55 Cs Caesium 132.905
Alkalimetall s-block Period 6 Group 1

Caesium

Cs · Element 55 · Alkali metals

The most reactive metal, the softest, and the atom that defines the second.

ZUSTAND BEI 20°C fest
ATOMMASSE 132.905 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 6s¹

Struktur

Das caesium-Atom

Kein Diagramm aus Punkten auf Schalen – eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.

Orbitalwolke

Gemessene Werte

Eigenschaftenübersicht

Jeder Balken zeigt, wo caesium bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.

Physikalisch

Dichte 1.93 g/cm³ 17%
Schmelzpunkt 301.6 K 15%
Siedepunkt 944 K 21%
Spezifische Wärme 0.242 J/g·K
Wärmeleitfähigkeit 35.9 W/m·K 58%

Atomar

Atomradius 265 pm 100%
Kovalenzradius 244 pm
Van-der-Waals-Radius 343 pm

Elektronisch

Elektronegativität 0.79 1%
Ionisierungsenergie 375.3 kJ/mol 0%
Elektronenaffinität 45.3 kJ/mol 37%

Vorkommen

Häufigkeit in der Erdkruste 3 mg/kg 62%

Identität

SymbolCs
Ordnungszahl55
Atommasse132.9055 u
KategorieAlkalimetall
Blocks
Kristallstrukturkubisch-raumzentriert
Oxidationsstufen-1, +1
Entdeckung1860
Entdeckt vonBunsen & Kirchhoff

Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Mit ~ gekennzeichnete Werte sind vorhergesagt und nicht gemessen.

Größe, maßstabsgetreu

How big is a caesium atom?

Radius 265 pm — that is 0.265 nm, so about 1887 million of them side by side would span a millimetre.

Temperaturbereich

Solid, liquid, gas — and when

Caesium is liquid over a 642 K window, from 302 K to 944 K.

Position

Position in der Tabelle

Caesium sits in period 6, group 1. Everything in group 1 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER ALKALIMETALLE

All alkalimetalle

Die Geschichte

Was caesium ist und wie wir es entdeckt haben

The most reactive metal, the softest, and the atom that defines the second.

The discovery of caesium

Die spektroskopische Revolution von 1860

Im Jahr 1860 machten die deutschen Chemiker Robert Bunsen und Gustav Kirchhoff eine Entdeckung, die sowohl die Chemie als auch die Astronomie revolutionieren sollte. Mit ihrem neu erfundenen Spektroskop untersuchten sie Mineralwasser aus dem berühmten Bad Dürkheim, als sie geheimnisvolle blaue Spektrallinien bemerkten, die keinem bekannten Element zugeordnet werden konnten.

Entdeckung des „Himmelblauen“

Die leuchtenden blauen Spektrallinien waren so unverwechselbar und schön, dass Bunsen und Kirchhoff sofort wussten, ein neues Element gefunden zu haben. Sie nannten es nach dem charakteristischen Farbeindruck seiner Spektralemission „Caesium“, abgeleitet vom lateinischen „caesius“, was himmelblau bedeutet.

Die Herausforderung der Isolierung

Das Spektralsignal von Caesium zu sehen war eine Sache; das eigentliche Metall zu isolieren eine völlig andere Herausforderung. Es dauerte drei Jahre mühsamer Arbeit, in denen über 40 Tonnen Mineralwasserrückstände verarbeitet wurden, um gerade einmal 7 Gramm Caesiumchlorid zu gewinnen – kaum genug, um einen kleinen Löffel zu füllen.

Erste Isolierung des Metalls

1881 isolierte der deutsche Chemiker Carl Setterberg schließlich metallisches Caesium durch die Elektrolyse von geschmolzenem Caesiumcyanid. Das Ergebnis war spektakulär – ein silbriges Metall, das so reaktiv war, dass es sich an der Luft spontan entzünden konnte und heftig in Wasser explodierte, wodurch Caesium den Ruf als eines der reaktivsten Elemente erlangte.

Revolutionäre Anwendungen

Jahrzehntelang blieb Caesium eine Laborkuriosität, bis Wissenschaftler in den 1950er-Jahren seine bemerkenswerten atomaren Eigenschaften entdeckten. Die Entwicklung der Caesium-Atomuhr im Jahr 1955 durch Louis Essen und Jack Parry am National Physical Laboratory in Großbritannien verwandelte Caesium von einer seltenen Kuriosität in die Grundlage der modernen Präzisionszeitmessung.

Moderne Bedeutung

Die Geschichte der Entdeckung von Caesium wird bis heute fortgeschrieben. Von der Definition der Sekunde im Jahr 1967 bis zur Ermöglichung der GPS-Technologie und der Forschung zum Quantencomputing ist dieses in Badewasser entdeckte „himmelblaue“ Element für die fortschrittlichsten Technologien der modernen Zivilisation unverzichtbar geworden.

Anwendungen

Wofür caesium verwendet wird

Revolution der Präzisionszeitmessung

Caesium hat durch seine Rolle in Atomuhren die moderne Technologie revolutioniert. Diese sind so präzise, dass sie in 300 Millionen Jahren weniger als eine Sekunde verlieren würden. Der Hyperfeinübergang des Caesium-133-Atoms definiert die moderne Sekunde (9.192.631.770 Schwingungen) und macht Caesium zur Grundlage globaler Positionsbestimmungssysteme (GPS), der Internetsynchronisation und der Zeitstempel im Finanzhandel.

Raumfahrt und Navigation

GPS-Satelliten sind für ihre Genauigkeit vollständig auf Caesium-Atomuhren angewiesen. Ohne die Präzision von Caesium würde GPS täglich um mehrere Meilen abweichen. Tiefraummissionen verwenden Caesiumuhren zur Navigation über Milliarden von Meilen, während die Radioastronomie auf mit Caesium synchronisierte Teleskopanordnungen angewiesen ist, um ferne Galaxien zu beobachten.

Fortschrittliche Elektronik

Die photoelektrischen Eigenschaften von Caesium machen es unverzichtbar in Photomultiplierröhren, Nachtsichtgeräten und Bildverstärkern. Caesiumdampf in Magnetometern erkennt Änderungen magnetischer Felder von nur 0,01 Nanotesla – entscheidend für geologische Untersuchungen, archäologische Entdeckungen und die Ortung von U-Booten.

Medizinische Anwendungen und Forschung

Caesium-137 (radioaktives Isotop) behandelt Krebs durch gezielte Strahlentherapie, sterilisiert medizinische Geräte und konserviert Lebensmittel. Forschungseinrichtungen verwenden Caesium in Teilchenbeschleunigern und als Kalibrierstandard für die Gammaspektroskopie.

Spezialisierte industrielle Verwendung

Caesium-Ionenantriebssysteme treiben Raumfahrzeuge mit winzigen Caesium-Mengen jahrelang an. Caesiumverbindungen katalysieren organische chemische Reaktionen, während die geringe Austrittsarbeit von Caesium es für thermionische Wandler wertvoll macht, die Wärme direkt in Elektrizität umwandeln.

Alltagstechnologie

Jedes Mal, wenn Sie in Ihrem Auto oder Smartphone die GPS-Navigation verwenden, verlassen Sie sich auf Caesium-Atomuhren. Diese hochpräzisen Zeitmesser in Satelliten sorgen dafür, dass Ihr Standort bis auf wenige Meter genau bestimmt wird.

Internet und Kommunikation

Mobilfunkmasten und Internetinfrastruktur verwenden Caesiumuhren zur Synchronisierung der Datenübertragung. Der Hochfrequenzhandel an Börsen ist auf die Nanosekundenpräzision von Caesium angewiesen, um Transaktionen im Wert von Milliarden von Dollar mit Zeitstempeln zu versehen.

Medizinische Sterilisation

Medizinische Geräte und Materialien werden mit Caesium-137-Strahlung sterilisiert, damit sie für Operationen und medizinische Eingriffe sicher sind. Viele medizinische Einwegprodukte, denen Sie in Krankenhäusern begegnen, wurden mit Caesium sterilisiert.

Lebensmittelkonservierung

Einige importierte Lebensmittel werden mit Caesiumstrahlung konserviert, um Bakterien abzutöten und die Haltbarkeit ohne Chemikalien zu verlängern. Dieses Verfahren erhält den Nährwert und gewährleistet gleichzeitig die Lebensmittelsicherheit beim Transport über große Entfernungen.

Nachtsichttechnologie

Überwachungskameras, militärische Ausrüstung und astronomische Instrumente verwenden Caesium-verstärkte Photokathoden, um winzige Lichtmengen zu verstärken und so bei nahezu vollständiger Dunkelheit klare Sicht zu ermöglichen.

Wissenschaftliche Forschung

Physiklaboratorien an Universitäten verwenden Caesiumstandards zur Kalibrierung empfindlicher Instrumente, während geologische Untersuchungen Caesium-Magnetometer einsetzen, um unterirdische Mineralvorkommen und Erdölreserven zu kartieren.

Woher es stammt

Natürliches Vorkommen

3 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 62% of elements

Seltener Schatz der Erde

Caesium gehört zu den seltensten stabilen Elementen der Erde; in der Erdkruste kommt es mit einer Häufigkeit von nur 3 Teilen pro Million vor. Diese Seltenheit macht Caesium wertvoller als viele Edelsteine, doch seine einzigartigen Eigenschaften machen es in der modernen Technologie unersetzlich.

Wichtigste Mineralquellen

Das wichtigste Caesiumerz ist Pollucit (CsAlSi₂O₆). Es kommt hauptsächlich in der abgelegenen Tanco-Mine in Manitoba, Kanada, vor, die etwa 80 % des weltweiten Caesiums liefert. Kleinere Vorkommen gibt es in der Bikita-Mine in Simbabwe sowie an verstreuten Orten in Brasilien, China und Namibia.

Pegmatitbildungen

Caesium reichert sich in Granitpegmatiten an – den endgültigen Kristallisationsprodukten abkühlenden Magmas. Wenn Granit über Millionen von Jahren abkühlt, konzentriert sich Caesium in den letzten flüssigen Anteilen und bildet schließlich caesiumreiche Mineralien in diesen geologischen Schatzkammern.

Spurenverbreitung

Winzige Mengen Caesium kommen weltweit in Mineralquellen und Salzlagerstätten vor. Die berühmten Heilbäder Europas enthalten Caesiumspuren, und einige Tonlagerstätten reichern Caesium über geologische Zeiträume durch Ionenaustauschprozesse an.

Kosmische Ursprünge

Caesium entsteht bei Supernovaexplosionen durch den s-Prozess (langsamen Neutroneneinfang) und ist dadurch kosmisch selten. Die Sternspektroskopie weist Caesium in den Atmosphären bestimmter entwickelter Sterne nach und hilft Astronomen, die stellare Nukleosynthese zu verstehen.

Herausforderungen bei der Produktion

Die weltweite jährliche Caesiumproduktion beträgt nur etwa 20 Tonnen – weniger als das Gewicht von drei Elefanten. Diese extreme Seltenheit in Verbindung mit der wachsenden Nachfrage nach Atomuhren und Elektronik macht Caesium zu einem der strategisch wichtigsten Elemente.

Handhabung

Sicherheit

Gefahren durch extreme Reaktivität

GEFAHR: Metallisches Caesium gehört zu den reaktivsten Elementen der Erde. Es entzündet sich an der Luft spontan und explodiert heftig in Wasser, wobei Wasserstoffgas und ätzendes Caesiumhydroxid entstehen. Handhaben Sie metallisches Caesium niemals ohne umfassende Schulung und geeignete Einrichtungen.

Gefahren radioaktiver Isotope

Caesium-137 ist mit einer Halbwertszeit von 30 Jahren hochradioaktiv. Eine Exposition verursacht Strahlenvergiftung, Krebs und genetische Schäden. Der Unfall von Goiânia 1987 in Brasilien, bei dem Plünderer verlassenes Caesium-137 fanden, führte zu 4 Todesfällen und weitreichender Kontamination und verdeutlichte die extreme Gefahr.

Sicherheitsprotokolle im Labor

Handhaben Sie Caesiumverbindungen in Handschuhkästen unter inerter Atmosphäre mit Argongas. Tragen Sie vollständige Schutzausrüstung einschließlich Gesichtsschutz, chemikalienbeständiger Schutzanzüge und umluftunabhängiger Atemschutzgeräte. Halten Sie Feuerlöscher für Metallbrände in der Nähe bereit.

Notfallmaßnahmen

Verwenden Sie bei Caesiumbränden NIEMALS Wasser – dies verursacht explosive Reaktionen. Verwenden Sie trockenen Sand, Argongas oder spezielle Metallbrandlöscher. Evakuieren Sie den Bereich sofort und wenden Sie sich bei Caesium-137-Vorfällen an Gefahrstoffspezialisten.

Gesundheitliche Auswirkungen

Caesiumverbindungen können Kalium in biologischen Systemen ersetzen und dadurch die Zellfunktion beeinträchtigen. Zu den Symptomen gehören Muskelschwäche, Herzrhythmusstörungen und Lähmungen. Eine Kontamination mit Caesium-137 erfordert sofortige medizinische Behandlung und eine spezialisierte Therapie.

Anforderungen an die Entsorgung

Caesiumabfälle erfordern aufgrund ihrer extremen Reaktivität und potenziellen Radioaktivität die Entsorgung in spezialisierten kerntechnischen Anlagen. Entsorgen Sie Caesium-Materialien niemals im normalen Abfall – wenden Sie sich für die ordnungsgemäße Handhabung an die zuständigen Atomaufsichtsbehörden.

Schnelle Antworten

Caesium: häufige Fragen

What is Caesium?

Caesium (symbol Cs) is element 55 on the periodic table, a alkalimetall in period 6, group 1. The most reactive metal, the softest, and the atom that defines the second. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of Caesium?

Caesium's ground-state electron configuration is [Xe] 6s¹, giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 18, 8, 1 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of Caesium?

Caesium melts at 301.6 K (28.4 °C) and boils at 944 K (670.9 °C). It will melt in a warm room or in the palm of your hand.

What is the atomic mass of Caesium?

The standard atomic weight of Caesium is 132.905 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is Caesium?

Caesium has a density of 1.93 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of caesium is about 1.9× heavier.

What is the electronegativity of Caesium?

Caesium has a Pauling electronegativity of 0.79. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.

Who discovered Caesium, and when?

Caesium was discovered in 1860 by Bunsen & Kirchhoff. It is named after latin caesius, "sky blue".

How common is Caesium on Earth?

Caesium makes up about 3 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.