How big is Cezia atomo?

Cezia atomo estas la plej malgranda unuo de cezio, mola, arĝenta metalo, kiu fandiĝas ĉe 28,5 gradoj Celsius. Ĝi estas ĉirkaŭ 0,5 nanometrojn (500 pikometrojn) larĝa, mezurite kiel duoblo de ĝia kovalenta radiuso. Tio igas ĝin unu el la plej grandaj atomoj inter ĉiuj elementoj. Nanometro estas miliardono de metro, kaj pikometro estas milono de nanometro.

Grando

Atomo ne havas malmolan randon. Ĝiaj elektronoj formas ĉirkaŭ la nukleo nubon, kiu maldensiĝas iom post iom, tial kemiistoj mezuras la grandon de atomo per pluraj manieroj. La kovalenta radiuso estas la duono de la distanco inter la centroj de du identaj atomoj, kunigitaj per kemia ligo. Por cezio ĝi estas 244 pikometroj, do la atomo estas ĉirkaŭ 0,49 nanometrojn larĝa.

Aliaj manieroj de mezurado donas al cezio radiuson de 260–343 pikometroj, do ĝi estas 0,52–0,69 nanometrojn larĝa. En la tabeloj de PubChem pri atomaj radiusoj neniu elemento havas pli grandajn atomojn krom franciumo. Franciumo estas tiel radioaktiva, ke eĉ ĝia plej longe vivanta formo perdas la duonon de siaj atomoj en 22 minutoj, kaj neniu kolektis sufiĉe da franciumo por pesi ĝin.

Atomoj fariĝas pli grandaj malsupren laŭ ĉiu kolono de la perioda tabelo, ĉar ĉiu pli malalta vico aldonas elektronojn pli for de la nukleo. Cezio troviĝas proksime de la fundo de la unua kolono. Ĝia plej ekstera elektrono moviĝas pli for de la nukleo ol iu el ĝiaj aliaj 54 elektronoj.

Komparoj de grando

• Ĉirkaŭ 160 000–200 000 ceziaj atomoj, vicigitaj unu apud alia, atingus la dikecon de homa haro, kiu estas 0,08–0,1 milimetrojn dika.
• Mezurite same, laŭ kovalenta radiuso, cezia atomo estas ĉirkaŭ tri fojojn pli larĝa ol karbona atomo.
• Cezia atomo estas ne tute du fojojn tiom larĝa kiel akva molekulo, kiu estas ĉirkaŭ 0,28 nanometrojn larĝa.
• La mikroondoj, al kiuj ceziaj atomoj respondas en atomhorloĝo, havas ondolongon de ĉirkaŭ 3,3 centimetroj, tio estas ĉirkaŭ 67 milionojn da fojoj la larĝo de la atomo.

Kiel cezio difinas la sekundon

Ĉiu natura cezio estas cezio-133, ĝia sola stabila formo. Atomo de cezio-133 povas ŝanĝiĝi inter du energiaj statoj, kiam ĝi sorbas mikroondojn de unu preciza frekvenco. La sekundo, la internacia unuo de tempo, estas difinita laŭ tiu frekvenco. Unu sekundo estas la tempo, kiun daŭras 9 192 631 770 cikloj de tiuj mikroondoj.

Atomhorloĝoj uzas tiun difinon por mezuri la tempon. En fontana horloĝo ĉe la Nacia Instituto de Normoj kaj Teknologio (NIST) en Usono laseroj malvarmigas nubon de ĉirkaŭ 100 000 ceziaj atomoj, ĝis ili estas preskaŭ senmovaj. La horloĝo poste ĵetas la nubon ĉirkaŭ unu metron supren.

Mikroondoj trairas la atomojn, dum ili leviĝas kaj falas, kaj la horloĝo agordas la mikroondojn, ĝis ilia frekvenco kongruas kun tiu, kiun la atomoj sorbas. Laŭ la stato de 2026 la plej bonaj el tiuj horloĝoj estas precizaj ene de unu sekundo en 100 milionoj da jaroj.

Vidi cezion

La germana kemiisto Robert Bunsen kaj la germana fizikisto Gustav Kirchhoff malkovris cezion en 1860, en mineralakvo de Dürkheim. Ili trovis ĝin per spektroskopo, instrumento, kiu dismetas lumon en ĝiajn apartajn kolorojn. Ili nomis ĝin laŭ la latina vorto caesius, „ĉielblua“, pro la brilaj bluaj linioj en ĝia lumo.

Neniu povas vidi unuopan cezian atomon per ordinara mikroskopo, ĉar la ondolongo de lumo limigas la plej malgrandan detalon, kiun lummikroskopo povas montri. En 1981 Gerd Binnig kaj Heinrich Rohrer konstruis la skanan tunelan mikroskopon. Ĝi pasigas ekstreme maldikan pinton tre proksime super surfaco kaj kreas bildojn, en kiuj unuopaj atomoj distingeblas.

Fontoj

• Cesium. PubChem, National Library of Medicine.
• Carbon. PubChem, National Library of Medicine.
• Cesium. Periodic Table of Elements, Los Alamos National Laboratory.
• Francium. Periodic Table of Elements, Los Alamos National Laboratory.
• Periodic Variations in Element Properties. In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
• SI base unit: second (s). International Bureau of Weights and Measures (BIPM).
• Fountains of Atoms: Exquisite Timekeepers. National Institute of Standards and Technology, 2025.
• Gerd Binnig: Facts. Nobel Prize Outreach.
• Speed of light in vacuum. NIST CODATA.
• Benchmark oxygen-oxygen pair-distribution function of ambient water from x-ray diffraction measurements with a wide Q-range. Skinner et al., Journal of Chemical Physics, 2013.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.