Seilnachts Periodensystem: Cäsium

Das goldgelbe Caesium ist das weichste aller Elemente. Es lässt sich in einer Ampulle mit der Handwärme schmelzen und hat nach Quecksilber den niedrigsten Schmelzpunkt aller Metalle. Durch UV-Strahlung lässt es sich leicht ionisieren. Es eignet sich daher zur Herstellung von lichtempfindlichen Photozellen in der Elektronik. Caesium kann an der Luft spontan verbrennen oder explodieren, daher wird es in Ampullen unter einem Schutzgas aufbewahrt.

Mit den meisten anderen Elementen reagiert Caesium unter Entflammen oder Explosion. Mit Wasser reagiert es ebenfalls explosionsartig, wobei Caesiumhydroxid und Wasserstoff entstehen:

Caesiumhydroxid ist eine sehr starke Base. Caesiumsalze ergeben bei der Flammprobe ähnlich wie beim Kalium und Rubidium eine blauviolette Flammenfarbe.

Das natürlich vorkommende Isotop Caesium-133 ist nicht radioaktiv, es besitzt nur das in der GHS-Kennzeichnung genannte Gefahrenpotenzial. Es reagiert explosiv mit Wasser und verätzt Haut und Augen. Bei Kernwaffentests oder in Kernkraftwerken entsteht das radioaktive und natürlich nicht vorkommende Caesiumisotop 137. In der Strahlentherapie wird dieses zur Behandlungen von Krebserkrankungen eingesetzt.

Nach dem Supergau in Tschernobyl 1986 wurde das radioaktive Caesiumisotop 137 von vielen Menschen in Europa aufgenommen. Es speicherte sich im Muskelgewebe und erhöhte die Wahrscheinlichkeit an Krebs zu erkranken. Bei der Nuklearkatastrophe 2011 im Atomkraftwerk Fukushima/Japan wurden ebenfalls erhebliche Mengen des radioaktiven Caesiumisotops an die Umwelt abgegeben. Ein geringerer Anteil in den Böden stammt aus dem weltweit verteilten Fallout von Kernwaffentests. Die Halbwertszeit von Caesium-137 beträgt etwa 30 Jahre. Dies bedeutet, dass nach 30 Jahren die Hälfte der Caesiumatome zerfallen sind und nach weiteren 30 Jahren Dreiviertel. Nach insgesamt 90 Jahren ist immer noch ein Achtel der ursprünglichen Substanz erhalten. Aufgrund der besonderen Eigenschaft, dass das Caesiumisotop von Tonmineralien fixiert wird, verbleibt es für lange Zeit in den oberen Schichten der Waldböden und wandert nicht in tiefere Schichten. [Lit 68] Da die Pflanzen ihre Nährstoffe überwiegend aus den oberen Schichten beziehen, besteht auch langfristig die Gefahr von Kontaminierungen. Konkret bedeutet dies, dass auch heute noch Pilze oder das Fleisch von Wildtieren – beispielsweise im Bayerischen Wald – aufgrund der Tschernobyl-Katastrophe stark radioaktiv belastet sind.

Nach Ansicht von Ärzten sind Kinder besonders anfällig für Zellschäden, die durch Radioaktivität verursacht werden. Offenbar traten nach Tschernobyl nicht nur Krebsarten wie Schilddrüsenkrebs auf, sondern auch zahlreiche andere Erkrankungen wie „diffuse Störungen am Gehirn“ im Entwicklungsstadium von Kindern. Ein Grund könnte darin liegen, dass sich die Zellen direkt nach der Geburt besonders in diesem Organ häufig oft teilen. [Quelle Siedentopf, Lit 69] Auch von einer Zunahme von Augenkrankheiten, von Störungen am Immunsystem oder von Herz-Kreislauf-Erkrankungen wird berichtet. Bei einer Nuklearkatastrophe werden weitere Spaltprodukte des Urans und im schlimmsten Fall sogar Plutonium freigesetzt.

Häufigkeit selten

Caesium kommt in der Natur nicht elementar vor. Der Pollucit ist das bedeutendste Caesiummineral. Das Mineral findet sich auf der Insel Elba, in den USA, in Namibia, in Kanada, Russland und Schweden. Auch aus Cs₂O-haltigem Lepidolith kann Caesium gewonnen werden. Spuren von Caesiumverbindungen finden sich im Meerwasser und in Mineralwässern.

Das Element wurde zusammen mit Rubidium im Jahre 1861 von dem deutschen Chemiker Robert Wilhelm Bunsen (1811–1899) und dem deutschen Physiker Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887) entdeckt. Sie fanden es bei spektralanalytischen Untersuchungen von Mineralwasser aus Bad Dürkheim. Die Herstellung von 7,5 Gramm Caesiumchlorid gelang ihnen durch die Aufarbeitung von 44200 Liter Bad Dürkheimer Mineralwasser. Als zweites Produkt erhielten sie neun Gramm Rubidiumchlorid. Aufgrund der typischen blauen Farbe der Spektrallinien, erhielt das Element seinen Namen in Anlehnung an das lateinische Wort caesius („blaugrau“). Reines Caesium konnte Carl Setterberg dann im Jahre 1882 durch eine Schmelzflusselektrolyse von Caesiumcyanid herstellen.

Die Gewinnung erfolgt zusammen mit Rubidium. Bei der Verarbeitung des Minerals Lepidolith erhält man ein Gemisch aus Kaliumcarbonat, Rubidiumcarbonat und Caesiumcarbonat. Die Trennung der Salze erfolgt durch eine fraktionierte Kristallisation. Dabei macht man sich die unterschiedliche Wasserlöslichkeit der Salze zunutze. Beim Verdunsten der Lösung kristallisieren die Salze mit den schlechtesten Löslichkeiten zuerst aus. Durch eine nachfolgende Reduktion mit Calcium oder mit Magnesium im Wasserstoffstrom erhält man dann das reine Metall.

Im Gegensatz zum Rubidium wird das Caesium in der Technik häufiger verwendet. Es dient in der Elektronik und in der Elektrotechnik zur Herstellung von Photozellen, Gleichrichtern, Caesiumdampflampen und Vakuumröhren. In den exakten Atomuhren wird die Schwingungsfrequenz des Caesiumisotops Cs-133 ausgenutzt. Derartige Uhren gehen in 10000 Jahren nur 0,3 Sekunden nach. In der Raumfahrt wird es als Treibstoff in Ionentriebwerken verwendet. In thermoionischen Batterien ermöglicht das Caesium die Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie. Das radioaktive Isotop Cs-137 wird in der Medizin zur Bestrahlung von Tumoren eingesetzt.

Experimente – Medien
Demonstrationen mit Alkalimetallen Digitale Folien zu den Alkalimetallen