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Cäsium

Informationen und Quellen zum chemischen Element Cäsium.



Caesium

Caesium ist das Himmelblaue unter den chemischen Elementen - seinen Namen erhielt es von den Entdeckern Gustav Robert Kirchhoff und Robert Wilhelm Bunsen im Jahre 1861 wegen seiner blauen Spektrallinien, abgeleitet vom lateinischen Begriff caesius für das Himmelsblau.

Das Caesium befindet sich im Periodensystem in der ersten Gruppe und ist damit ein Hautgruppenelement und den Alkalimetallen zugeordnet. In reinem Zustand zeigt es sich als wachsweiches, mit dem Messer schneidbares Leichtmetall, das an den frischen Schnittstellen silbrig oder - auf Grund von Verunreinigungen durch andere Metalle - goldgelb glänzt und das in kubisch-raumzentriertem Gitter kristallisiert.

Cäsium zählt zu den Pyrophoren: An der Luft reagiert das frisch angeschnittene Metall heftig unter Verbrennungserscheinunungen mit dem Luft-Sauerstoff unter Bildung von Caesiumhyperoxid gemäß der Reaktionsgleichung

Cs + O2 → CsO2.

Ebenso heftig ist die Reaktion mit Wasser und selbst Wassereis (bis zu - 116 Grad Celsius), bei der neben Caesiumhydroxid Wasserstoff entsteht und sich entzündet:

2 Cs + 2 H2O → 2 CsOH + H2

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Caesium

Bezeichnung:Caesium Andere Namen:Cäsium, Zäsium Symbol:Cs Ordnungszahl:55 Atommasse:132,90545196(6) u Periodensystem-Stellung:1. Gruppe, 6. Periode, s-Block Gruppen-Zugehörigkeit:Alkalimetalle Entdeckung:1861 (Kirchhoff, Bunsen) Bedeutung des Namens:lateinisch caesius = himmelblau (Spektrallinie) Irdisches Vorkommen:6,5 ppm (Erdhülle) 3ppm (Kruste) Englischer Name:Caesium CAS-Nummer:7440-46-2 InChI-Key:TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N

 

Das Caesium-Atom

Das Cs-Atom - und damit das chemische Element Cäsium - ist eindeutig durch die 55 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Cäsium-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Cäsium-Isotope zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Cäsium-Vorkommen bestehen nur einem Cäsium-Nuklid; es besitzt die Massenzahl 133. Die relative Atommasse des Cäsiums wird mit 132,90545196(6)u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d6f
Cs55[Xe] 6s1 22626102610261

 

Ionisierungsenergien

1. IE: 3,893905 eV2. IE: 23,15744 eV3. IE: eV4. IE: eV5. IE: eV6. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Caesium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
35985571453595012

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
121110711003740,5726,6

 

NINIINIIINIVNVNVINVII
4s4p1/24p3/24d3/24d5/24f5/24f7/2
232,3172,4161,379,877,5--

 

OIOIIOIIIOIVOV
5s5p1/25p3/25d3/25d5/2
22,714,212,1

 

Weitere Daten

Atomradius:298 pm (berechnet)
260 pm (empirisch, nach Slater)
Kovalente Radien:244(11) pm (nach Cordero et al.)
232 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
209 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:70,94 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,894; ωL1: 0,049; ωL2: 0,090; ωL3: 0,091 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,19; F13: 0,25; F23: 0,159 Austrittsarbeit:2,14 eV

 

Spektrallinien des Caesiums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Cäsiums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Caesium-Spektrallinien

 

 

Chemie des Caesiums

Als Element der ersten Hauptgruppe ist die Chemie des Cäsiums geprägt von dem einen Valenzelelektron, das sich in der 6s-Schale aufhält und bereitwillig an elektronegativere Bindungspartner abgegeben wird.

 

Chemische Daten

Elektronegativität:0,79 nach Pauling
0,86 nach Allred-Rochow
0,659 nach Allen
1,0 nach Mulliken
0,69 nach Sanderson
2,18 eV nach Pearson
Elektronaffinität:0,471 630(25) eV bzw. 45,505(3) kJ mol-1Oxidationsstufen:+1 (-1)

 

Standardpotentiale

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-3,026+ ICäsium-KationCs++ e-CsCäsium0

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Caesiums

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Cäsiums auf.

Schmelzpunkt:28,44 °C Schmelzenthalpie (molar):2,09 kJ mol-1 Siedepunkt:671 °C Verdampfungsenthalpie:66,1 kJ mol-1 Wärmekapazität:32,21 J mol-1 K-1 (molar)
0,242 J g-1 K-1 (spezifisch)
Debye-Temperatur:40,5 K Thermische Leitfähigkeit:35,9 W m-1 K-1 Wärmeausdehnung:97 μm m-1 K-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:4,76 × 106 A V-1 m-1 Elektrischer Widerstand:205 nΩ × m bei 20 °C Dichte:1,93 g cm-3 Elastizitätsmodul:1,69 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):2,0 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,50 GPa-1 300 K Kritischer Punkt:1938 K, 9,4 MPa Kristallstruktur:kubisch-raumzentriert (bcc) Gitterkonstanten:a = b = c = 614 pm Raumgruppe:lm3m - Nr. 229 Härte:nach Mohs: 0,2
nach Brinell: 0,00014 GPa
Magnetismus:paramagnetisch

 

 

Geochemie, Vorkommen, Verteilung

Die nachfolgende Tabelle führt die Cäsium-Verteilung in verschiedenen geologischen Medien auf.

Erdkruste:3 mg kg-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Erdmantel:18 ppb Meerwasser:0,0003 mg L-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Sonnensystem:0,00000037 (bezogen auf Silicium, Si=1)

 

Gefahren und Sicherheit


Gefahr

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)

Cäsiummetall ist eines der reaktivsten Elemente und in Gegenwart von Wasser hochexplosiv. Das durch die Reaktion erzeugte Wasserstoff-Gas wird durch die gleichzeitig freigesetzte Wärmeenergie erhitzt, was zu einer Entzündung und einer heftigen Explosion führt. Im Gegensatz zu den anderen Alkalimetallen ist die Reaktion des Cäsiums ist so stark, dass diese explosive Reaktion auch durch kaltes Wasser ausgelöst werden kann.

Brennendes Caesium wird mit Metallbrandlöschern oder mit trockenem Sand gelöscht.

 

Gefahren-Hinweise (H-Sätze):

H260 - Bei Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase, die sich spontan entzünden können.
H314 - Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.

 

Sicherheitshinweise-Hinweise (S-Sätze):

P223 - Keinen Kontakt mit Wasser zulassen.
P231+P232 - Inhalt unter inertem Gas/… handhaben und aufbewahren. Vor Feuchtigkeit schützen.
P280 - Schutzhandschuhe / Schutzkleidung / Augenschutz / Gesichtsschutz tragen.
P305+P351+P338 - Bei Kontakt mit den Augen: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
P370+P378 - Bei Brand: … zum Löschen … verwenden.

 

Entsorgung von Caesium:

Zur Entsorgung wird dem Metall ein wasserfreier Alkohol wie 2-Pentanol, tert-Butanol oder Octanol zugetropft und die entstandene basische Lösung mit einer Säure neutralisiert.

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 18.02.2019.



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