Cesiul este un element chimic din grupa metalelor alcaline cu simbolul Cs și cu numărul atomic 55. Din punct de vedere fizic, metalul este moale, de culoare argintiu-aurie, cu un punct de topire de 28 °C (82 °F), aceasta făcându-l unul dintre singurele cinci metale care se pot afla în stare lichidă sau într-o stare de trecere dintre starea lichidă și cea solidă la temperatura camerei. Cesiul este un metal alcalin și are proprietăți fizico-chimice asemănătoare cu cele ale rubidiului și ale potasiului. Metalul este foarte reactiv și piroforic, reacționând cu apa la o temperatură de cel puțin −116 °C (−177 °F). Este elementul cu cea mai mică electronegativitate având un izotop stabil (Cesiu-133). Metalul este extras din polucit, în timp ce radioizotopii (în special cesiu-137) sunt separați din combustibilul nucleat epuizat.
Cesiul a fost descoperit de către doi chimiști germani, Robert Bunsen și Gustav Kirchhoff în anul 1860 cu ajutorul liniei sale spectroscopice. Prima utilizare pe scară redusă a elementului a fost cea de "reducător" (sau getter) în tuburi cu vid și în celule fotoelectrice. În 1967, perioada specifică de tranziție între cele două niveluri hiperfine ale stării fundamentale ale izotopului cesiu-133 a fost ales de către Sistemul internațional de unități la baza definirii etalonului pentru secunda. Încă de atunci, cesiul a fost utilizat, pe scară largă, ca oscilator cuantic pentru ceasuri atomice.
Din anii 1990, cea mai însemnată utilizare a elementului este aceea de substanță de umplutură pentru lichidele de forat folosite pentru a atenua găurirea din timpul forării. Cesiul mai are o gamă largă de aplicații în producerea electricității, în aparate electronice și în chimie. Radioizotopul cesiu-137 are un timp de înjumătățire de aproximativ 30 de ani și este folosit în medicină, măsurători și hidrologie. Deși elementul nu este foarte toxic, este periculos și exploziv, iar izotopii săi prezintă un risc ridicat în caz de scurgere radioactivă.
Istoric thumb|left|Gustav Kirchhoff (stânga) și Robert Bunsen (centru) au descoperit spectroscopicitatea cesiului| alt= Three middle-aged men, with the one in the middle sitting down. All wear long jackets, and the shorter man on the left has a beard. În 1860, Robert Bunsen și Gustav Kirchhoff au descoperit cesiul în apa minerală provenită din Dürkheim, Germania. Datorită liniilor spectroscopice de culoare albastră intensă, cesiul și-a primit numele după cuvântul latin caesius, ce înseamnă albastru-celestin. Bunsen l-a citat pe Aulus Gellius: Nostris autem veteribus caesia dicts est quae Graecis, ut Nigidus ait, de colore coeli quasi coelia.Oxford English Dictionary, 2nd Edition Cesiul a fost primul element descoperit cu ajutorul spectrului, la un an după inventarea spectroscopului.
Pentru a obține o mostră pură de cesiu, 44.000 de litri de apă minerală au fost evaporați, rămânând 240 kg de soluție concentrată de săruri. În cele din urmă, cesiul a fost precipitat sub formă de sulfat sau oxalat. După conversia cesiului în azotat și după extracția cu etanol, s-a obținut un amestec cu sodiu. Din acest amestec, litiul a fost precipitat cu carbonat de amoniu, iar potasiul, rubidiul și cesiul au format săruri insolubile cu acidul cloroplatinic, însă aceste săruri prezentau diferențe în solubilitate în apa fierbinte. Prin urmare, hexacloroplatinatul de cesiu și rubidiu ((Cs,Rb)2PtCl6) putea fi separat din amestec prin cristalizare fracționată. După reducerea compusului cu hidrogen, cesiul și rubidiul au putut fi separați datorită diferenței de solubilitate a carbonaților săi în alcool. Din toți cei 44.000 de litri de apă minerală, s-a obținut 9,2 grame de clorură de rubidiu și 7,3 grame de clorură de cesiu. Cei doi savanți au folosit clorura de cesiu astfel obținută pentru a estima masa atomică a noului element la 123,35 uam (deși astăzi a fost recalculată la 132,9 uam). Aceștia au încercat să obțină cesiu elementar prin electroliza clorurii de cesiu în topitură, dar, în loc să obțină ceea ce au dorit, ei au generat o substanță albastră omogenă „ce nu putea fi văzută nici cu ochiul liber, dar nici cu microscopul”; savanții au crezut că au obținut un compus ne-stoichiometric cu formula (). De fapt, ei au produs, cel mai probabil, un amestec coloidal de metal și clorură de cesiu. Electroliza soluției apoase de clorură cu anod lichid de mercur produce un amalgam ce se descompune rapid sub influența apei. Metalul pur a fost izolat, în cele din urmă, de către chimistul german Carl Setterberg în timp ce își pregătea lucrarea de doctorat cu Kekulé și Bunsen. În 1882, acesta a produs cesiu metalic prin electroliza cianurii de cesiu, iar astfel a fost rezolvată problema clorurii de cesiu.
Din punct de vedere istoric, cele mai importante utilizări ale cesiului au fost în cercetarea științifică și în dezvoltare, mai ales în domeniul chimic. Câteva aplicații ale cesiului existau încă din anii 1920, când a început să fie folosit în tuburi cu vid, unde a avut două funcții: ca epurator (înlătura excesul de oxigen de după fabricare) și ca strat deasupra catodului de încălzire, pentru a crește conductivitatea electrică a acestuia. Cesiul nu a fost recunoscut ca un metal cu utilizări industriale înainte de anii 1950. Printre aplicațiie cesiului non-radioactiv menționăm aplicațiile în celule fotovoltaice, în tuburi fotomultiplicatoare, în componentele optice ale spectrofotometrelor cu raze infra-roșii, în cataliza unor reacții organice și în generatorul magnetohidrodinamic.
Încă din 1967, Sistemul internațional de unități a utilizat cesiul pentru a crea etalonul secundă, definind secunda ca o perioadă de 9.192.631.770 cicluri ale radiației, ce corespund dezintegrării radioactive a atomului de cesiu-133. În urma celei de a 13-a ediție a General Conference on Weights and Measures din 1967, secunda a fost denumită (definită) ca „durata a 9.192.631.770 cicluri a luminii cu microunde absorbită sau emisă de către tranzițiile hiperfine ale atomilor de cesiu-133”.
Proprietăți Fizice left|thumb|Eșantion de cesiu-133 de mare puritate sub o atmosferă de argon|alt= Y shaped yellowish crystal in glass ampoule, looking like the branch of a pine tree Cesiul este un metal foarte moale (are cea mai mică duritate pe Scara Mohs dintre toate elementele, de 0,2), ductil, de culoare alb-argintie, ce prezintă o tentă argintiu-aurie în prezența oxigenului. Are un punct de topire de 28,4 °C, devenind astfel unul dintre singurele metale lichide la temperatura camerei, iar mercurul este singurul metal cu temperatura de topire mai mică decât cesiul. În plus, metalul are și cel mai redus punct de fierbere, după mercurul, dintre metalele, de 641 °C. Compușii săi au culoarea albastră în timpul arderii într-o flacără deschisă. thumb|left|Cub din acrilic cu cesiu, confecționat în scop educativ
Cesiul formează și aliaje cu alte metale alcaline și cu aurul și amalgamuri chimice cu mercurul. La temperaturi sub 650 °C, acesta formează aliaje cu cobaltul, fierul, molibdenul, nichelul, platina, tantalul și wolframul. Poate forma, totodată, și compuși intermetalici fotosensibili cu stibiul, galiul, indiul și toriul. Cesiul se poate amesteca cu celălalte metale alcaline (excepție litiul), iar aliajul cu compoziția 41% cesiu, 47% potasiu și 12% sodiu are cel mai mic punct de topire dintre toate aliajele metalelor, de −78 °C. Au mai fost studiate și alte amalgamuri: CsHg2 (ce este de culoare neagră și posedă luciu metalic) și CsHg (ce este galben și posedă tot luciu metalic).
Chimice right|thumb|Reacția dintre o infimă cantitate de cesiu și apă rece este explozivă|alt=După ce o persoană adaugă o cantitate mică de metal într-o placă Petri ce conținea inițial apă rece, are loc explozie Cesiul metalic este foarte reactiv și foarte piroforic. În plus, se aprinde în mod spontan în aer și reacționează cu apa la temperaturi reduse, în urma reacției având loc explozii relativ periculoase. Reacția cu apa solidă poate avea loc la temperaturi mai mici de −116 °C. Din cauza reactivității sale ridicate, este clasificat ca fiind un material periculos și nu poate fi transportat, ca și sodiul, decât în hidrocarburi saturate uscate, ca de exemplu în uleiuri minerale. Mai poate fi păstrat și în atmosferele de gaze inerte, ca cea de argon, sau în fiole din sticlă de borsilicat sigilate cu vid. Când este păstrat în cantități mai mari de 100 grame, cesiul este sigilat în containere din oțel inoxidabil. Caracteristicile chimice ale cesiului sunt similare cu cele ale metalelor alcaline, dar mai degrabă, acestea se asemănă cu cele ale rubidiului, elementul chimic situat deasupra cesiului în tabelul periodic al elementelor. Însă, pot apărea mici diferențe între proprietățile chimice datorită masei atomice și a electropozitivității foarte mari. Cesiul este cel mai electropozitiv element cu izotopi stabili. Ionii de cesiu sunt, de asemenea, grei și mai puțin duri decât al ionilor de metale alcaline.
Compuși thumb|left|150px|Modelul coordinării cubice a Cs și Cl în CsCl| alt=27 small grey spheres in 3 evenly spaced layers of nine. 8 spheres form a regular cube and 8 of those cubes form a larger cube. The grey spheres represent the caesium atoms. The center of each small cube is occupied by a small green sphere representing a chlorine atom. Thus, every chlorine is in the middle of a cube formed by caesium atoms and every caesium is in the middle of a cube formed by chlorine. Cea mai mare parte a compușilor cesiului conțin cationul Cs+ ce se poate combina prin legături ionice cu un mare număr de anioni. O excepție notabilă este anionul de cesiură (Cs-). Alte câteva excepții sunt suboxizii (vezi secțiunea oxizi). Sărurile ionului Cs+ sunt incolore, deși anionul în sine este colorat. Majoritatea acestora sunt higroscopice, dar acest fenomen este mai puțin prezent decât în cazul sărurilor altor metale alcaline. Fosfatul, acetatul, carbonatul, compușii halogenici, oxidul, azotatul și sulfatul de cesiu sunt solubili în apă.C.Michael Hogan. 2011. Phosphate. Encyclopedia of Earth. Topic ed. Andy Jorgensen. Ed.-in-Chief C.J.Cleveland. National Council for Science and the Environment. Washington DC Sărurile duble (adică cele formate din mai mulți cationi și anioni diferiți) sunt adesea greu solubile; însă, această insolubilitate poate avea și aplicații. De exemplu, datorită solubilității scăzute a sulfatului de cesiu și aluminiu, compusul este folosit la purificarea cesiului din minereuri. Sărurile duble cu stibiu (ca de exemplu, ), bismut, cadmiu, cupru, fier și plumb sunt, de asemenea, puțin solubile.
Hidroxidul de cesiu (CsOH) este o bază foarte puternică și higroscopică. Compusul poate fi folosit la decaparea semiconductoarelor, cum sunt siliciul și germaniul. Hidroxidul de cesiu a fost considerat de chimiști ca „cea mai puternică bază”, fapt datorat atracției slabe dintre ionul Cs+ foarte greu și OH– mai ușor. CsOH este într-adevăr cea mai puternică bază Arrhenius, însă un număr de compuși care nu există în soluții apoase, precum amida de sodiu (NaNH2) și n-butil-litiul (C4H9Li), sunt baze și mai puternice.
Prin reacția unui amestec stoichiometric de cesiu și aur se formează compusul aurura de cesiu.
Compuși complecși Ca toți cationii metalelor, ionul Cs+ formează compuși complecși în soluțiile bazelor Lewis. Adesea, din cauza greutății sale, Cs+ adoptă numere de coordinare mai mari ca șase, acestea fiind tipice pentru cationii metalelor alcaline ușoare. Această tendință este deja evidențiată în clorura de cesiu (CsCl), unde numărul de coordinare este opt. Moliciunea și numărul de coordinare mare al ionului Cs+ sunt motive principale pentru separarea sa de alți cationi, putând fi folosit la separarea deșeurilor nucleare, unde 137Cs+ este separat de K+ ce nu este radioactiv..
Compuși halogenați