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Alkalimetalle: Cäsium

Symbol: Cs
Kategorie: Alkalimetalle
Ordnungszahl: 55
Relative Atommasse: 132,90543
Schmelzpunkt: 301,55 K
Siedepunkt: 963 K
Dichte: 1,90 g cm-3
Elektronegativität: 0,9
Ionisierungsenergie: 3,894 eV
Konfiguration: [Xe] 6 s
Oxidationszahlen: 1
Atomradius: 265,5 pm
Ionenradius: 165 pm (+1)

Das weiche, gelblich glänzende Alkalimetall Cäsium ist mit einem Schmelzpunkt von 28,5 Grad Celsius eines der wenigen Metalle, die in der Hand schmelzen. Das ist übrigens auch eine der spektakulärsten Möglichkeiten, sich die Hand zu amputieren – Cäsium ist das reaktivste Metall von allen, es fängt an der Luft sofort Feuer und explodiert beim ersten Kontakt mit Wasser. Chemisch ähnelt es dem Rubidium und den anderen Alkalimetallen und bildet viele gut wasserlösliche Salze; Cäsiumhydroxid ist die stärkste klassische wasserlösliche Base.

Im Kosmos entsteht Cäsium überwiegend beim Verschmelzen von Neutronensternen und in der Hülle roter Riesensterne; einige Radionuklide des Elements gewinnt man aus abgebrannten Kernbrennstäben. In der Erdkruste ist es mit etwa 2 Milligramm pro Kilogramm Gestein weit seltener als die anderen Alkalimetalle und etwa so häufig wie die Seltenerdelemente. Cäsium bildet wenige eigene Minerale, durch eine geochemische Besonderheit kann man das Metall allerdings dennoch abbauen: Es reichert sich in der flüssigen Phase von Magma an, während nach und nach alle anderen Minerale ausfallen. Deswegen enthalten die zuletzt auskristallisierten Bereiche alter Magmakörper oft recht hohe Mengen des Cäsiumminerals Pollucit.

Die wichtigste Anwendung für Cäsium, wenn auch nicht die mengenmäßig bedeutendste, sind Atomuhren. Cäsium-Atomuhren nutzen elektronische Übergänge in der Feinstruktur des Spektrums von Cs-133 als Maßstab und messen so die Zeit auf inzwischen eine Sekunde in etwa 20 Millionen Jahren genau. Auf diesen Uhren basieren nicht nur Messungen von Zeiten und Frequenzen, nach ihnen richten sich auch die internen Taktzeiten von Mobilfunk und Internet. Die SI-Einheit Sekunde ist anhand der Übergänge im Cäsiumatom definiert.

Den größten Teil des Cäsiums nutzt man heute für Bohrflüssigkeiten in der Ölindustrie, die den Bohrer schmieren, Wärme und Schutt abführen und durch ihre Dichte das Bohrloch stabil halten. Die Dichte einer Salzlake aus Cäsiumformiat reicht an einige Sedimentgesteine heran, gleichzeitig ist das Salz weder giftig noch besonders umweltschädlich.

Wegen der recht hohen Dichte nutzt man ähnliche Lösungen auch für Dichtegradienten beim Zentrifugieren von Viren und Zellbestandteilen. Das Radioisotop Cs-137 ist eine industriell weit verbreitete Quelle für Gammastrahlung einerseits bei der Sterilisierung von Lebensmitteln und medizinischen Geräten sowie in der Krebstherapie, andererseits in Sensoren für Feuchte und Dichte und in der Materialprüfung. Bei nuklearen Unfällen ist dieses Radioisotop eine der größten Gesundheitsgefahren, weil es in recht großen Mengen entsteht, wasserlöslich ist und mit einer Halbwertszeit von etwa 30 Jahren für Jahrzehnte eine potenzielle Bedrohung darstellt.

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