Caesium

Eigenschaften des Elements

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in bei 25 °C	1,87
Härte nach Mohs	0,2
Schallgeschwindigkeit in
Schmelztemperatur in °C	29
spezifische Schmelzwärme in	15,72
Siedetemperatur in °C	690
spezifische Verdampfungswärme in	495,86
Standardentropie S0 in	83
Wärmeleitfähigkeit in bei 27°C	35,9
spezifische Wärmekapazität in bei 25 °C	0,242
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3
spez. elektrischer Widerstand in	0,200
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)	0,00065

Caesium in einer Glasampulle eingeschmolzen.

Isoptope des Elements 

Caesium ist ein anisotopes Element, d. h. es kommt in der Natur nur in der Form eines einzelnen stabilen Isotops vor. Weiterhin sind noch 31 künstliche, radioaktive Isotope bekannt, nur einige davon sind beispielhaft in der folgenden Tabelle mit aufgeführt.

Ordnungszahl Z	Massen- zahl A	Atommasse in u	Häufigkeit in %	Art der Strahlung und Energie in MeV	Halbwertszeit
55	133	132,905	100%
	134	133,906	künstlich	β : 0,7	2,1 a
	135	134,905	künstlich	β : 0,2	2 · 106 a
	136	135,907	künstlich	β : 0,3	13 d
	137	136,906	künstlich	β : 0,5	30 a

Energieniveauschema

Weitere Eigenschaften

Caesium ist ein goldgelb schimmerndes Leichtmetall. Es ist sehr weich und leicht dehnbar und besitzt nach Quecksilber den niedrigsten Schmelzpunkt aller Metalle. Es besitzt den größten Atomradius aller Elemente. Es eignet sich gut in Form von Caesium-Antimon- oder Bismut-Caesium-Legierungen zur Herstellung von Fotozellen und Fotokathoden, da es sich leicht durch sichtbares und UV-Licht ionisieren lässt. Caesium gehört zur Alkalimetallgruppe und in seinen chemischen Eigenschaften ist es denen des Kaliums sehr ähnlich. Es bildet in seinen Verbindungen fast ausschließlich die Oxidationsstufe I aus. Caesium ist aufgrund seines stark negativen Normalpotenzials das unedelste, elektropositivste und reaktionsfähigste Metall. Mit den meisten Elementen reagiert es zum Teil explosionsartig oder unter Entflammung. An Luft entzündet es sich spontan und verbrennt unter rotvioletter Farbe zu Caesiumhyperoxid (CsO₂). In Wasser bildet sich das Caesiumhydroxid, welches unter heftiger Energiefreisetzung und Wasserstoffentwicklung entsteht. Dabei entzündet sich der entstandene Wasserstoff. Caesiumhydroxid ist die stärkste bekannte Base. Caesium wird ausschließlich in Paraffinöl oder im Vakuum aufbewahrt. Es ist sogar in der Lage, oberhalb von 300 °C Glas anzugreifen. Die Verbindungen des Caesiums sind meist in Wasser löslich. Es bildet mit Sauerstoff mehrere Sauerstoffverbindungen, wobei das Dicaesiummonooxid die häufigste ist.

Entdeckung

Die deutschen Forscher ROBERT WILHELM BUNSEN (1811 - 1899) und GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF (1824 - 1887) entdeckten Caesium 1860 bei den spektralanalytischen Untersuchungen von Bad Dürkheimer Mineralwasser. Sie wurden dabei auf zwei blaue Spektrallinien aufmerksam, die sie einem neuen Element zuordneten, und es dann auch in amalgamierter Form isolierten. Aufgrund der charakteristischen blauen Spektrallinien gab man dem neuen Element den Namen «Caesium» mit dem chemischen Symbol «Cs».

Vorkommen/Herstellung

Caesium steht an 42. Stelle der Elementhäufigkeit und gehört damit zu den selteneren Elementen auf der Erde. Es kommt in der Natur nur in Verbindungen vor, meist zusammen mit den anderen Alkalimetallen; dabei aber auch nur in sehr geringen Mengen. Das wichtigste Caesiummineral ist Pollux oder Pollucit, das aber sehr selten ist. Caesium ist auch in Eruptivgestein vorhanden, woraus sich durch Verwitterung lösliche Salze bilden, die spurenweise in die Böden, Flüsse und Meere gelangen. Aus diesem Grund ist Caesium in vielen Mineralwassern zu finden. Caesium wird hauptsächlich durch Reduktion des Caesiumhydroxids und des Caesiumcarbonats mit Magnesium, Calcium oder Aluminium bei Rotglut im Wasserstoffstrom hergestellt. Vorteilhaft ist auch die Reaktion von Caesiumdichromat mit Zirkonium im Hochvakuum bei 500 °C, wobei das reine Caesium abdestilliert. Man erhält es auch durch Schmelzflusselektrolyse des Caesiumchlorids, durch Extraktion aus Pollucit mit Natrium sowie durch Reduktion von Caesiumhalogeniden mit metallischem Calcium oder Calciumcarbid im Hochvakuum. Das reine Caesium destilliert ab und wird an gekühlten Vorlagen abgeschieden.

Verwendung

Caesium wird in der Technik hauptsächlich verwendet, um Fotozellen, besonders für Infrarotstrahlung, um Gleichrichter, Glühkathoden usw. herzustellen Es ist auch ein wichtiger Bestandteil zur Herstellung von Atomuhren, welche eine Ungenauigkeit von 0,3 Sekunden pro Jahr besitzen. Caesium dient auch als Treibstoff für Ionentriebwerke in der Raumfahrttechnik. Bestimmte Salze finden auch Anwendung bei der Herstellung von Spezialgläsern.

Wichtige Verbindungen

Caesium bildet eine Vielzahl von Verbindungen. Besonders hervorhebenswert sind die Sauerstoffverbindungen Cs₂O, Cs₂O₂ und CsO₃, das Hydroxid, CsOH, sowie die Halogenide (CsX), das Sulfat (Cs₂SO₄), Carbonat (Cs₂CO₃) und das Nitrat (CsNO₃).

Bau

Caesium bildet ein kubisch-raumzentriertes Metallatomgitter.