En cesiumatom är den minsta enheten av cesium, en mjuk, silverfärgad metall som smälter vid 28,5 grader Celsius. Den är cirka 0,5 nanometer (500 picometer) i diameter, mätt som två gånger dess kovalenta radie. Det gör den till en av de största atomerna av alla grundämnen. En nanometer är en miljarddel av en meter, och en picometer är en tusendel av en nanometer.

Storlek

En atom har ingen hård kant. Atomens elektroner bildar ett moln kring kärnan som gradvis blir tunnare, så kemister mäter en atoms storlek på flera sätt. Den kovalenta radien är hälften av avståndet mellan centrum hos två identiska atomer som är förenade med en kemisk bindning. För cesium är den 244 picometer, så atomen är cirka 0,49 nanometer i diameter.

Andra sätt att mäta ger cesium en radie på 260–343 picometer, vilket gör atomen 0,52–0,69 nanometer i diameter. I PubChems tabeller över atomradier har inget grundämne större atomer förutom francium. Francium är så radioaktivt att även dess mest långlivade form förlorar hälften av sina atomer på 22 minuter, och ingen har samlat ihop tillräckligt mycket av det för att kunna väga det.

Atomer blir större längre ner i varje kolumn i periodiska systemet, eftersom varje rad längre ner lägger till elektroner längre från kärnan. Cesium sitter nära botten av den första kolumnen. Cesiumatomens yttersta elektron rör sig längre från kärnan än någon av de övriga 54 elektronerna.

Storleksjämförelser

• Cirka 160 000–200 000 cesiumatomer sida vid sida skulle sträcka sig över ett människohår, som är 0,08–0,1 millimeter brett.
• Mätt på samma sätt, med kovalent radie, är en cesiumatom cirka tre gånger så bred som en kolatom.
• En cesiumatom är knappt dubbelt så bred som en vattenmolekyl, som är cirka 0,28 nanometer i diameter.
• De mikrovågor som cesiumatomer reagerar på i en atomklocka har en våglängd på cirka 3,3 centimeter, cirka 67 miljoner gånger atomens bredd.

Hur cesium definierar sekunden

Allt naturligt cesium är cesium-133, den enda stabila formen. En atom av cesium-133 kan växla mellan två energitillstånd när den absorberar mikrovågor med en exakt frekvens. Sekunden, den internationella enheten för tid, definieras utifrån den frekvensen. En sekund är den tid det tar för 9 192 631 770 svängningar av dessa mikrovågor.

Atomklockor använder den här definitionen för att hålla tiden. I en fontänklocka vid National Institute of Standards and Technology (NIST) i USA kyler lasrar ett moln av cirka 100 000 cesiumatomer tills de nästan står stilla. Klockan kastar sedan upp molnet cirka en meter uppåt.

Mikrovågor passerar genom atomerna medan dessa stiger och faller, och klockan justerar mikrovågorna tills deras frekvens stämmer med den som atomerna absorberar. År 2026 är de bästa av dessa klockor exakta inom en sekund på 100 miljoner år.

Att se cesium

Den tyske kemisten Robert Bunsen och den tyske fysikern Gustav Kirchhoff upptäckte cesium år 1860 i mineralvatten från Dürkheim. De fann det med ett spektroskop, ett instrument som delar upp ljus i separata färger. De gav det namn efter det latinska ordet caesius, ”himmelsblå”, på grund av de klarblå linjerna i cesiums ljus.

Ingen kan se en enskild cesiumatom i ett vanligt mikroskop, eftersom ljusets våglängd begränsar den minsta detalj som ett ljusmikroskop kan visa. År 1981 byggde Gerd Binnig och Heinrich Rohrer sveptunnelmikroskopet. Mikroskopet för en extremt fin spets över en yta på mycket kort avstånd och skapar bilder där enskilda atomer kan urskiljas.

Källor

• 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.