Das reaktivste Metall der Welt ist Cäsium.

Die reaktionsfreudigsten Metalle sind die Elemente der Gruppen I und II, die sich auf der linken Seite des Periodensystems befinden. Ein Metall gilt als reaktionsfreudig, wenn es stark und schnell mit anderen Elementen reagiert. Die Reaktivität eines Metalls nimmt von oben nach unten im Periodensystem zu.

Eine Ausnahme bildet Wasserstoff, der nicht als Metall gilt und sich in der oberen linken Ecke des Periodensystems der chemischen Elemente von Mendelejew befindet.

Die reaktivsten Metalle der Welt

Entsprechend ihrer Reaktivität werden die im Periodensystem der chemischen Elemente aufgeführten Metallelemente in drei Gruppen unterteilt:

1. Aktive Metalle.
2. Metalle mittlerer Aktivität.
3. Metalle mit geringer Aktivität.

Die reaktivsten Metalle der Erde sind Lithium, Cäsium und Francium.

Cäsium ist das reaktionsfreudigste der nicht-radioaktiven Elemente. Es ist ein seltenes, silbrig-gelbes, glänzendes Metall mit der Ordnungszahl 55. Es ist ein sehr weiches Element, das in den Händen schmilzt – sofern es nicht vorher explodiert, da es stark auf Feuchtigkeit reagiert.

Es gibt auch das hochradioaktive Element Francium, das möglicherweise reaktiver als Cäsium ist. Ob dem so ist, werden wir wohl nie erfahren, denn Francium ist nicht nur extrem radioaktiv, sondern auch ein extrem seltenes Metall.

Das letzte der drei reaktivsten Metalle, Lithium, besitzt eine interessante Eigenschaft: Es verleiht Flammen eine purpurrote Farbe.

Hier ist eine Videodemonstration der Aktivität von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium.

Was ist Cäsium?

Cäsium ist ein Alkalimetall. Es ist hochreaktiv und kommt nicht natürlich vor. Diese Metalle sind zudem sehr duktil und gute Wärme- und elektrische Leiter.

Cäsium war das erste Element, das mit einem Spektroskop nachweisbar war. Es wurde 1860 von den deutschen Chemikern Robert Bunsen und Gustav Kirchhoff bei der Analyse des Spektrums von Mineralwasser aus der Quelle von Bad Dürkheim entdeckt.

Cäsium kommt natürlich in den Mineralien Pollucit und Lepidolith vor. Es findet sich auch in vielen Aluminosilikaten wie Beryll, Petalit und Carnallit. Das reichste bekannte Cäsiumvorkommen liegt in Kanada am Ufer des Bernic Lake. Es enthält etwa 701 TP3T der weltweiten Reserven. Interessanterweise findet an diesem See jährlich am 24. Februar das Cäsium-Festival statt, bei dem tonnenweise Cäsium im Schnee verbrannt wird und ein regelrechter Cäsium-Wahnsinn herrscht.

Cäsium ist auch ein Nebenprodukt der Kernspaltung in Reaktoren.

Eigenschaften von Cäsium

Obwohl Cäsium nicht das schwerste Metall der Welt ist, ist es das reaktivste und besitzt eine Reihe einzigartiger Eigenschaften:

• Es entzündet sich spontan an der Luft und explodiert sofort bei Kontakt mit Wasser oder Feuchtigkeit in jeglicher Form, sogar bei Eis bis zu -116 °C.
• Es brennt mit einer strahlend blauen Flamme. Dem Uneingeweihten erscheint die Flamme eher violett als blau, doch mit genügend Meditation, dem Studium der Chemie und stundenlanger, ehrfürchtiger Betrachtung des brennenden Cäsiums offenbart sich die wahre blaue Natur seiner Flamme.
• Der Name «Cäsium» leitet sich von den zwei hellblauen Linien in seinem Emissionsspektrum ab. Aus dem Lateinischen übersetzt bedeutet «caesius» «himmelblau».
• Sein Hydroxid (im flüssigen Zustand) kann Fleisch, Glas und viele andere Substanzen zersetzen. Nur Rhodiummetall und einige seiner Legierungen sind beständig gegen geschmolzenes Cäsiumhydroxid.
• Cäsiumiodid und -bromid werden als Kernkomponenten bei der Herstellung hochpräziser Optiken, darunter Nachtsichtgeräte, Schutzbrillen und Ferngläser, verwendet. Aufgrund seines niedrigen Ionisationspotenzials wurde Cäsium auch experimentell in Ionenantriebssystemen für Raumfahrzeuge eingesetzt.
• Cäsium wird zur Herstellung hochpräziser Atomuhren verwendet. Selbst die besten Armbanduhren der Welt können mehrere Sekunden oder sogar eine Minute nachgehen. Atomuhren auf Cäsiumbasis hingegen verlieren nur eine Sekunde alle fünf Milliarden Jahre.
• Natürliches Cäsium besteht aus einem stabilen Isotop, Cs-133. Dreißig weitere radioaktive Isotope sind bekannt, von Cs-114 bis Cs-145. Cäsium-137 (auch als Radiocäsium bekannt) ist einer der biologisch gefährlichsten Bestandteile radioaktiver Abfälle und des radioaktiven Niederschlags. Es reichert sich in Lebewesen und sogar in Pilzen an, wobei die höchsten Konzentrationen in Rentieren und Wasservögeln Nordamerikas gefunden werden.

Menschen und Tiere nehmen durch Essen, Atmen und Trinken ständig geringe Mengen Cäsium auf. Zwar ist es unwahrscheinlich, dass wir allein durch Cäsium erkranken, doch kann eine längere Exposition zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen wie Übelkeit, Erbrechen, Blutungen und Zellschäden führen.

Cäsium und Krebsbehandlung

Paracelsus behauptete sogar, alles sei Gift und alles Medizin zugleich. Es komme nur auf die Dosierung an. Und was Cäsium betrifft, so trifft Paracelsus' Aussage absolut zu.

Die Wirksamkeit von Cäsium bei der Behandlung verschiedener Krebsarten, einschließlich Hirntumoren, wird derzeit untersucht. Cäsium-131, ein radioaktives Isotop des Cäsiums, wird zusammen mit einem weiteren radioaktiven Isotop (Jod-125) in eine Brachytherapie-Kapsel («Seed») gegeben.

Laut der Amerikanischen Gesellschaft für Brachytherapie handelt es sich bei einer Brachytherapie-Kapsel um eine radioaktive «Kapsel», die direkt in das Tumorgewebe eingesetzt wird. Diese Kapseln sind wirksam gegen verschiedene Krebsarten, darunter Prostata-, Gebärmutterhals- und Gebärmutterkrebs.

In einer Studie wurden 24 Patienten mit Hirntumoren Cäsium-131-Brachytherapie-Seeds implantiert. Es traten nur minimale Nebenwirkungen auf, und insgesamt wurde diese Behandlungsform von den Patienten gut vertragen.

Die Idee, Cäsium-131-Brachytherapie-Seeds zur Krebsbehandlung einzusetzen, entstand bereits in den 1960er-Jahren und wurde in einer in der Fachzeitschrift Radiology veröffentlichten Studie beschrieben. Eine 2009 in der Fachzeitschrift Medical Physics publizierte Studie untersuchte den Einsatz von Cäsium-131-Seeds zur Behandlung von Prostatakrebs und erzielte positive Ergebnisse.

Bevor die Cäsiumtherapie sich in der Medizin fest etablieren kann, sind weitere Forschungen notwendig. Bisherige Studien zeigen jedoch, dass der Einsatz von Cäsium-131 in der Behandlung von Krebstumoren mittels Brachytherapie vielversprechend ist.

Vergleich von Cäsium und Francium

Wie Cäsium ist auch Francium (Fr) ein Alkalimetall (nur radioaktiv) und besitzt eine extrem hohe chemische Aktivität.

• Die Dichte von Francium beträgt 1,87 Gramm pro Kubikzentimeter, was vergleichbar ist mit der Dichte von Cäsium - 1,879 Gramm pro Kubikzentimeter.
• Cäsium und Francium sind zwei von vier Metallen, die bei Raumtemperatur flüssig sind. Quecksilber und Gallium weisen diese Eigenschaft ebenfalls auf.
• Cäsium reagiert mit Wasser spektakulär und explosiv unter Bildung von Cäsiumhydroxid (CsOH) und Wasserstoffgas (H₂). Francium und Wasser reagieren ebenfalls nicht besonders gut miteinander; bei ihrer Reaktion entsteht die stärkste Base – Franciumhydroxid.
• Wie Cäsium reichert sich auch Francium in lebenden Organismen an. Daher finden seine Isotope Anwendung in der Medizin, der Krebsdiagnostik und verschiedenen Bereichen der biologischen Forschung.
• Hinsichtlich der Häufigkeit übertrifft Cäsium Francium bei Weitem. Weltweit werden jährlich etwa 20 Tonnen angereichertes Cäsiumerz abgebaut. Laut Periodensystem ist Cäsium das 50. häufigste Element in der Erdkruste. Francium hingegen macht etwa 340 Gramm der Erdkruste aus.

Das heißt, hinsichtlich ihrer Eigenschaften sind die beiden reaktivsten Metalle der Erde sehr ähnlich.

Vergleiche von Cäsium und Lithium

Lithium zählt zu den drei reaktivsten Metallen der Erde. Es ist ein wichtiger Bestandteil von Batterien, die Smartphones, Laptops und Elektrofahrzeuge mit Strom versorgen. Mehr als die Hälfte der weltweiten Lithiumvorkommen stammt aus dem sogenannten «Lithiumdreieck» – Bolivien, Chile und Argentinien. Die größte Lithiumquelle aus Salz ist die Atacama-Wüste in Chile.

• Lithium ist wie Cäsium ein Alkalimetall. Und wie Cäsium kommt es in der Natur nur in Verbindungen vor. Spuren von Lithium finden sich jedoch in fast allen magmatischen Gesteinen und in vielen Mineralquellen. Es war eines der drei Elemente, die beim Urknall entstanden, zusammen mit Wasserstoff und Helium.
• In der Erdkruste sind nur geringe Mengen an Lithium und Cäsium enthalten – 21 g/t bzw. 3,7 g/t.
• Während sich Cäsium an der Luft bei Kontakt mit Sauerstoff entzündet, kann Lithium sogar eine Zeitlang im Freien gelagert werden. Diese «Toleranz» macht Lithium zum einzigen Alkalimetall, das nicht in Kerosin gelagert werden muss. Es kann sich zwar auch bei Kontakt mit Sauerstoff entzünden, jedoch nur bei hohen Temperaturen.
• Lithium ist das Metall mit der geringsten Dichte (0,533 g/cm³). Cäsium ist deutlich dichter – 1,879 Gramm pro Kubikzentimeter. Dank seiner geringen Dichte kann Lithium Energie speichern, ohne Geräte zu beschweren.
• Lithium hat jedoch einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt als Cäsium. Sein Schmelzpunkt liegt bei 180,5 Grad Celsius, während Cäsium bei 28,4 Grad Celsius schmilzt.
• Lithium siedet jedoch schnell – bei 134 Grad, während es nicht einfach ist, Cäsium zum Sieden zu bringen; hierfür ist eine Temperatur von 678 Grad erforderlich.
• Sowohl Lithium als auch Cäsium lassen sich problemlos mit einem normalen Messer schneiden.