Cäsium

Autor: H. Lohninger

Ordnungszahl	55
Symbol	Cs
CAS-Nr.	7440-46-2
Atomgewicht	132.9054519 amu
Elektronenkonfiguration	[Xe] 6s1
Schmelzpunkt	28.5 °C
Siedepunkt	671 °C
Dichte	1.880 g/cm3
Quellen: Enghag 2004 , Wieser 2011

Geschichte

Cäsium wurde 1860 von R.W. Bunsen und G.R. Kirchhoff im Dürkheimer Mineralwasser entdeckt. Bunsen reicherte dabei Cäsium und Rubidium an in dem er auf die von Kirchhoff entwickelte Spektralanalyse zurückgriff. Dabei lies er sich bei der Fraktionierung von der Intensität bestimmter Spektrallinien leiten. Elementares Cäsium wurde 1882 von C. Setterberg durch Schmelzelektrolyse von Cäsiumcyanid dargestellt.

Vorkommen und Gewinnung

Cäsium, ein Alkalimetall, kommt in der Natur meist nur als Begleiter andere Alkalisalze vor, oder als Verunreinigung in Lepidolith. Als Mineral tritt Cäsium als Polluzit (CsAl[SiO₃]₂¹/₂ H₂O) auf. Eine der reichsten Cäsium-Vorkommen findet sich in Manitoba, USA.

Die Herstellung des Metalls erfolgt durch Reduktion von Cäsiumhydroxid, CsOH, mit Magnesium im Wasserstoffstrom, oder mit Calcium im Vakuum. Weiters kann Cs durch thermische Zersetzung von Cäsiumazid, oder durch Erhitzen des Dichromats mit Zirconium im Hochvakuum dargestellt werden. Das gebildete metallische Cäsium wird abdestilliert:

Cs₂Cr₂O₇ + 2 Zr 2 Cs + 2 ZrO₂ + Cr₂O₃

Eigenschaften

Ref.: Wikimedia Commons, user Dnn87

Cäsium weist zwei charakteristische, helle, blauen Linien im Spektrum auf (darum auch dessen Name - lat. "caesius" = himmelblau). Das Metall ist gelblich-silbrig, weich und duktil, und schmilzt bei 28.6°C. Es ist deutlich reaktionsfreudiger als Kalium und bildet an der Luft Cäsiumhyperoxid (CsO₂). Cäsium ist das unedelste aller stabilen Elemente und steht in der elektrochemischen Spannungsreihe gemeinsam mit Lithium ganz links.

Cäsium, Gallium und Quecksilber sind die einzigen drei Metalle, die bei Raumtemperatur flüssig sind. Cäsium reagiert explosiv mit kaltem Wasser, und reagiert auch noch mit Eis oberhalb von -116°C. Das entstehende Cäsiumhydroxid ist die stärkste bekannte Base und greift bei erhöhter Temperatur (>300°C) sogar Glas an.

Verwendung

Die große Affinität von Cäsium zu Sauerstoff ermöglicht den Einsatz von Cäsium als Getter-Material in Elektronenröhren. Cäsium wird in Atomuhren als Frequenznormal eingesetzt (Kernresonanz des ¹³³Cs-Isotops bei 9192.631770 MHz); durch entsprechende Maßnahmen wird eine Stabilität von 10^-15 erreicht, was der Differenz von einer Sekunde in 30 Millionen Jahren entspricht.

Cäsium wird auch in Cs-Dampf-Lampen für Nachtsichtgeräte eingesetzt und als Treibstoff für Ionenstrahltriebwerke. Das radioaktive ¹³⁷Cs (Halbwertszeit 30.17 Jahre) dient als Strahlungsquelle für medizinische Anwendungen in der Krebstherapie (leider wurde es auch bei Kernkraftunfällen wie in Tschernobyl oder Fukushima in großen Mengen freigesetzt, siehe auch Kernreaktor in Tschernobyl und Kernreaktor in Fukushima).