מה הגודל של אטום צזיום?

אטום צזיום הוא היחידה הקטנה ביותר של צזיום, מתכת רכה וכסופה שנמסה בטמפרטורה של 28.5 מעלות צלזיוס. רוחבו של האטום כ-0.5 ננומטרים (500 פיקומטרים), כשמודדים אותו ככפליים מהרדיוס הקוולנטי שלו. כך הוא אחד האטומים הגדולים ביותר מבין כל היסודות. ננומטר הוא מיליארדית המטר, ופיקומטר הוא אלפית הננומטר.

גודל

לאטום אין קצה קשיח. האלקטרונים שלו יוצרים סביב הגרעין ענן שמתדלדל בהדרגה, ולכן כימאים מודדים את גודלו של אטום בכמה דרכים. הרדיוס הקוולנטי הוא מחצית המרחק בין מרכזיהם של שני אטומים זהים המחוברים בקשר כימי. בצזיום הוא 244 פיקומטרים, ולכן רוחב האטום הוא כ-0.49 ננומטרים.

דרכי מדידה אחרות נותנות לצזיום רדיוס של 260–343 פיקומטרים, כלומר רוחב של 0.52–0.69 ננומטרים. בטבלאות הרדיוסים האטומיים של PubChem אין יסוד שאטומיו גדולים יותר, מלבד פרנציום. פרנציום רדיואקטיבי כל כך, שאפילו הצורה ארוכת החיים ביותר שלו מאבדת מחצית מהאטומים תוך 22 דקות, ואיש לא אסף ממנו כמות מספיקה כדי לשקול אותה.

האטומים גדלים ככל שיורדים לאורך כל עמודה בטבלה המחזורית, כי כל שורה נמוכה יותר מוסיפה אלקטרונים רחוקים יותר מהגרעין. הצזיום נמצא קרוב לתחתית העמודה הראשונה. האלקטרון החיצוני ביותר שלו נמצא רחוק מהגרעין יותר מכל 54 האלקטרונים האחרים שלו.

השוואות גודל

• כ-160,000–200,000 אטומי צזיום, זה לצד זה, היו משתרעים על פני רוחבה של שערת אדם, שרוחבה 0.08–0.1 מילימטרים.
• כשמודדים באותה דרך, לפי הרדיוס הקוולנטי, רוחבו של אטום צזיום גדול בערך פי שלושה מרוחבו של אטום פחמן.
• אטום צזיום רחב קצת פחות מפי שניים מרוחבה של מולקולת מים, שרוחבה כ-0.28 ננומטרים.
• למיקרוגלים שאטומי צזיום מגיבים אליהם בשעון אטומי יש אורך גל של כ-3.3 סנטימטרים, פי 67 מיליון בקירוב מרוחבו של האטום.

איך הצזיום מגדיר את השנייה

כל הצזיום הטבעי הוא צזיום-133, הצורה היציבה היחידה שלו. אטום צזיום-133 יכול לעבור בין שני מצבי אנרגיה כשהוא בולע מיקרוגלים בתדר מדויק אחד. השנייה, יחידת הזמן הבין-לאומית, מוגדרת לפי התדר הזה. שנייה אחת היא הזמן שנמשכים 9,192,631,770 מחזורים של המיקרוגלים האלה.

שעונים אטומיים משתמשים בהגדרה הזאת כדי לשמור על הזמן. בשעון מזרקה במכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) בארצות הברית, לייזרים מצננים ענן של כ-100,000 אטומי צזיום עד שהם כמעט נייחים. אחר כך השעון זורק את הענן כמטר אחד כלפי מעלה.

מיקרוגלים עוברים דרך האטומים בזמן שהם עולים ויורדים, והשעון מכוון את המיקרוגלים עד שתדרם תואם את התדר שהאטומים בולעים. נכון ל-2026, הטובים שבשעונים האלה מדויקים עד כדי שנייה אחת ב-100 מיליון שנים.

לראות צזיום

הכימאי הגרמני רוברט בונזן והפיזיקאי הגרמני גוסטב קירכהוף גילו את הצזיום ב-1860, במי מינרלים מדירקהיים. הם מצאו אותו בעזרת ספקטרוסקופ, מכשיר שפורס אור לצבעיו הנפרדים. הם קראו לו על שם המילה הלטינית caesius, "כחול שמיים", בגלל הקווים הכחולים הבהירים באור שלו.

אי אפשר לראות אטום צזיום בודד במיקרוסקופ רגיל, כי אורך הגל של האור מגביל את הפרט הקטן ביותר שמיקרוסקופ אור יכול להראות. ב-1981 גרד ביניג והיינריך רורר בנו את מיקרוסקופ המנהור הסורק. הוא מעביר חוד דק במיוחד קרוב מאוד אל משטח, ויוצר תמונות שאפשר להבחין בהן באטומים בודדים.

מקורות

• 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.