Caesium

Vorlage:Chemisches Element 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 sehr reaktive, im hochreinem Zustand silberweiß glänzende Alkalimetall schmilzt bei Körpertemperatur.

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

Vorkommen

Das Mineral Pollucit

Kommerziell nutzbar ist nur das Mineral Pollucit (auch Pollux genannt) aus Bernic Lake (Manitoba/Kanada). Die Herstellung des reinen Metalls erfolgt durch Reduktion von Cäsiumchlorid mit Calcium.

Eigenschaften

Goldgelbes Caesium in Ampulle unter Argongas

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, z.B. 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 hat als Gettermetall das Bestreben, Fremdatome in sich aufzunehmen.

Caesium ist sehr weich (das weichste aller Elemente) und dehnbar. Caesium hat nach Quecksilber und dem radioaktiven, in der Natur praktisch nicht vorhandenem Francium den niedrigsten Schmelzpunkt aller Metalle. Dieser liegt bei 28,45 °C und der Siedepunkt bei 669 °C.

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

\mathrm {2\,Cs+2\,H_{2}O\rightarrow 2\,CsOH+\Delta T+H_{2}\uparrow }

In Luft verbrennt Caesium mit rotvioletter Flamme zu Caesiumhyperoxid.

\mathrm {Cs+O_{2}\rightarrow CsO_{2}}

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

Goldgelbe Caesiumnadeln in einer Ampulle

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 antropogen 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 Fotomultipliern
Infrarotleuchtsätze zum Einsatz mit Nachtsichtgeräten .^[1]
Tarnnebelmunition ^[2]
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
Stromquelle (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 wie die anderen Alkalimetalle exotherm unter Entwicklung gasförmigen Wasserstoffs. Wegen seiner hohen Reaktionfähigkeit 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:

Andere Verbindungen sind z.B.:

Caesiumiodid (CsI)

Besonderheit

Bei gasförmigem Caesium ist der Brechungsindex kleiner als 1, was bedeutet, das die Lichtgeschwindigkeit in Cäsium größer ist als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Es können in Caesium mit Überlichtgeschwindigkeit aber keine Informationen übermittelt werden, so dass die Relativitätstheorie weiterhin korrekt ist.

Quellen

↑ C. W. Lohkamp USP 3 733 223, The United States as represented by the Secretary of the Navy, USA, (1973)
↑ M. Weber DE 32 38 444, Pyrotechnische Fabrik F. Feistel GmbH & Co. KG, Göllheim, Germany, (1982)

Weblinks

Wiktionary: Cäsium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons: Cäsium – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Video

[Alpha Centauri gibt es Überlichtgeschwindigkeiten?]

[lohkamp-1] C. W. Lohkamp USP 3 733 223, The United States as represented by the Secretary of the Navy, USA, (1973)

[weber-2] M. Weber DE 32 38 444, Pyrotechnische Fabrik F. Feistel GmbH & Co. KG, Göllheim, Germany, (1982)

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