Sesium

Sesium (ejaan IUPAC: caesium;  cesium dalam Bahasa Inggris Amerika) adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Cs dan nomor atom 55. Sesium adalah sebuah logam alkali lunak dengan warna keemasan-keperakan yang memiliki titik lebur  dan 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 akan bereaksi dengan air bahkan pada suhu . Ia adalah unsur yang paling tidak elektronegatif, dengan nilai 0,79 pada skala Pauling. Sesium hanya memiliki satu isotop stabil, sesium-133. Sesium ditambang sebagian besar dari mineral polusit. Sesium-137, yang merupakan 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, dengan jari-jari sekitar 260 pikometer.

Kimiawan Jerman Robert Bunsen dan fisikawan Jerman Gustav R. Kirchhoff menemukan sesium pada tahun 1860 melalui metode spektroskopi nyala yang pada saat itu baru dikembangkan. Penerapan skala kecil pertama untuk sesium adalah sebagai "penangkap" dalam tabung vakum dan sel fotolistrik. Pada tahun 1967, berdasarkan bukti yang dikemukakan oleh 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 saat itu, sesium banyak digunakan dalam jam atom yang sangat akurat.

Sejak tahun 1990-an, penerapan skala besar dari sesium merupakan penggunanya sebagai sesium format untuk fluida pengeboran, tetapi sesium juga 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 memiliki risiko bagi kesehatan dan lingkungan yang signifikan.
Karakteristik
Sifat fisik
Dari semua unsur yang memiliki wujud 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 oksigen bahkan dalam jumlah kecil.    Ketika berada di hadapan minyak mineral (tempat paling baik untuk menyimpannya selama pengangkutan), kilau metaliknya akan hilang dan ia terlihat lebih kusam dan semakin berwarna abu-abu. Titik leburnya berada pada suhu , 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, pada suhu , terendah dari semua logam selain raksa. Bila terbakar, senyawa sesium akan memiliki nyala api berwarna biru  atau ungu. 

Sesium dapat membentuk paduan dengan logam alkali lainnya, emas, dan raksa (amalgam). Pada suhu di bawah , sesium tidak dapat terpadu dengan kobalt, besi, molibdenum, nikel, platina, tantalum, atau wolfram. Ia membentuk senyawa antarlogam dengan antimon, galium, indium, dan torium, yang bersifat fotosensitif. Ia dapat bercampur dengan semua logam alkali lainnya (kecuali litium); paduan dengan distribusi molar sebesar 41% sesium, 47% kalium, dan 12% natrium memiliki titik lebur terendah dari semua paduan logam yang diketahui, pada suhu .  Beberapa amalgam sesium telah dipelajari:  memiliki warna hitam dengan kilau lembayung metalik, sedangkan CsHg memiliki warna 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 1. Untuk litium hingga rubidium, frekuensi ini berada dalam ultraungu, tetapi untuk sesium frekuensinya memasuki ujung spektrum biru-ungu; dengan kata lain, frekuensi plasmonik dari logam alkali menjadi semakin rendah dari litium ke sesium. Jadi, sesium mentransmisikan dan menyerap sebagian cahaya ungu sementara warna lain (yang memiliki frekuensi lebih rendah) dipantulkan; oleh karena itu, ia tampak kekuningan. 
Alotrop
Sesium eksis dalam beberapa bentuk alotrop yang berbeda, salah satunya adalah dimer yang disebut disesium. 
Sifat kimia
Logam sesium sangatlah reaktif dan bersifat 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. Sesium disimpan dan dikirim dalam hidrokarbon jenuh yang kering seperti minyak mineral. Ia hanya dapat ditangani di bawah gas lengai, seperti argon. Namun, ledakan sesium–air sering kali kurang kuat dibandingkan ledakan natrium–air dengan jumlah natrium yang sama. Hal ini dikarenakan sesium meledak seketika saat bersentuhan dengan air, menyisakan sedikit waktu untuk hidrogen dapat terakumulasi. Gray, Theodore (2012) The Elements, Black Dog & Leventhal Publishers, hlm. 131, . 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 sesium 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 pengecualian lainnya adalah beberapa suboksida (lihat bagian mengenai 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 memerlukan validasi melalui percobaan lebih lanjut. 

Garam Cs+ biasanya tidak berwarna kecuali bila anionnya sendiri yang memiliki warna. Banyak dari garam Cs+ sederhana bersifat higroskopis, tetapi kurang higroskopis daripada garam yang sesuai dari logam alkali yang lebih ringan. Garam fosfat, Hogan, C. M. (2011). dalam Encyclopedia of Earth. Jorgensen, A. dan Cleveland, C.J. (eds.). National Council for Science and the Environment. Washington DC asetat, karbonat, halida, oksida, nitrat, dan sulfat dari sesium dapat larut dalam air. Garam gandanya sering kali kurang larut, dan kelarutan sesium aluminium sulfat yang rendah dimanfaatkan dalam pemurnian Cs dari beberapa 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 akan mengetsa permukaan semikonduktor seperti silikon dengan cepat.  Sebelumnya, para kimiawan mengganggap CsOH sebagai "basa terkuat", mencerminkan daya tarik yang relatif lemah antara ion Cs+ yang besar dan OH−; CsOH memang merupakan basa Arrhenius terkuat; tetapi, sejumlah senyawa seperti n-butillitium, natrium amida, natrium hidrida, sesium hidrida, dan lain-lain, yang tidak dapat dilarutkan dalam air karena akan bereaksi keras dengannya dan 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−) yang memiliki warna kuning saat dipanaskan. Pada senyawa ini, anion aurida berperilaku sebagai pseudohalogen. CsAu akan 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 tipikal untuk kation logam alkali yang lebih kecil. Perbedaan ini tampak jelas pada CsCl dengan bilangan koordinasi 8. 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, saat 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 telah diketahui.

Sesium klorida (CsCl) mengkristal dalam sistem kristal kubus. sederhana. Motif struktural ini, yang juga disebut "struktur sesium klorida", terdiri dari kisi kubus primitif 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

Sesium membentuk banyak senyawa biner dengan oksigen, lebih banyak dari logam alkali lainnya. Ketika sesium terbakar di udara, sesium superoksida () adalah produk utamanya.  Sesium oksida "normal" () membentuk kristal heksagon berwarna kuning-oranye,  dan merupakan satu-satunya oksida dari jenis anti-.   menguap pada suhu , dan akan terurai menjadi logam sesium dan sesium peroksida () pada suhu di atas . Selain sesium superoksida dan sesium ozonida (),   beberapa senyawa sesium suboksida berwarna cerah juga telah dipelajari.  Senyawa sesium suboksida tersebut meliputi , , ,  (hijau tua ), CsO, ,  serta .    dapat dipanaskan dalam vakum untuk menghasilkan . Senyawa sesium biner dengan belerang, selenium, dan telurium juga eksis.
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 133Cs 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, yaitu sekitar 2,3 juta tahun, terpanjang dari semua isotop radioaktif sesium. 137Cs dan 134Cs masing-masing memiliki waktu paruh 30 dan dua tahun. 137Cs terurai menjadi 137mBa yang memiliki waktu paruh pendek melalui peluruhan beta, dan kemudian menjadi barium nonradioaktif, sementara 134Cs berubah menjadi 134Ba secara langsung. Isotop sesium dengan nomor massa 129, 131, 132 dan 136, memiliki waktu paruh antara satu hari hingga dua minggu, sedangkan sebagian besar isotop sesium lainnya memiliki waktu paruh mulai dari beberapa detik hingga sepersekian detik. Setidaknya, terdapat 21 isomer nuklir metastabil. Selain 134mCs (dengan waktu paruh kurang dari 3 jam), semua isotop sesium sangatlah 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 berelaksasi 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 selama beberapa ratus tahun.  Kedua isotop tersebut merupakan sumber sisa-sisa radioaktivitas terbesar di wilayah bencana Chernobyl.  Karena laju penangkapan yang rendah, pembuangan 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.  Melalui pengujian senjata nuklir pada tahun 1950-an hingga 1980-an, 137Cs dilepaskan ke atmosfer dan kembali ke permukaan bumi sebagai komponen luruhan radioaktif. Isotop ini adalah penanda 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 seluruh 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 kemudian mengkristal. Oleh karena itu, endapan sesium terbesar adalah badan bijih zona pegmatit yang dibentuk melalui proses pengayaan ini. Karena sesium tidak dapat menggantikan kalium semudah rubidium, mineral evaporit alkali silvit (KCl) dan karnalit () mungkin hanya mengandung 0,002% sesium. Akibatnya, sesium ditemukan dalam sedikit mineral. Kadar sesium yang lebih tinggi dapat ditemukan dalam mineral beril () dan avogadrit (), hingga 15% Cs2O dari total berat dalam mineral pezotait () 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 sesium 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 mineral petalitnya, tetapi cadangan ini juga mengandung polusit dalam jumlah yang signifikan. Sumber polusit terkenal lainnya adalah di Gurun Karibib, Namibia. Pada laju produksi tambang dunia saat ini sebesar 5 hingga 10 ton metrik per tahun, cadangan sesium 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 menggunakan tangan, tetapi biasanya tidak dipekatkan, lalu digiling. Sesium kemudian diekstraksi dari polusit melalui tiga metode utama: 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 tak 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 tak larut secara langsung sebagai alum sesium (). Komponen aluminium sulfat diubah menjadi aluminium oksida yang tak 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 tak 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 vakum untuk menghasilkan logam sesium 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 senyawa sesium halida lainnya dapat direduksi pada suhu  dengan kalsium atau barium, dan logam sesium didistilasi dari hasilnya. Melalui cara yang sama, sesium aluminat, karbonat, atau hidroksida dapat direduksi dengan magnesium.

Logam ini juga dapat diisolasi melalui elektrolisis leburan sesium sianida (CsCN). Sesium yang sangat murni dan bebas gas dapat diproduksi melalui dekomposisi termal bersuhu  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 sesium 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 berwarna biru cerah dalam spektrum emisi sesium, mereka mengambil nama untuk unsur ini dari kata bahasa Latin caesius, yang berarti 'abu-abu kebiruan'.Bunsen mengutip Aulus Gellius Noctes Atticae II, 26 oleh Nigidius Figulus: Nostris autem veteribus caesia dicts est quae Graecis, ut Nigidus ait, de colore coeli quasi coelia. Oxford English Dictionary, Edisi ke-2  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. Unsur logam alkali tanah diendapkan baik sebagai sulfat atau oksalat, meninggalkan unsur logam alkali dalam larutan. Setelah konversi menjadi 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 tak 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 sesium dan rubidium heksakloroplatinat dengan hidrogen, sesium dan rubidium dapat dipisahkan karena 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 ini sebesar 123,35 (dibandingkan dengan yang diterima saat ini sebesar 132,9). Mereka mencoba untuk menghasilkan sesium elemental melalui elektrolisis sesium klorida cair, tetapi alih-alih 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 katode 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 dan 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 hingga tahun 1920-an, ketika sesium digunakan dalam tabung vakum radio, yang mana ia memiliki dua fungsi; sebagai penangkap, ia menghilangkan oksigen berlebih 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 lain untuk sesium nonradioaktif meliputi sel fotolistrik, tabung fotopengganda, 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 tahun 1990-an untuk digunakan sebagai fluida pengeboran dan komplesi 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.

Kerapatan air garam sesium format yang tinggi (hingga 2,3 g/cm3, atau 19,2 pon per galon),  ditambah dengan sifat yang relatif tidak berbahaya dari sebagian besar senyawa sesium, mengurangi kebutuhan akan padatan tersuspensi dengan kerapatan 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 kerapatan fluida tersebut menjadi kerapatan 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 harganya yang tinggi (sekitar AS$4.000 per barel pada tahun 2001).  Senyawa format alkali aman untuk ditangani dan tidak akan merusak formasi penghasil atau logam bawah-lubang seperti yang terkadang terjadi pada bahan korosif alternatif, misalnya air garam dengan kerapatan 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 terbaru dari jam ini 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. Detik 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 elektrode, sesium akan menetralkan muatan ruang di dekat katode dan meningkatkan aliran arus. 

Sesium juga bernilai penting karena sifat fotoemisifnya, mengubah cahaya menjadi aliran elektron. Sesium digunakan dalam sel fotolistrik karena katode 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 fotopengganda, 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
Kerapatan ion sesium yang tinggi membuat larutan sesium klorida, sesium sulfat, dan sesium trifluoroasetat () berguna dalam biologi molekuler untuk ultrasentrifugasi gradien kerapatan. Manfred Bick, Horst Prinz, "Cesium and Cesium Compounds" dalam Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2005, Wiley-VCH, Weinheim. . Teknologi ini digunakan terutama dalam isolasi partikel virus, organel dan fraksi subseluler, serta 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, antrakuinon, 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. 
Friestad, Gregory K.; Branchaud, Bruce P.; Navarrini, Walter dan Sansotera, Maurizio (2007) "Cesium Fluoride" dalam Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, John Wiley & Sons.  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 terpapar radiasi, ia memperoleh cacat kristal yang, ketika dipanaskan, kembali dengan emisi cahaya yang sebanding dengan dosis yang diterima. Dengan demikian, mengukur pulsa cahaya dengan sebuah tabung fotopengganda 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 airnya yang tinggi merupakan kerugian yang membuatnya tidak sesuai dengan iradiator kolam besar untuk persediaan makanan dan medis.  Ia telah digunakan dalam pertanian, pengobatan kanker, serta  sterilisasi makanan, lumpur limbah, dan peralatan bedah.  Isotop sesium 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 alat ukur 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, yang 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 output sesium oleh industri tenaga nuklir. Walaupun mereka kurang umum daripada sesium-133 atau sesium-137, kedua 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 elektrode 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.  Beberapa senyawa sesium mungkin telah digunakan sebagai aditif bahan bakar untuk mengurangi jejak radar dari asap knalpot pada pesawat pengintai Lockheed A-12 milik CIA.  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 bersuhu tinggi. 

Garam sesium telah dievaluasi sebagai reagen antikejut setelah pemberian obat arsen. Karena memilih efek 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, sesium berlebih dapat menyebabkan hipokalemia, aritmia, dan henti jantung akut, tetapi jumlah tersebut biasanya tidak akan ditemui di sumber alami.  

Median dosis letal (LD50) untuk sesium klorida pada tikus adalah 2,3 gram 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 dengan air dingin.

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

Isotop sesium sesium-134 dan -137 hadir di biosfer dalam jumlah kecil dari aktivitas manusia, dengan jumlah yang berbeda pada tiap 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 hal penyerapan 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 pada anjing menunjukkan bahwa dosis tunggal sebesar 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 beberapa 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.



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