Cäsium

Cäsium, Symbol Cs, leicht goldglänzendes, weiches metallisches Element mit der Ordnungszahl 55, das in der ersten Hauptgruppe des Periodensystems steht und zu den Alkalimetallen zählt. Cäsium wurde 1860 von dem Chemiker Robert Wilhelm Bunsen und dem Physiker Gustav Robert Kirchhoff mit Hilfe der Spektroskopie entdeckt.

Die natürliche Hauptquelle für Cäsium ist das seltene Mineral Pollucit, ein Aluminiumsilicat mit der Summenformel Cs[AlSi₂O₆] · ½H₂O. Erze dieses Minerals, die u. a. auf der Insel Elba vorkommen, enthalten 34 Prozent Cäsiumoxid, amerikanische Erze (Maine und South Dakota) enthalten 13 Prozent des Oxids. Cäsium lässt sich beispielsweise durch Erhitzen seiner Hydroxide oder Carbonate mit Magnesium, Calcium oder Aluminium im Wasserstoffstrom gewinnen. Weitere Herstellungsvarianten sind u. a. die Elektrolyse von Cäsiumchlorid oder die Extraktion von Pollucit mit Natrium bei höheren Temperaturen (um 700 °C). Das reine Metall schmilzt bei etwa 28 °C, siedet bei etwa 669 °C und hat eine spezifische Dichte von 1,88. Sein Atomgewicht beträgt 132,91 u.

In seinem chemischen Reaktionsverhalten ähnelt Cäsium stark dem Alkalimetall Kalium. Es oxidiert beispielsweise genau so wie Kalium und Natrium sehr schnell an der Luft und reagiert heftig mit Wasser. Aufgrund der Tatsache, dass Cäsium unter Einwirkung von Licht Elektronen abgibt, wird dieses Metall für die lichtempfindliche Oberfläche der Kathode der Photozelle verwendet.

Allgemein ist Cäsium in mehreren Formen von Isotopen bekannt, wobei die künstlich erzeugten Isotope radioaktiv sind. Das natürliche Isotop Cäsium 133 kommt etwa nur zu 0,7 Promille in den Gesteinen der Erdkruste vor. Das künstliche, radioaktive Isotop Cäsium 137 zählt zu den gefährlichsten Radionukliden und bildet sich bei der Kernspaltung. Cäsium 137 hat eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren und wird vor allem über die Nahrung (Fleisch, Milch, Milchprodukte) aufgenommen. In genauen Dosierungen wird dieses Isotop in der Strahlentherapie zur Bekämpfung von Krebs angewandt. Darüber hinaus eignet sich Cäsium 137 u. a. zur Dickenmessung von Metall oder Beton und zur Herstellung von Radionuklidbatterien. Dieses Isotop gibt mehr Energie als Radium ab und wird daher in der medizinischen und industriellen Forschung z. B. auch als Isotopentracer eingesetzt.

Cäsium wird u. a. auch zum Betrieb von Atomuhren eingesetzt (siehe Zeitgeber und Uhren: Atomuhren). Im Mittelpunkt steht dabei der Unterschied der Schwingungsfrequenzen zwischen zwei Energiezuständen, die Cäsiumatome einnehmen können. Aus der Differenz zwischen dem niedrigen und dem höheren Energiezustand lässt sich die genaue Zeit ableiten. 2002 gelang es einem Forscherteam der Universität Innsbruck, ein so genanntes Bose-Einstein-Kondensat aus Cäsiumatomen zu erzeugen. Bei einem derartigen Kondensat handelt es sich um einen besonderen Zustand der Materie, bei dem alle beteiligten Atome den niedrigst möglichen Energiezustand einnehmen. Dieser physikalische Sachverhalt verspricht die Entwicklung noch genauerer Cäsium-Atomuhren.

Siehe auch Radioaktivität; Kernenergie