Caesium (nach IUPAC) [] , standardsprachlich Cäsium (bis 2024 auch Zäsium; im amerikanischen Englisch cesium), ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Cs und der Ordnungszahl 55. Im Periodensystem steht es in der 1. Hauptgruppe, bzw. der 1. IUPAC-Gruppe und gehört zu den Alkalimetallen. Caesium ist das schwerste stabile Alkalimetall.
Caesium wurde 1861 von Robert Wilhelm Bunsen und Gustav Robert Kirchhoff im Dürkheimer Mineralwasser der Maxquelle entdeckt. Aufgrund der zwei blauen Spektrallinien, mit denen das Element nachgewiesen wurde, benannten sie es nach dem lateinischen caesius für himmelblau. Das Reinelement konnte erstmals 1881 von Carl Theodor Setterberg dargestellt werden.
Caesium ist ein extrem reaktives, sehr weiches, goldfarbenes Metall. Da es sofort und sehr heftig mit Luft reagiert, wird es in abgeschmolzenen Glasampullen unter Inertgas aufbewahrt.
Eine biologische Bedeutung des nicht toxischen Elements ist nicht bekannt. Aufgrund der Ähnlichkeit zu Kalium wird es allerdings im Magen-Darm-Trakt resorbiert und analog zu Kalium vorwiegend im Muskelgewebe gespeichert. Deshalb fand das radioaktive Isotop Caesium-137 (137Cs), ein Produkt der Kernspaltung, in der Öffentlichkeit besondere Beachtung, als es infolge der Katastrophe von Tschernobyl am 26. April 1986 in größeren Mengen in die Umwelt gelangte. Durch die großflächige Verteilung – und damit vergleichsweise geringe Konzentration – im Falle Tschernobyl ist von akuter Radiotoxizität nicht auszugehen, jedoch können chronische Effekte, insbesondere durch Bioakkumulation, nicht ausgeschlossen werden. Unfälle mit größeren Mengen Caesium-137 aus unsachgemäß entsorgten Abfällen der Nuklearmedizin wie der Goiânia-Unfall haben mehrfach zu Todesfällen durch die Strahlenkrankheit geführt, da hierbei sehr hohe akute Dosen auftraten.
Geschichte mini|links|Robert Bunsen Caesium wurde erstmals 1861 von Gustav Robert Kirchhoff und Robert Wilhelm Bunsen beschrieben. Sie untersuchten Mineralwasser aus Dürkheim und entdeckten nach der Abtrennung von Calcium, Strontium, Magnesium und Lithium zwei bisher unbekannte Linien im blauen Spektralbereich. Sie schlossen aus ihren Beobachtungen, dass es im untersuchten Mineralwasser ein weiteres, bisher unbekanntes Element geben müsse, das sie wegen der blauen Spektrallinien Caesium, nach dem lateinischen caesius für „himmelblau“, nannten.G. Kirchhoff, R. Bunsen: Chemische Analyse durch Spectralbeobachtungen. In: Annalen der Physik und Chemie. 189, 7, 1861, S. 337–381, doi:10.1002/andp.18611890702.
Bunsen versuchte ebenfalls Caesium von den anderen Alkalimetallen zu trennen, um weitere Eigenschaften des Elements zu erforschen. Dazu versetzte er die Lösung mit einer Platinchlorid-Lösung, um Kalium und die neuentdeckten schwereren Alkalimetalle Rubidium und Caesium als unlösliches Hexachloridoplatinat auszufällen. Das Kalium konnte durch mehrmaliges Aufkochen in wenig Wasser entfernt werden. Zur Gewinnung der reinen Chloride wurde das Platin mit Wasserstoff zum Element reduziert, so dass die nun wasserlöslichen Caesium- und Rubidiumchloride ausgelaugt werden konnten. Die Trennung von Caesium und Rubidium erfolgte unter Ausnutzung der unterschiedlichen Löslichkeit der Carbonate in absolutem Ethanol, worin Caesiumcarbonat im Gegensatz zur entsprechenden Rubidiumverbindung löslich ist. Caesiumchlorid diente Bunsen und Kirchhoff auch für eine erste Bestimmung der molaren Masse des neuen Elements, wofür sie den Wert von 123,35 g/mol fanden. Dieser Wert ist nach heutigen Erkenntnissen gut 10 g/mol zu niedrig.
Die beiden Forscher konnten kein elementares Caesium gewinnen, denn bei der Elektrolyse von geschmolzenem Caesiumchlorid entstand anstelle des Metalls eine blaue Verbindung, die sie als Subchlorid bezeichneten, bei der es sich aber wahrscheinlich um eine kolloide Mischung von Caesium und Caesiumchlorid handelte.Richard Zsigmondy: Colloids and the Ultramicroscope. Read books, 2007, ISBN 978-1-4067-5938-9, S. 69 (). Bei der Elektrolyse einer wässrigen Lösung mit einer Quecksilberanode bildete sich das leicht zersetzbare Caesiumamalgam.
Die Darstellung des elementaren Caesiums gelang schließlich 1881 Carl Theodor Setterberg, der die Probleme mit dem Chlorid vermied, indem er für die Schmelzflusselektrolyse Caesiumcyanid verwendete. Dabei störte zunächst die zum Schmelzen des Caesiumcyanids nötige relativ hohe Temperatur, die er jedoch durch das Eutektikum mit Bariumcyanid herabsetzen konnte.Carl Setterberg: Ueber die Darstellung von Rubidium- und Cäsiumverbindungen und über die Gewinnung der Metalle selbst. In: Justus Liebigs Annalen der Chemie. 221, 1, 1881, S. 100–116, doi:10.1002/jlac.18822110105.
Vorkommen mini|links|Pollucit Mit einem Gehalt von 3 ppm in der kontinentalen Erdkruste ist Caesium auf der Erde ein seltenes Element. Es ist nach dem instabilen Francium das seltenste Alkalimetall. Aufgrund seiner hohen Reaktivität kommt es nicht elementar, sondern immer nur in Form von Verbindungen vor.
Durch seinen großen Ionenradius ist Caesium geochemisch ein inkompatibles Element, das sich vorwiegend in Gesteinsschmelzen anreichert. Es ist darum vor allem in kaliumreichen magmatischen Silikatgesteinen der Glimmergruppe wie Muskovit oder Biotit zu finden. Auch Kalifeldspate können Caesium enthalten. Besonders reich an Caesium sind bestimmte Pegmatite, die sogenannten LCT-Pegmatite (Lithium-Caesium-Tantal-Pegmatite), in denen sich die Alkalimetalle bei der Kristallisation anreicherten. In diesen kann sich auch das häufigste Caesiummineral Pollucit mit der Zusammensetzung Cs(Si2Al)O6·nH2O bilden. Da Caesium gut in Wasser löslich ist, kann das Element bei der Verwitterung und durch hydrothermale Lösungen ausgelaugt werden.Gray E. Bebout: Caesium. In: William White (Hrsg.): Encyclopedia of Geochemistry. Springer, 2018, ISBN 978-3-319-39311-7, S. 172–176.Thomas Dittrich, Thomas Seifert, Bernhard Schulz, Steffen Hagemann, Axel Gerdes, Jörg Pfänder: Archean Rare-Metal Pegmatites in Zimbabwe and Western Australia. Springer, 2019, ISBN 978-3-030-10942-4.
Neben dem Pollucit sind noch eine Reihe weiterer, selten zu findender Minerale von der IMA anerkannt. Zu diesen zählen beispielsweise Pezzottait CsLiBe2Al2Si6O18Brendan M. Laurs, William B. Simmons, George R. Rossman, Elizabeth P. Quinn, Shane F. McClure, Adi Peretti, Thomas Armbruster, F. C. Hawthorne, Alexander U. Falster, Detlef Günther, Mark A. Cooper, Bernard Grobéty: Pezzottaite from Ambatovita, Madagascar: A New Gem Mineral. In: Gems & Gemology. 2003, Band 39, Nummer 4, S. 284–301 doi:10.5741/gems.39.4.284. oder Pautovit CsFe2S3Igor V. Pekov, Atali A. Agakhanov, M. M. Boldyreva, V. G. Grishin: Pautovite, CsFe2S3, a new Mineral Species from the Lovozero Alkaline Complex, Kola Peninsula, Russia. In: The Canadian Mineralogist. 2005, Band 43, Nummer 3, S. 965–972, doi:10.2113/gscanmin.43.3.965.. 2025 sind 27 caesiumhaltige Minerale bekannt.The mineralogy of Caesium. mindat.org, abgerufen am 30. September 2025.
Es sind zwei Vorkommen bekannt, in denen Pollucit in abbauwürdigen Mengen vorhanden sind. Dies sind Bikita in Simbabwe und die Tanco-Mine in der kanadischen Provinz Manitoba, in denen Pollucit auch abgebaut wird. Die ursprünglichen Pollucit-Mengen der Tanco-Mine wurden auf 100.000–150.000 Tonnen Erz mit einem Caesiumgehalt von 25–30 % berechnet. Auch in anderen Ländern sind Pollucit-Vorkommen bekannt, es wurde in der Vergangenheit auch in Namibia, Schweden und China abgebaut.
Aufgrund der Wasserlöslichkeit der meisten Caesiumverbindungen ist das Element im Meerwasser gelöst; ein Liter enthält dabei durchschnittlich 0,3 bis 4 Mikrogramm Caesium. In vergleichbaren Mengen finden sich dort auch häufigere, aber schlechter lösliche Elemente wie Nickel, Chrom oder Kupfer.
Gewinnung und Darstellung Einziges Mineral, das primär zur Gewinnung von Caesium abgebaut wird und wichtigste Quelle für das Element ist Pollucit.Rosario Vidal, Jaume-Adrià Alberola-Borràs, Iván Mora-Seró: Abiotic depletion and the potential risk to the supply of cesium. In: Resources Policy. Band 68, 2020, Artikel 101792, doi:10.1016/j.resourpol.2020.101792. Daneben kann es auch als Nebenprodukt bei der Lithiumgewinnung aus Lepidolith dargestellt werden. Eine Gewinnung aus Solen, etwa aus Salzseen oder Meerwasser ist möglich und wird erforscht, ist jedoch auf Grund der geringen Caesiumkonzentration und komplizierten Trennung der Alkalimetallionen schwierig.Yanan Lu, Yong Wang, Kaiyuan Liu: Recent advances in cesium extraction technologies from mineral and brine resources. In: Hydrometallurgy. Band 242, 2026, Artikel 106699, doi:10.1016/j.hydromet.2026.106699.
Der abgebaute Pollucit wird mittels Flotation zu einem Konzentrat verarbeitet. Dieses wird kommerziell vor allem mit Säuren aufgeschlossenWilliam Ferguson, Dena Gorrie: Cesium and Cesium Compounds. In: Kirk‐Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Wiley, 2011, doi:10.1002/0471238961.0305190902211820.a01.pub3., wobei Schwefelsäure und Salzsäure am häufigsten verwendet werden. Aber auch ein Aufschluss mit Flusssäure oder Bromwasserstoffsäure ist möglich. Wird Pollucit mit Salzsäure erhitzt, gehen die vorhandenen Metalle wie Caesium, Aluminium und Rubidium als Chloride in Lösung. Daraus kann das Caesium mit Antimon(III)-chlorid als Caesium-Antimon-Doppelsalz gefällt und abgetrennt werden. Bei der Verwendung von Schwefelsäure ist dieser Schritt nicht nötig. Heiße Schwefelsäure löst zunächst die Metalle und Silikat bleibt zurück und kann abgetrennt werden. 2 Cs(Si2Al)O6 + 4 H2SO4 -> Cs2SO4 + Al2(SO4)3 + 4 SiO2 + 4 H2O Beim langsamen Abkühlen der Lösung kristallisiert Caesiumalaun (Caesiumaluminiumsulfat-Dodecahydrat, CsAl(SO4)2 · 12 H2O) aus, kann abgetrennt und durch Umkristallisation gereinigt werden. Cs2SO4 + Al2(SO4)3 + 24 H2O -> 2 CsAl(SO4)2 * 12 H2O Das Caesiumalaun wird zusammen mit Kohlenstoff geröstet, wobei sich Caesiumsulfat und Aluminiumoxid bilden. Ersteres ist wasserlöslich und kann ausgelaugt werden. 4 CsAl(SO4)2 * 12 H2O + 4 C + O2 -> 2 Cs2SO4 + 2 Al2O3 + 6 SO2 + 4 CO2 + 48 H2O
Eine weitere Möglichkeit ist es, Pollucit mit einer Mischung von Calcium- oder Natriumcarbonat und den entsprechenden Chloriden zu rösten und anschließend mit Wasser auszulaugen. Dabei entsteht eine unreine Caesiumchloridlösung. Weiterhin ist es möglich, Pollucit direkt mit Calcium im Vakuum bei 950 °C oder unter Inertgas mit Natrium oder Kalium auf 750 °C zum Metall zu reduzieren. Auf Grund technischer Schwierigkeiten wird dies kommerziell aber nicht durchgeführt.
Das Lithiumerz Lepidolith enthält bis zu 1,2 % Caesium, sodass eine Gewinnung als Nebenprodukt möglich ist. Nach dem Aufschluss des Erzes, etwa durch Rösten mit Chloriden oder Sulfaten oder durch Auslaugen mit Schwefelsäure kann das Caesium abgetrennt werden. Hierzu werden vorwiegend Extraktionsverfahren genutzt.Shuyuan Lin, Yuxin Gao, Xiaoshan Zhu, Xiang Lei, Jinliang Wang: Effective recovery of high purity (99%) cesium from lithium-extraction tailings of lepidolite. In: Hydrometallurgy. Band 241, 2026, Artikel 106672, doi:10.1016/j.hydromet.2026.106672.
mini|Caesium in einer abgeschmolzenen Ampulle unter Vakuum Caesiummetall kann chemisch durch Reduktion von Caesiumhalogeniden mit Calcium oder Barium bei 700–800 °C gewonnen werden. Dabei destilliert das im Vakuum flüchtige Caesiummetall ab. Daneben ist die Gewinnung durch Reaktion von Caesiumhydroxid, Caesiumcarbonat oder Caesiumaluminat mit Magnesium möglich. 2 CsCl + Ca -> 2 Cs + CaCl2