How big is Átomo de cesio?

Un átomo de cesio es la unidad más pequeña del cesio, un metal blando y plateado que se funde a 28.5 grados Celsius. Mide unos 0.5 nanómetros (500 picómetros) de diámetro, calculados como el doble de su radio covalente. Eso lo convierte en uno de los átomos más grandes de todos los elementos. Un nanómetro es una milmillonésima de metro, y un picómetro es una milésima de nanómetro.

Tamaño

Un átomo no tiene un borde definido. Sus electrones forman una nube alrededor del núcleo que se va haciendo más tenue poco a poco. Por eso, en química, el tamaño de un átomo se mide de varias maneras. El radio covalente es la mitad de la distancia entre los centros de dos átomos iguales unidos por un enlace químico. En el cesio es de 244 picómetros, así que el átomo mide unos 0.49 nanómetros de diámetro.

Otras formas de medirlo le dan al cesio un radio de entre 260 y 343 picómetros, es decir, un diámetro de entre 0.52 y 0.69 nanómetros. En las tablas de radios atómicos de PubChem, ningún elemento tiene átomos más grandes, salvo el francio. El francio es tan radiactivo que incluso su forma más duradera pierde la mitad de sus átomos en 22 minutos, y nadie ha logrado reunir suficiente para pesarlo.

Los átomos se hacen más grandes al bajar por cada columna de la tabla periódica, porque cada fila más abajo agrega electrones más lejos del núcleo. El cesio está cerca de la parte inferior de la primera columna. Su electrón más externo se aleja del núcleo más que cualquiera de sus otros 54 electrones.

Comparaciones de tamaño

• Unos 160,000 a 200,000 átomos de cesio puestos uno al lado del otro cubrirían el ancho de un cabello humano, que mide entre 0.08 y 0.1 milímetros.
• Medido de la misma forma, por su radio covalente, un átomo de cesio tiene unas tres veces el diámetro de un átomo de carbono.
• Un átomo de cesio no llega a medir el doble que una molécula de agua, que tiene unos 0.28 nanómetros de diámetro.
• Las microondas a las que responden los átomos de cesio en un reloj atómico tienen una longitud de onda de unos 3.3 centímetros, unos 67 millones de veces el ancho del átomo.

Cómo el cesio define el segundo

Todo el cesio natural es cesio 133, su única forma estable. Un átomo de cesio 133 puede saltar entre dos estados de energía cuando absorbe microondas de una frecuencia exacta. El segundo, la unidad internacional de tiempo, se define a partir de esa frecuencia. Un segundo es el tiempo que duran 9,192,631,770 ciclos de esas microondas.

Los relojes atómicos usan esta definición para medir el tiempo. En un reloj atómico de fuente del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de Estados Unidos, se usan láseres para enfriar una nube de unos 100,000 átomos de cesio hasta que casi no se muevan. Después, el reloj lanza la nube aproximadamente un metro hacia arriba.

Las microondas atraviesan los átomos mientras suben y bajan, y el reloj ajusta las microondas hasta que quedan en sintonía con los átomos. Hasta 2026, los mejores relojes de este tipo no se adelantan ni se atrasan más de un segundo en 100 millones de años.

Ver el cesio

El químico alemán Robert Bunsen y el físico alemán Gustav Kirchhoff descubrieron el cesio en 1860, en agua mineral de Dürkheim. Lo encontraron con un espectroscopio, un instrumento que separa la luz en sus distintos colores. Le dieron su nombre a partir de la palabra latina caesius, “azul cielo”, por las brillantes líneas azules de su luz.

Nadie puede ver un solo átomo de cesio con un microscopio común, porque la longitud de onda de la luz limita el detalle más pequeño que puede mostrar un microscopio óptico. En 1981, Gerd Binnig y Heinrich Rohrer construyeron el microscopio de efecto túnel. Este aparato pasa una punta finísima muy cerca de una superficie y forma imágenes en las que se pueden distinguir átomos individuales.

Fuentes

• 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.