Césium (Cs) — Élément 55 : propriétés et faits

Structure

L’atome de césium

Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.

Nuage orbital

Sous-couches — choisissez-en une à afficher

Électrons par couche

n=1 2
n=2 8
n=3 18
n=4 18
n=5 8
n=6 1

Un atome de césium possède 6 couches occupées contenant au total 55 électrons. La couche la plus externe en contient 1 : ce sont ces électrons qui interviennent dans la chimie.

Protons: 55
Électrons: 55
Neutrons (isotope le plus courant, Cs-133): 78
États d’oxydation: -1, +1

Valeurs mesurées

Fiche de propriétés

Chaque barre indique où se situe le césium parmi les 118 éléments pour cette propriété.

Physique

Masse volumique 1,93 g/cm³ 17%

Point de fusion 301,6 K 15%

Point d’ébullition 944 K 21%

Chaleur massique 0,242 J/g·K

Conductivité thermique 35,9 W/m·K 58%

Atomique

Rayon atomique 265 pm 100%

Rayon covalent 244 pm

Rayon de Van der Waals 343 pm

Électronique

Électronégativité 0,79 1%

Énergie d’ionisation 375,3 kJ/mol 0%

Affinité électronique 45,3 kJ/mol 37%

Occurrence

Abondance dans la croûte terrestre 3 mg/kg 62%

Identité

SymboleCs

Numéro atomique55

Masse atomique132,9055 u

CatégorieMétal alcalin

Blocs

Structure cristallinecubique centrée

États d’oxydation-1, +1

Découvert1860

Découvert parBunsen & Kirchhoff

Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.

Même élément, neutrons différents

Isotopes du césium

Tous les atomes de césium ont le même nombre de protons, 55, et ne diffèrent que par leur nombre de neutrons : ces variantes sont ses isotopes. Le plus courant, Cs-133, a 78 neutrons et représente 100 % du césium naturel.

Isotopes du césium présents dans la nature, avec leur part dans l’élément naturel, et isotopes radioactifs connus
ISOTOPE	Neutrons	Abondance naturelle	Demi-vie	Mode de désintégration
Cs-133 le plus courant	78	100 %	Stable	—
Cs-134	79	—	2,0652 ans	β⁻
Cs-137	82	—	30,08 ans	β⁻

Ici, le raccourci scolaire, masse atomique arrondie (132,905) moins numéro atomique, donne la même réponse : 78.

Modes de désintégration

β⁻: désintégration bêta moins

Données : IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, évaluations des états fondamentaux, consultées le 10 octobre 2026. L’abondance est la part des atomes dans l’élément naturel ; un tiret signifie que l’isotope n’a pas d’abondance naturelle de référence.

Taille, à l’échelle

Quelle est la taille de l’atome de césium ?

Rayon de 265 pm — soit 0,265 nm ; il en faudrait donc environ 1,89 million côte à côte pour couvrir un millimètre.

Plage thermique

Solide, liquide, gaz — et quand

Entre 302 K et 944 K, le césium est liquide : une plage de 642 K.

Où il se trouve

Position dans le tableau

Dans le tableau, le césium occupe la période 6, groupe 1. Tous les éléments du groupe 1 possèdent le même nombre d’électrons externes, ce qui explique qu’ils se comportent de manière si similaire.

Autres métaux alcalins

3Li 11Na 19K 37Rb 87Fr

Tous les métaux alcalins

L’histoire

Ce qu’est le césium et comment on l’a découvert

Le césium (Cs) est l’élément 55, un métal alcalin mou, d’un or pâle, du groupe 1. Il fond à 28,44 °C (301,59 K), juste au-dessus de la température ambiante, si bien qu’il peut devenir liquide par une journée chaude, et il bout à 671 °C (944 K). Sa masse volumique est de 1,93 g/cm³. Le césium est l’élément stable le plus électropositif : il cède son électron externe si facilement qu’il s’enflamme à l’air et réagit de façon explosive avec l’eau. En anglais, l’IUPAC écrit caesium, tandis que cesium est l’orthographe américaine.

Structure atomique et isotopes

Le césium possède 55 électrons répartis sur six couches, selon la distribution 2, 8, 18, 18, 8, 1, avec la configuration [Xe] 6s¹. Son unique électron externe est éloigné du noyau, ce qui fait de l’atome de césium l’un des plus gros de tous les atomes.

Le césium naturel est constitué d’un seul isotope stable, le césium-133, qui sert à définir la seconde. Les isotopes radioactifs césium-137 (demi-vie d’environ 30 ans) et césium-134 sont des produits de la fission nucléaire et ont été rejetés lors des accidents de Tchernobyl et de Fukushima.

La découverte du césium

Découvert grâce au spectroscope (1860)

En 1860, à Heidelberg, Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff ont fait évaporer de grands volumes d’eau minérale de Dürkheim et examiné la flamme du résidu au moyen de leur nouveau spectroscope. Ils ont vu deux raies bleues brillantes qui ne correspondaient à aucun élément connu.

Le nom

Ils ont nommé l’élément d’après le latin caesius, bleu ciel, en raison de la couleur de ces raies. Le césium a été le premier élément découvert au spectroscope ; le rubidium a suivi en 1861.

Le métal (1882)

Bunsen n’a pas réussi à isoler le métal. Carl Setterberg l’a obtenu pour la première fois en 1882 par électrolyse du cyanure de césium fondu.

Applications

À quoi sert le césium

Horloges atomiques

Depuis 1967, la seconde est définie à partir du césium-133 : c’est la durée de 9 192 631 770 périodes du rayonnement émis lors d’une transition entre deux niveaux d’énergie de l’atome de césium. Les horloges atomiques au césium entretiennent les étalons de temps nationaux, et les satellites GPS et d’autres satellites de navigation embarquent des horloges au césium et au rubidium.

Catalyseurs et fluides de forage

En quantité, le carbonate et l’hydroxyde de césium, utilisés surtout comme catalyseurs, sont les principaux produits du césium, suivis de la saumure de formiate de césium, un fluide dense et réutilisable employé pour forer des puits de pétrole et de gaz à haute pression et à haute température (USGS).

Autres usages

Électronique et optique : le césium est utilisé dans les cellules photoélectriques, les tubes photomultiplicateurs et les dispositifs de vision nocturne.
Chimie : les composés du césium servent de catalyseurs et entrent dans des verres spéciaux.
Sources de rayonnement : le césium-137 a été utilisé en radiothérapie anticancéreuse, dans les irradiateurs de sang et dans des jauges industrielles, mais des sources de rayons X le remplacent pour des raisons de sécurité.

Dans la vie quotidienne

Le césium travaille surtout dans l’ombre. Quand un téléphone règle son horloge sur le réseau ou qu’un récepteur GPS détermine sa position, il s’appuie sur le temps fourni par des horloges atomiques au césium. La plupart des gens ne manipulent jamais le métal lui-même, qui est vendu scellé dans des ampoules de verre.

D’où il vient

Présence naturelle

3 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 62 % des éléments

Abondance

Le césium représente environ 3 parties par million de la croûte terrestre. Trop réactif pour exister à l’état libre, il est très dispersé, sauf dans quelques pegmatites granitiques inhabituelles.

Minéraux

Le principal minerai est la pollucite, un silicate d’aluminium et de césium. Le plus grand gisement connu se trouvait à la mine Tanco, au lac Bernic, au Manitoba (Canada) ; d’autres gisements se trouvent à Bikita, au Zimbabwe, et à Sinclair, en Australie. Le césium est aussi présent dans la lépidolite et d’autres minéraux de lithium, ainsi que dans certaines eaux minérales.

Production

La production mondiale est faible, provient de quelques mines et n’est pas publiée en détail (USGS).

Manipulation

Sécurité

Réactivité

Le césium métallique réagit de façon explosive avec l’eau en produisant de l’hydrogène et de l’hydroxyde de césium, l’une des bases les plus fortes, et il peut s’enflammer au contact de l’air. Il doit être conservé sous gaz inerte sec ou sous huile minérale dans des récipients scellés, et les incendies doivent être combattus avec un extincteur de classe D ou du sable sec, jamais avec de l’eau.

Toxicité

Les composés stables du césium sont peu toxiques ; l’organisme traite le césium à peu près comme le potassium. L’hydroxyde de césium est en revanche très corrosif.

Césium radioactif

Le césium-137 présente un grave danger radiologique. Par l’intermédiaire de son produit de désintégration à vie courte, il émet un rayonnement gamma, et dans l’organisme il se répartit comme le potassium. En 1987, à Goiânia, au Brésil, une source de radiothérapie abandonnée contenant du chlorure de césium-137 a été ouverte, ce qui a tué quatre personnes et en a contaminé de nombreuses autres.

Pour aller plus loin

Explorer le césium avec les outils

Réponses rapides

Césium : questions fréquentes

Qu’est-ce que le césium ?

Le césium (symbole Cs) est l’élément 55 du tableau périodique, un métal alcalin de la période 6, groupe 1. Le métal le plus réactif, le plus doux, et l’atome qui définit la seconde. À température ambiante, c’est un solide.

Quelle est la configuration électronique du césium ?

La configuration électronique du césium à l’état fondamental est [Xe] 6s¹ ; elle comporte 6 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 18, 18, 8, 1.

Quels sont les points de fusion et d’ébullition du césium ?

Le césium fond à 301,6 K (28,4 °C) et bout à 944 K (670,9 °C). Il fondra dans une pièce chaude ou dans la paume de la main.

Quelle est la masse atomique du césium ?

La masse atomique standard du césium est de 132,905 u. Il s’agit d’une moyenne pondérée de ses isotopes présents naturellement, ce qui explique qu’elle soit rarement un nombre entier.

Combien de neutrons compte un atome de césium ?

L’atome de césium le plus courant, Cs-133, a 78 neutrons : son nombre de masse, 133, moins son numéro atomique, 55. Il représente 100 % du césium naturel. Le raccourci scolaire, masse atomique arrondie (132,905) moins numéro atomique, donne le même résultat : 78.

Quelle est la masse volumique du césium ?

La masse volumique du césium est de 1,93 g/cm³. L’eau a une masse volumique de 1,0 g/cm³ ; un bloc de césium est donc environ 1,9× plus lourd.

Quelle est l’électronégativité du césium ?

L’électronégativité du césium sur l’échelle de Pauling est de 0,79. L’échelle va de 0,70 (le francium, qui attire le moins les électrons) à 3,98 (le fluor, qui les attire le plus). Une valeur aussi faible signifie qu’il cède facilement ses électrons externes, formant des ions positifs.

Qui a découvert le césium, et quand ?

La découverte du césium remonte à 1860 ; on la doit à Bunsen & Kirchhoff. Origine du nom : latin caesius, « bleu ciel ».

Quelle est l’abondance du césium sur Terre ?

Le césium constitue environ 3 mg/kg de la croûte terrestre — peu courant, mais pas rare.

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