Caesium

Eigenschaften
[Xe] 6s1 55 Cs Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Caesium, Cs, 55
Serie	Alkalimetalle
Gruppe, Periode, Block	1, 6, s
Aussehen	silberweiß glänzend
Massenanteil an der Erdhülle	6 · 10-4 %
Atomar
Atommasse	132,9054 u
Atomradius (berechnet)	265 (-) pm
Kovalenter Radius	225 pm
Van-der-Waals-Radius	pm
Elektronenkonfiguration	[Xe] 6s1
Elektronen pro Energieniveau	2, 8, 18, 18, 8, 1
Austrittsarbeit	2,1 eV
1. Ionisierungsenergie	382 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Modifikationen	1
Kristallstruktur	kubisch-raumzentriert
Dichte	1,879 g/cm3
Mohshärte	?
Magnetismus
Schmelzpunkt	301,60 K (28,45 °C)
Siedepunkt	944,15 K (671 °C)
Molares Volumen	70,94 · 10-6 m3/mol
Verdampfungswärme	67,74 kJ/mol
Schmelzwärme	2,092 kJ/mol
Dampfdruck	1,4 · 10-4 Pa
Schallgeschwindigkeit	? m/s
Spezifische Wärmekapazität	240 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit	4,89 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit	36 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	+1
Oxide (Basizität)	Cs2O (als CsOH stark basisch)
Normalpotential	-2,92 V (Cs+ + e- → Cs)
Elektronegativität	0,7 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP 129Cs {syn.} 32,06 h ε 1,195 129Xe 130Cs {syn.} 29,21 min ε 2,983 130Xe β- 0,373 130Ba 131Cs {syn.} 9,689 d ε 0,352 131Xe 132Cs {syn.} 6,479 d ε 2,120 132Xe β- 1,280 132Ba 133Cs 100 % Stabil 134Cs {syn.} 2,0648 a β- 2,059 134Ba 135Cs {syn.} 2 · 106 a β- 0,2 135Ba 136Cs {syn.} 13,16 d β- 2,548 136Ba 137Cs {syn.} 30,17 a β- 0,5 137Ba
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung
F Leichtent- zündlich C Ätzend [1]
R- und S-Sätze	R: 11-14/15-34 [1][2]
	S: 8-16-26-36/37/39-43-45 [1][2]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Caesium (Schreibweise nach IUPAC auch Cesium), umgangssprachlich auch Cäsium oder Zäsium, ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Cs und der Ordnungszahl 55. Das extrem reaktive, goldfarbene, in hochreinem Zustand silbrig glänzende Alkalimetall schmilzt bei Körpertemperatur.

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Geschichte

Caesium wurde erstmals 1860 zusammen mit Rubidium von dem deutschen Chemiker Robert Wilhelm Bunsen und dem deutschen Physiker Gustav Robert Kirchhoff, den Erfindern der Spektralanalyse, im Dürkheimer Mineralwasser nachgewiesen. Der Name Caesium ist vom lateinischen caesius abgeleitet, was „himmelblau“ bedeutet. Der Name nimmt Bezug auf die typischen Spektrallinien des Caesiums, welche im blauen Bereich liegen, und wurde 1861 von Bunsen/Kirchhoff vergeben.

Im Jahr 1882 stellte Carl Setterberg erstmals metallisches Caesium durch Schmelzelektrolyse des Cyanids her.

Vorkommen

  Kommerziell nutzbar ist nur das Mineral Pollucit, welches auch Pollux genannt wird und im Bernic Lake in Manitoba, Kanada abgebaut wird. Die Herstellung des reinen Metalls erfolgt durch Reduktion von Caesiumchlorid mit Calcium.

Eigenschaften

Caesium weist von allen stabilen Elementen des Periodensystems mit 0,274 nm den größten Atomradius auf.

Allgemein wenig bekannt ist, dass hochreines Caesium eine silberweiße Farbe aufweist. Bereits geringste Sauerstoffspuren, zum Beispiel aus dem Glas einer evakuierten Aufbewahrungsampulle, reichen aus, um den bekannten goldfarbenen Glanz des Metalls zu erzeugen. Die eigentliche Farbe des Metalls ist so nur für kurze Zeit nach seiner Destillation sichtbar.

Caesium ist das weichste aller Metalle und äußerst dehnbar. Es hat nach Quecksilber und dem radioaktiven, in der Natur praktisch nicht vorhandenen Francium den niedrigsten Schmelzpunkt aller Metalle. Dieser liegt bei 28,45 °C, der Siedepunkt liegt bei 671 °C.

Caesium ist nach Fluor das reaktionsfähigste stabile Element; es reagiert mit praktisch allen anderen Elementen. Bei der äußerst heftigen, stark exothermen Reaktion mit Wasser entsteht neben Wasserstoff auch noch Caesiumhydroxid, die absolut stärkste Metallhydroxidbase.

In Luft verbrennt Caesium mit blauvioletter Flamme zu Caesiumhyperoxid.

Oberhalb 300 °C greift es auch Glas an. Caesium ist auch das Element mit dem größten thermischen Ausdehnungskoeffizient (9,4 · 10^-5 pro °C).

Isotope

Natürlich kommt nur ¹³³Cs vor, es zählt somit zu den anisotopen Elementen beziehungsweise Reinelementen.

Die anderen, allesamt radioaktiven Caesium-Isotope kommen nur als künstliche Spaltprodukte bei Kernreaktionen vor. Das bedeutendste künstliche Isotop ist der Beta- und Gammastrahler ¹³⁷Cs mit einer Halbwertszeit von 30 Jahren. Bekannt wurde es vor allem durch die radioaktive Belastung nach dem Reaktorunglück von Tschernobyl 1986, wobei der anthropogen verursachte Eintrag in die Natur (hauptsächlich Böden) jedoch vorwiegend auf die oberirdischen Atomwaffentests der 50er und 60er Jahre zurückzuführen ist. Besonders angereichert hat es sich in bestimmten Pilzen (beispielsweise Maronenröhrlinge in Süddeutschland und Österreich) und in Wildtieren (maßgeblich Schwarzwild, in welchem sich auch heute noch bis zu 9000 Bq messen lassen (Süddeutschland, Schluchsee)). Der Grenzwert für Lebensmittel beträgt in der EU 600 Bq/kg.

Verwendung

• Herstellung von Fotozellen (besonders für IR-Strahlung) und Photomultipliern
• Infrarotleuchtsätze zum Einsatz mit Nachtsichtgeräten .^[3]
• Tarnnebelmunition ^[4]
• Infrarotdurchlässige Fenster, Linsen und Prismen
• Caesium-Dampf-Lampen für Nachtsichtgeräte
• Herstellung von caesiumdotierten Katalysatoren
• Atomuhren, Caesiumuhren als Zeitnormale
• Gettermetall für Vakuumröhren
• ¹³⁷Cs als Strahlungsquelle für medizinische Anwendungen in der Krebstherapie und in kleinen Bestrahlungsanlagen (wie Gammacell) bei Versuchen zur Lebensmittelbestrahlung
• ¹³⁷Cs Wärmequelle (thermoionische Batterien, Isotopenbatterie)
• Treibstoff für Ionentriebwerke
• ¹³⁷Cs als Tracer für Wind- und Wassererosion
• ¹³⁷Cs als Strahlungsquelle für Dichtemessungen in der Geophysik

Sicherheitshinweise

An Luft entzündet sich Caesium spontan, weshalb es unter reinem Stickstoff oder Argon aufbewahrt werden muss. In Wasser reagiert es exotherm unter Entwicklung gasförmigen Wasserstoffs. Wegen seiner hohen Reaktionsfähigkeit reagiert es mit Wasser explosiv. Die Explosivität kann durch die Entzündung des dabei entstehenden Wasserstoffs verstärkt werden.

Verbindungen

Caesium ist eines der elektropositivsten Elemente. Aufgrund des großen Elektronegativitätsunterschieds zu den meisten anderen Elementen ist es fast ausschließlich in ionischen Verbindungen anzutreffen, wie zum Beispiel:

• Caesiumhydrid (CsH)
• Caesiumhydroxid (CsOH)
• Caesiumhyperoxid (CsO₂)
• Caesiumchlorid (CsCl)
• Caesiumfluorid (CsF)

Andere Verbindungen sind z. B.:

• Caesiumiodid (CsI)

Besonderheit

In gasförmigem Caesium ist die Brechzahl kleiner als 1. Das bedeutet, dass die Phasengeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle - in diesem Fall Licht - größer als im Vakuum ist. Dieses Phänomen ist insbesondere von Plasmen her bekannt und steht in völligem Einklang mit der speziellen Relativitätstheorie, da weder Materie noch Information übertragen wird.

Siehe auch

Goiânia-Unfall – Diebstahl von Caesium-137 in den 1980-ern, das dann unter Freunden und Bekannten verteilt wurde.^[5]

Quellen

1. ↑ ^{a b c} Eintrag zu CAS-Nr. 7440-46-2 in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 14. Dezember 2007 (JavaScript erforderlich)
2. ↑ ^{a b} Sicherheitsdatenblatt (acros)
3. ↑ C. W. Lohkamp USP 3 733 223, The United States as represented by the Secretary of the Navy, USA, (1973)
4. ↑ M. Weber DE 32 38 444, Pyrotechnische Fabrik F. Feistel GmbH & Co. KG, Göllheim, Germany, (1982)
5. ↑ IAEA (Hrsg.): The Radiological Accident in Goiânia. Wien 16. September 1998, ISBN 92-0-129088-8 (HTML (dort PDF) ; Stand: 2007-12-13).

Videos

• Geschmolzenes Cäsium (auf myvideo.de: benötigt einen „Adobe Flash“-Player)
• Alpha Centauri: gibt es Überlichtgeschwindigkeiten? (RealMedia)