Caesium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

Caesium ist in der Erdkruste selten. Das wichtigste Mineral ist der Pollucit, ein Caesium-Aluminiumsilicat. Bedeutende Lagerstätten liegen in Kanada und Simbabwe. Aus dem Mineral werden Caesiumsalze gewonnen, und aus ihnen das Metall.

Die Entdeckung ist eng mit der Spektralanalyse verbunden. Der Chemiker Robert Bunsen und der Physiker Gustav Kirchhoff untersuchten im Jahr 1860 in Heidelberg das Wasser einer Mineralquelle aus Bad Dürkheim. Dazu dampften sie große Mengen ein und beobachteten die Flamme im Spektroskop. Neben den bekannten Linien zeigten sich zwei leuchtend blaue, die zu keinem bekannten Element passten. Es war das erste Element, das mit dieser Methode gefunden wurde. Den Namen leiteten sie vom lateinischen caesius ab, das himmelblau bedeutet. Wenig später fanden sie auf demselben Weg das Rubidium.

Eigenschaften und Reaktionen

Caesium steht in Periode 6 und Gruppe 1, unter dem Rubidium und über dem Francium. Rechts davon folgt in der Periode das Barium. Die Elektronenkonfiguration ist [Xe] 6s¹, die Elektronegativität beträgt 0,79. Das Element hat 1 Valenzelektron. Das Metall hat eine Dichte von 1,93 g/cm³, schmilzt bei 28,44 °C und siedet bei 671 °C. Der Schmelzpunkt ist so niedrig, dass Caesium in seiner verschlossenen Ampulle schon durch Handwärme oder in einem warmen Raum flüssig wird. Das Metall ist sehr weich und schimmert goldfarben.

Das einzelne Außenelektron sitzt sehr weit vom Kern entfernt und wird kaum festgehalten. Caesium gibt es daher leichter ab als jedes andere Element. Das erklärt seine Reaktionsfreude: Es entzündet sich an der Luft von selbst und reagiert mit Wasser heftig unter Bildung von Wasserstoff und Caesiumhydroxid, einer der stärksten Basen. Das Metall wird deshalb in Ampullen unter Schutzgas aufbewahrt. In Verbindungen tritt es nur als einfach positives Ion auf. Das Metall ist gefährlich und gehört nicht in Schulversuche; im Labor gehen nur Fachleute damit um.

In der Flamme färben Caesiumverbindungen blau bis violett. Wegen des leicht abgegebenen Elektrons setzt Caesium unter Licht schon bei kleiner Energie Elektronen frei, das nutzt man in Fotozellen.

Verwendung in Alltag und Technik

Die bekannteste Anwendung sind Atomuhren. Das Isotop Caesium-133 nimmt in einem Mikrowellenfeld bei einer ganz bestimmten Frequenz Energie auf. Diese Frequenz ist extrem stabil. Seit 1967 ist die Sekunde als die Dauer von gut neun Milliarden dieser Schwingungen festgelegt. Die Caesiumuhren der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig gehen in vielen Millionen Jahren nur um eine Sekunde falsch. Ihre Zeit steuert Funkuhren über das Signal DCF77, und ähnliche Uhren stecken in Satelliten der Navigation. Noch genauere optische Uhren sollen die Caesiumuhren künftig ablösen, eine Neufassung der Sekunde ist in Vorbereitung.

Caesiumformiat ist eine Salzlösung sehr hoher Dichte. Sie dient als Spülung bei Tiefbohrungen nach Erdöl und Erdgas, weil sie das Bohrloch stabilisiert und als vergleichsweise umweltverträglich gilt. Caesiumsalze finden sich außerdem in Spezialgläsern, Katalysatoren und Detektoren.

Caesium-137 ist ein radioaktives Isotop, das bei der Kernspaltung entsteht und eine Halbwertszeit von etwa dreißig Jahren hat. Es wurde bei den Unfällen von Tschernobyl 1986 und Fukushima 2011 freigesetzt. Chemisch ähnelt Caesium dem Kalium und wird daher von Pflanzen und Pilzen aufgenommen. In Teilen Süddeutschlands ist Wild, besonders Wildschwein, bis heute messbar belastet, vor allem durch Tschernobyl, zum Teil auch durch frühere Kernwaffentests. Strahlenquellen mit Caesium-137 dienen in der Medizin und Technik. Gelangen sie unkontrolliert in die Umwelt, kann das schwere Folgen haben, wie 1987 im brasilianischen Goiânia.

Kurz gefragt

Eine hohe Ordnungszahl macht ein Element immer elektronegativer - warum trifft das zwischen Caesium (Cs) und Fluor (F) trotzdem nicht zu?

Häufige Fragen