How big is Tseesiumi aatom?

Tseesiumi aatom on tseesiumi väikseim osake. Tseesium on pehme hõbedane metall, mis sulab 28,5 Celsiuse kraadi juures. Aatomi läbimõõt on umbes 0,5 nanomeetrit (500 pikomeetrit), mõõdetuna kahekordse kovalentse raadiusena. See teeb sellest ühe suurima aatomi kõigi elementide hulgas. Nanomeeter on meetri miljardik ja pikomeeter on nanomeetri tuhandik.

Suurus

Aatomil ei ole kõva serva. Selle elektronid moodustavad tuuma ümber pilve, mis hõreneb järk-järgult, mistõttu mõõdavad keemikud aatomi suurust mitmel viisil. Kovalentne raadius on pool keemilise sidemega seotud kahe ühesuguse aatomi keskpunktide vahelisest kaugusest. Tseesiumi puhul on see 244 pikomeetrit, seega on aatomi läbimõõt umbes 0,49 nanomeetrit.

Muud mõõtmisviisid annavad tseesiumi raadiuseks 260–343 pikomeetrit, mis teeb läbimõõduks 0,52–0,69 nanomeetrit. PubChemi aatomiraadiuste tabelites ei ole ühelgi elemendil suuremaid aatomeid peale frantsiumi. Frantsium on nii radioaktiivne, et isegi selle kõige kauem püsiv vorm kaotab poole oma aatomitest 22 minutiga, ning keegi pole seda kogunud nii palju, et seda kaaluda.

Aatomid muutuvad perioodilisustabeli igas rühmas allapoole minnes suuremaks, sest iga madalam rida lisab elektrone, mis asuvad tuumast kaugemal. Tseesium asub esimese rühma alumises osas. Selle välimine elektron liigub tuumast kaugemal kui ükski tseesiumi ülejäänud 54 elektronist.

Suuruste võrdlused

• Umbes 160 000–200 000 tseesiumi aatomit, kõrvuti asetatud, ulatuksid inimese juuksekarva laiuseni; juuksekarva laius on 0,08–0,1 millimeetrit.
• Sama moodi, kovalentse raadiuse järgi mõõdetuna, on tseesiumi aatom umbes kolm korda laiem kui süsiniku aatom.
• Tseesiumi aatom ei ole päris kaks korda nii lai kui veemolekul, mille läbimõõt on umbes 0,28 nanomeetrit.
• Mikrolainete, millele tseesiumi aatomid aatomkellas reageerivad, lainepikkus on umbes 3,3 sentimeetrit, see on umbes 67 miljonit korda suurem kui aatomi laius.

Kuidas tseesium määratleb sekundi

Kogu looduslik tseesium on tseesium-133, selle ainus stabiilne vorm. Tseesium-133 aatom võib ühe täpse sagedusega mikrolaineid neelates minna ühest energiaseisundist teise. Sekund, rahvusvaheline ajaühik, on määratletud selle sageduse kaudu. Üks sekund on aeg, mis kulub nende mikrolainete 9 192 631 770 perioodile.

Aatomkellad kasutavad seda määratlust aja mõõtmiseks. USA riikliku standardite ja tehnoloogia instituudi (NIST) purskkaevkellas jahutavad laserid umbes 100 000 tseesiumi aatomist koosneva pilve, kuni aatomid on peaaegu paigal. Seejärel viskab kell pilve umbes meetri kõrgusele ülespoole.

Mikrolained läbivad aatomeid nende tõusu ja languse ajal ning kell häälestab mikrolained, kuni nende sagedus ühtib sagedusega, mida aatomid neelavad. 2026. aasta seisuga on parimate selliste kellade viga kuni üks sekund 100 miljoni aasta jooksul.

Tseesiumi nägemine

Saksa keemik Robert Bunsen ja saksa füüsik Gustav Kirchhoff avastasid tseesiumi 1860. aastal Dürkheimi mineraalveest. Nad leidsid selle spektroskoobi abil, mis lahutab valguse eraldi värvideks. Nime andsid nad sellele ladina sõna caesius („taevasinine“) järgi, selle valguses nähtavate eredate siniste joonte pärast.

Ühtegi üksikut tseesiumi aatomit ei saa tavalise mikroskoobiga näha, sest valguse lainepikkus piirab väikseimat detaili, mida valgusmikroskoop näidata suudab. 1981. aastal ehitasid Gerd Binnig ja Heinrich Rohrer skaneeriva tunnelmikroskoobi. See viib äärmiselt peene ose pinna väga lähedalt mööda ja loob pilte, millel saab üksikuid aatomeid eristada.

Allikad

• 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.