesium nonradioaktif terbesar saat ini adalah dalam fluida pengeboran sesium format untuk industri minyak ekstraktif. Larutan sesium format (HCOO−Cs+) berair—dibuat dengan mereaksikan sesium hidroksida dengan asam format—dikembangkan pada pertengahan 1990-an untuk digunakan sebagai fluida pengeboran dan penyelesaian sumur minyak. Fungsi fluida pengeboran adalah untuk melumasi mata bor, membawa potongan batuan ke permukaan, dan menjaga tekanan pada formasi selama pengeboran sumur. Fluida penyelesaian membantu penempatan perangkat keras kontrol setelah pengeboran tetapi sebelum produksi dengan mempertahankan tekanannya.

Kepadatan air garam sesium format yang tinggi (hingga 2,3 g/cm3, atau 19,2 pon per galon), ditambah dengan sifat relatif jinak dari sebagian besar senyawa sesium, mengurangi kebutuhan akan padatan tersuspensi dengan kepadatan tinggi yang beracun dalam fluida pengeboran—sebuah keuntungan teknologi, teknik, dan lingkungan yang signifikan. Berbeda dengan komponen dari banyak cairan berat lainnya, sesium format relatif ramah lingkungan. Air garam sesium format dapat dicampur dengan kalium dan natrium format untuk menurunkan kepadatan fluida tersebut menjadi kepadatan air (1,0 g/cm3, atau 8,3 pon per galon). Selain itu, ia dapat terurai secara hayati dan dapat didaur ulang, yang menjadi hal penting mengingat biayanya yang tinggi (sekitar AS$4.000 per barel pada tahun 2001). Alkali format aman untuk ditangani dan tidak akan merusak formasi penghasil atau logam bawah-lubang seperti yang terkadang terjadi pada bahan korosif alternatif, misalnya air garam berkepadatan tinggi (seperti larutan seng bromida ); mereka juga membutuhkan lebih sedikit pembersihan dan mengurangi biaya pembuangan.

Jam atom

Jam atom berbasis sesium menggunakan transisi elektromagnetik dalam struktur hiperhalus atom sesium-133 sebagai titik referensi. Jam sesium akurat pertama dibuat oleh Louis Essen pada tahun 1955 di National Physical Laboratory di Britania Raya. Jam sesium telah mengalami peningkatan selama setengah abad terakhir dan dianggap sebagai "realisasi paling akurat dari sebuah satuan yang belum dicapai umat manusia." Jam ini mengukur frekuensi dengan kesalahan 2 hingga 3 bagian dalam 1014, yang sesuai dengan akurasi 2 nanodetik per hari, atau satu detik dalam 1,4 juta tahun. Versi terbarunya lebih akurat dari 1 bagian dalam 1015, sekitar 1 detik dalam 20 juta tahun. Standar sesium adalah standar utama untuk pengukuran waktu dan frekuensi yang sesuai standar. Jam sesium mengatur waktu jaringan ponsel dan internet.

Definisi detik
Detik, dengan lambang s, adalah satuan SI untuk waktu. Ia didefinisikan dengan mengambil nilai numerik tetap dari frekuensi sesium , frekuensi transisi hiperhalus keadaan-dasar yang tidak terganggu dari atom sesium-133, menjadi  jika dinyatakan dalam satuan Hz, yang sama dengan s−1.

Tenaga listrik dan elektronika
Generator termionik uap sesium adalah perangkat berdaya rendah yang dapat mengubah energi panas menjadi energi listrik. Dalam konverter tabung vakum dua elektroda, sesium akan menetralkan muatan ruang di dekat katoda dan meningkatkan aliran arus.

Sesium juga penting karena sifat fotoemisifnya, mengubah cahaya menjadi aliran elektron. Ia digunakan dalam sel fotolistrik karena katoda berbasis sesium, seperti senyawa antarlogam , memiliki tegangan ambang yang rendah untuk emisi elektron. Kisaran perangkat fotoemisif yang menggunakan sesium meliputi perangkat pengenalan karakter optis, tabung pengganda foto, dan tabung kamera video. Namun demikian, germanium, rubidium, selenium, silikon, telurium, dan beberapa unsur lainnya dapat menggantikan sesium dalam bahan fotosensitif.

Kristal sesium iodida (CsI), bromida (CsBr) dan fluorida (CsF) digunakan untuk sintilator dalam pencacah sintilasi yang banyak digunakan dalam eksplorasi mineral dan penelitian fisika partikel untuk mendeteksi radiasi gama dan sinar-X. Karena merupakan unsur berat, sesium akan memberikan daya henti yang baik dengan deteksi yang lebih baik. Senyawa sesium dapat memberikan respon yang lebih cepat (CsF) dan kurang higroskopis (CsI).

Uap sesium digunakan di banyak magnetometer umum.

Unsur ini digunakan sebagai standar internal dalam spektrofotometri. Seperti logam alkali lainnya, sesium memiliki afinitas yang besar terhadap oksigen dan digunakan sebagai "penangkap" dalam tabung vakum. Kegunaan lain dari logam ini meliputi laser berenergi tinggi, lampu pendar uap, dan penyearah uap.

Cairan sentrifugasi
Kepadatan ion sesium yang tinggi membuat larutan sesium klorida, sesium sulfat, dan sesium trifluoroasetat () berguna dalam biologi molekuler untuk ultrasentrifugasi gradien kepadatan. Teknologi ini digunakan terutama dalam isolasi partikel virus, subcellular organel dan fraksi subseluler, dan asam nukleat dari sampel biologis.

Penggunaan kimia dan medis

Aplikasi kimia yang menggunakan sesium relatif sedikit. Doping dengan senyawa sesium dapat meningkatkan efektivitas beberapa katalis ion logam untuk sintesis kimia, seperti asam akrilat, antrakuinona, etilena oksida, metanol, ftalat anhidrida, stirena, monomer metil metakrilat, dan berbagai olefin. Ia juga digunakan dalam konversi katalitik belerang dioksida menjadi belerang trioksida dalam produksi asam sulfat. 

Sesium fluorida memiliki beberapa penggunaan dalam kimia organik sebagai basa dan sebagai sumber anhidrat untuk ion fluorida. Garam sesium terkadang menggantikan garam kalium atau natrium dalam sintesis organik, seperti siklisasi, esterifikasi, dan polimerisasi. Sesium juga telah digunakan dalam dosimetri radiasi termoluminesen (TLD): Ketika terkena radiasi, ia memperoleh cacat kristal yang, ketika dipanaskan, kembali dengan emisi cahaya sebanding dengan dosis yang diterima. Dengan demikian, mengukur pulsa cahaya dengan sebuah tabung pengganda foto dapat memungkinkan akumulasi dosis radiasi untuk diukur.

Aplikasi nuklir dan isotop
Sesium-137 adalah sebuah radioisotop yang biasa digunakan sebagai pemancar gama dalam aplikasi industri. Keuntungannya meliputi waktu paruh kira-kira 30 tahun, ketersediaannya dari siklus bahan bakar nuklir, dan memiliki 137Ba sebagai produk akhir yang stabil. Kelarutan air yang tinggi merupakan kerugian yang membuatnya tidak sesuai dengan iradiator kolam besar untuk persediaan makanan dan medis. Ia telah digunakan dalam pertanian, pengobatan kanker, dan  sterilisasi makanan, lumpur limbah, dan peralatan bedah. Isotop sesium yang radioaktif dalam perangkat radiasi digunakan dalam bidang medis untuk mengobati jenis kanker tertentu, tetapi munculnya alternatif yang lebih baik dan penggunaan sesium klorida yang larut dalam air dalam sumbernya, yang dapat menciptakan kontaminasi yang luas, secara bertahap menyebabkan beberapa sumber sesium ini tidak lagi digunakan. Sesium-137 telah digunakan dalam berbagai pengukur pengukuran industri, meliputi pengukur kelembapan, kerapatan, perataan, dan ketebalan. Ia juga telah digunakan dalam perangkat pencatatan sumur untuk mengukur kerapatan elektron dari formasi batuan, yang analog dengan kerapatan massal formasi tersebut.

Sesium-137 telah digunakan dalam penelitian hidrologi yang analog dengan tritium. Sebagai produk turunan dari pengujian bom fisi dari tahun 1950-an hingga pertengahan 1980-an, sesium-137 dilepaskan ke atmosfer, di mana ia diserap dengan mudah ke dalam larutan. Variasi tahun-ke-tahun yang diketahui dalam periode itu memungkinkan korelasinya dengan lapisan tanah dan sedimen. Sesium-134, dan pada tingkat lebih rendah sesium-135, juga telah digunakan dalam hidrologi untuk mengukur keluaran cesium oleh industri tenaga nuklir. Walaupun mereka kurang umum daripada sesium-133 atau sesium-137, isotop ini diproduksi hanya dari sumber antropogenik.

Kegunaan lainnya

Sesium dan raksa digunakan sebagai bahan pendorong pada mesin ion awal yang dirancang untuk propulsi wahana antariksa pada misi antarplanet atau ekstraplanet yang sangat lama. Bahan bakarnya terionisasi melalui kontak dengan elektroda wolfram bermuatan. Tetapi korosi akibat sesium pada komponen wahana antariksa telah mendorong pengembangan ke arah bahan pendorong gas lengai, seperti xenon, yang lebih mudah ditangani dalam pengujian berbasis darat dan mengurangi potensi kerusakan pada wahana antariksa. Xenon digunakan dalam wahana antariksa eksperimental Deep Space 1 yang diluncurkan pada tahun 1998. Namun demikian, propulsi listrik emisi medan yang mempercepat ion logam cair seperti sesium telah dibuat.

Sesium nitrat digunakan sebagai oksidator dan pewarna piroteknik untuk membakar silikon dalam suar inframerah, seperti suar LUU-19, karena ia memancarkan sebagian besar cahayanya dalam spektrum inframerah dekat. Senyawa sesium mungkin telah digunakan sebagai aditif bahan bakar untuk mengurangi jejak radar dari asap knalpot di pesawat pengintai milik CIA Lockheed A-12. Sesium dan rubidium telah ditambahkan sebagai karbonat pada kaca karena mereka dapat mengurangi konduktivitas listrik serta meningkatkan stabilitas dan daya tahan dari serat optik dan perangkat penglihatan malam. Sesium fluorida atau sesium aluminium fluorida digunakan dalam fluks yang diformulasikan untuk mematri paduan aluminium yang mengandung magnesium.

Sistem pembangkit listrik magnetohidrodinamika (MHD) telah diteliti, tetapi gagal diterima secara luas. Logam sesium juga telah dianggap sebagai fluida kerja dalam generator turboelektrik siklus Rankine suhu tinggi.

Garam sesium telah dievaluasi sebagai reagen antikejut setelah pemberian obat arsen. Karena efeknya pada irama jantung, mereka lebih jarang digunakan daripada garam kalium atau rubidium. Mereka juga telah digunakan untuk mengobati epilepsi.

Sesium-133 dapat didinginkan dengan laser dan digunakan untuk menyelidiki masalah mendasar dan teknologis dalam fisika kuantum. Ia memiliki spektrum Feshbach yang sangat sesuai untuk memungkinkan penelitian atom ultradingin yang membutuhkan interaksi merdu.

Bahaya kesehatan dan keselamatan

Senyawa sesium nonradioaktif hanya sedikit beracun, dan sesium nonradioaktif bukanlah bahaya lingkungan yang signifikan. Karena proses biokimia dapat membingungkan dan menggantikan sesium dengan kalium, kelebihan sesium dapat menyebabkan hipokalemia, aritmia, dan henti jantung akut, namun jumlah tersebut biasanya tidak akan ditemui di sumber alami.

Median dosis letal (LD50) untuk sesium klorida pada tikus adalah 2,3 g per kilogram, yang sebanding dengan nilai LD50 kalium dan natrium klorida. Penggunaan utama sesium nonradioaktif adalah sebagai sesium format dalam fluida pengeboran minyak bumi karena ia jauh lebih tidak beracun daripada alternatifnya, meski lebih mahal.

Logam sesium adalah salah satu unsur yang paling reaktif dan sangat mudah meledak di hadapan air. Gas hidrogen yang dihasilkan oleh reaksi tersebut akan dipanaskan oleh energi panas yang dilepaskan pada saat yang sama, menyebabkan pengapian dan ledakan dahsyat. Hal ini dapat terjadi dengan logam alkali lainnya, tetapi sesium sangatlah kuat sehingga reaksi eksplosif ini dapat dipicu bahkan oleh air dingin.

Ia sangat bersifat piroforik: suhu swasulut sesium adalah , dan ia akan terbakar secara eksplosif di udara untuk membentuk sesium hidroksida dan berbagai oksida. Sesium hidroksida adalah basa yang sangat kuat, dan dapat dengan cepat menimbulkan korosi pada kaca.

Isotop sesium-134 dan -137 hadir di biosfer dalam jumlah kecil dari aktivitas manusia, berbeda berdasarkan lokasi. Radiosesium tidak dapat menumpuk di dalam tubuh semudah produk fisi lainnya (seperti radioiodin dan radiostronsium). Sekitar 10% dari radiosesium yang diserap akan keluar dari tubuh relatif cepat melalui keringat dan urine. 90% sisanya memiliki waktu paruh biologis antara 50 dan 150 hari. Radiosesium akan mengikuti kalium dan cenderung menumpuk di jaringan tumbuhan, termasuk buah-buahan dan sayur-sayuran. Tumbuhan sangat bervariasi dalam menyerap sesium, terkadang menunjukkan ketahanan yang besar terhadapnya. Juga didokumentasikan dengan baik bahwa jamur dari hutan yang terkontaminasi akan mengakumulasi radiosesium (sesium-137) dalam sporokarp jamur. Akumulasi sesium-137 di beberapa danau telah menjadi perhatian besar setelah bencana Chernobyl. Eksperimen dengan anjing menunjukkan bahwa dosis tunggal 3,8 milicurie (140 MBq, 4,1 μg sesium-137) per kilogram dapat mematikan dalam waktu tiga minggu; jumlah yang lebih kecil dapat menyebabkan kemandulan dan kanker. Badan Tenaga Atom Internasional dan sumber lain telah memperingatkan bahwa bahan radioaktif, seperti sesium-137, dapat digunakan dalam perangkat dispersi radiologis, atau "bom kotor".

Lihat pula
 
 Kecelakaan Acerinox, sebuah kecelakaan kontaminasi 137Cs pada tahun 1998
 Kecelakaan Goiânia, insiden kontaminasi radioaktif besar pada tahun 1987 yang melibatkan 137Cs
 Kecelakaan radiologis Kramatorsk, insiden kehilangan sumber 137Cs antara tahun 1980 dan 1989

Catatan

Referensi

Pranala luar
  Caesium or Cesium di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)
  View the reaction of Caesium (most reactive metal in the periodic table) with Fluorine (most reactive non-metal) courtesy of The Royal Institution.
  

 
Unsur kimia
Logam alkali
Agonis reseptor glisina
Reduktor
Unsur kimia dengan struktur kubus berpusat-badan
Artikel yang mengandung rekaman video