Atom cezu to najmniejsza jednostka cezu, miękkiego, srebrzystego metalu, który topi się w temperaturze 28,5 stopnia Celsjusza. Ma około 0,5 nanometra (500 pikometrów) średnicy, przy czym średnicę liczy się jako dwukrotność jego promienia kowalencyjnego. Sprawia to, że jest jednym z największych atomów spośród wszystkich pierwiastków. Nanometr to miliardowa część metra, a pikometr to tysięczna część nanometra.

Rozmiar

Atom nie ma twardej granicy. Jego elektrony tworzą wokół jądra chmurę, która stopniowo rzednie, więc chemicy mierzą rozmiar atomu na kilka sposobów. Promień kowalencyjny to połowa odległości między środkami dwóch identycznych atomów połączonych wiązaniem chemicznym. Dla cezu wynosi on 244 pikometry, więc atom ma około 0,49 nanometra średnicy.

Inne sposoby pomiaru dają dla cezu promień z przedziału 260–343 pikometrów, co daje średnicę 0,52–0,69 nanometra. W tabelach promieni atomowych PubChem żaden pierwiastek poza fransem nie ma większych atomów. Frans jest tak radioaktywny, że nawet jego najdłużej żyjąca postać traci połowę atomów w ciągu 22 minut, a nikt nie zebrał go dość, by dało się go zważyć.

Atomy robią się większe w dół każdej kolumny układu okresowego, bo każdy kolejny wiersz niżej dodaje elektrony dalej od jądra. Cez znajduje się blisko dołu pierwszej kolumny. Jego najbardziej zewnętrzny elektron porusza się dalej od jądra niż każdy z pozostałych 54 elektronów.

Porównania rozmiarów

Około 160 000–200 000 atomów cezu ułożonych obok siebie zmieściłoby się na szerokości ludzkiego włosa, który ma 0,08–0,1 milimetra szerokości.
Mierzony w ten sam sposób, czyli według promienia kowalencyjnego, atom cezu jest około trzykrotnie szerszy niż atom węgla.
Atom cezu jest nieco mniej niż dwukrotnie szerszy niż cząsteczka wody o szerokości około 0,28 nanometra.
Mikrofale, na które reagują atomy cezu w zegarze atomowym, mają długość fali około 3,3 centymetra, czyli około 67 milionów razy więcej niż szerokość atomu.

Jak cez definiuje sekundę

Cały cez występujący w naturze to cez-133, jego jedyna trwała postać. Atom cezu-133 może przeskakiwać między dwoma stanami energetycznymi, gdy pochłania mikrofale o jednej dokładnej częstotliwości. Sekunda, międzynarodowa jednostka czasu, jest zdefiniowana na podstawie tej częstotliwości. Jedna sekunda to czas trwania 9 192 631 770 okresów tych mikrofal.

Zegary atomowe wykorzystują tę definicję do odmierzania czasu. W zegarze fontannowym w Narodowym Instytucie Standardów i Technologii (NIST) w Stanach Zjednoczonych lasery chłodzą chmurę około 100 000 atomów cezu, aż atomy niemal się zatrzymają. Następnie zegar wyrzuca chmurę na wysokość około metra.

Mikrofale przechodzą przez atomy, gdy te unoszą się i opadają, a zegar dostraja mikrofale, aż ich częstotliwość zgodzi się z tą, którą pochłaniają atomy. W 2026 roku najlepsze z tych zegarów mylą się najwyżej o jedną sekundę na 100 milionów lat.

Oglądanie cezu

Niemiecki chemik Robert Bunsen i niemiecki fizyk Gustav Kirchhoff odkryli cez w 1860 roku w wodzie mineralnej z Dürkheim. Wykryli go za pomocą spektroskopu, przyrządu, który rozszczepia światło na poszczególne barwy. Nazwali cez od łacińskiego słowa caesius, „błękitny”, z powodu jasnych niebieskich linii w świetle cezu.

Pojedynczego atomu cezu nie da się zobaczyć w zwykłym mikroskopie, ponieważ długość fali światła ogranicza najmniejszy szczegół, jaki może pokazać mikroskop świetlny. W 1981 roku Gerd Binnig i Heinrich Rohrer zbudowali skaningowy mikroskop tunelowy. Przesuwa on niezwykle cienkie ostrze tuż nad powierzchnią i tworzy obrazy, na których można rozróżnić pojedyncze atomy.

Źródła

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.

Report a Problem

for Atom cezu