How big is Atom de cesiu?

Un atom de cesiu este cea mai mică unitate de cesiu, un metal moale, argintiu, care se topește la 28,5 grade Celsius. Are aproximativ 0,5 nanometri (500 de picometri) în diametru, măsurat ca dublul razei sale covalente. Asta îl face unul dintre cei mai mari atomi dintre toate elementele. Un nanometru este o miliardime de metru, iar un picometru este o miime de nanometru.

Dimensiune

Un atom nu are o margine netă. Electronii săi formează în jurul nucleului un nor care se rărește treptat, așa că chimiștii măsoară dimensiunea unui atom în mai multe feluri. Raza covalentă este jumătate din distanța dintre centrele a doi atomi identici uniți printr-o legătură chimică. Pentru cesiu, ea este de 244 de picometri, deci atomul are aproximativ 0,49 nanometri în diametru.

Alte metode de măsurare dau cesiului o rază de 260–343 de picometri, ceea ce înseamnă un diametru de 0,52–0,69 nanometri. În tabelele PubChem cu raze atomice, niciun element nu are atomi mai mari, cu excepția franciului. Franciul este atât de radioactiv, încât până și cea mai longevivă formă a sa pierde jumătate din atomi în 22 de minute, iar nimeni nu a adunat destul din el cât să poată fi cântărit.

Atomii devin mai mari pe măsură ce se coboară în josul fiecărei coloane din tabelul periodic, pentru că fiecare rând mai jos adaugă electroni mai departe de nucleu. Cesiul se află aproape de partea de jos a primei coloane. Electronul său cel mai extern se deplasează mai departe de nucleu decât oricare dintre ceilalți 54 de electroni ai săi.

Comparații de dimensiune

• Aproximativ 160.000–200.000 de atomi de cesiu puși unul lângă altul ar acoperi grosimea unui fir de păr uman, care măsoară 0,08–0,1 milimetri.
• Măsurat în același fel, după raza covalentă, un atom de cesiu este de aproximativ trei ori mai lat decât un atom de carbon.
• Un atom de cesiu are puțin sub dublul lățimii unei molecule de apă, care are aproximativ 0,28 nanometri în diametru.
• Microundele la care răspund atomii de cesiu într-un ceas atomic au o lungime de undă de aproximativ 3,3 centimetri, adică de aproximativ 67 de milioane de ori lățimea atomului.

Cum definește cesiul secunda

Tot cesiul natural este cesiu-133, singura sa formă stabilă. Un atom de cesiu-133 poate trece între două stări de energie atunci când absoarbe microunde cu o anumită frecvență exactă. Secunda, unitatea internațională de timp, este definită pornind de la această frecvență. O secundă este durata a 9.192.631.770 de cicluri ale acestor microunde.

Ceasurile atomice folosesc această definiție pentru a măsura timpul. Într-un ceas cu fântână de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) din Statele Unite, laserele răcesc un nor de aproximativ 100.000 de atomi de cesiu până când aceștia aproape încetează să se miște. Apoi ceasul aruncă norul în sus, pe o înălțime de aproximativ un metru.

Microundele trec prin atomi în timp ce aceștia urcă și coboară, iar ceasul reglează microundele până când frecvența lor se potrivește cu cea pe care o absorb atomii. În 2026, cele mai bune dintre aceste ceasuri sunt precise cu o eroare de cel mult o secundă în 100 de milioane de ani.

Cum se vede cesiul

Chimistul german Robert Bunsen și fizicianul german Gustav Kirchhoff au descoperit cesiul în 1860, în apa minerală din Dürkheim. L-au găsit cu un spectroscop, un instrument care împarte lumina în culorile ei separate. Au dat elementului numele după cuvântul latin caesius, „albastru ca cerul”, din cauza liniilor albastre strălucitoare din lumina lui.

Nimeni nu poate vedea un singur atom de cesiu printr-un microscop obișnuit, pentru că lungimea de undă a luminii limitează cel mai mic detaliu pe care îl poate arăta un microscop optic. În 1981, Gerd Binnig și Heinrich Rohrer au construit microscopul cu scanare prin efect tunel. Acesta trece un vârf extrem de fin foarte aproape de o suprafață și produce imagini în care se pot distinge atomi individuali.

Surse

• 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.