Introduction
Le césium (Cs) est un élément chimique fascinant et aux propriétés extrêmes, occupant la 55e place du tableau périodique. Découvert par spectroscopie, son nom dérive du latin 'caesius', signifiant 'bleu ciel', en référence aux raies spectrales bleues qui ont permis son identification. Ce métal alcalin rare est un acteur clé dans les technologies de pointe, notamment la mesure du temps et la propulsion spatiale, tout en présentant des risques importants en raison de sa radioactivité pour l'un de ses isotopes.
Description
Le césium est un métal mou, ductile, de couleur or pâle à argenté lorsqu'il est pur. Il a le point de fusion le plus bas de tous les métaux (à l'exception du mercure, qui est liquide à température ambiante), fondant à seulement 28,5 °C, ce qui signifie qu'il peut devenir liquide dans la main. Chimiquement, c'est l'un des éléments les plus réactifs. Il s'enflamme spontanément au contact de l'air, formant des superoxydes, et réagit de manière explosive avec l'eau, même à basse température, pour produire de l'hydrogène et de l'hydroxyde de césium, une base extrêmement corrosive. Dans la nature, on ne le trouve presque jamais à l'état natif. Il est présent en faibles concentrations dans des minéraux comme la pollucite, la principale source commerciale, et dans certaines eaux salées.
Histoire
L'histoire du césium commence en 1860, lorsque les chimistes allemands Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff l'ont découvert par analyse spectroscopique de l'eau minérale de Dürkheim. C'était le premier élément découvert par cette nouvelle méthode. Ils ont observé deux raies spectrales d'un bleu vif, d'où son nom. Le césium métallique pur a été isolé pour la première fois en 1881 par le chimiste allemand Carl Setterberg, par électrolyse du cyanure de césium fondu. Son utilisation est restée limitée pendant des décennies, principalement à la recherche. La véritable révolution est survenue au milieu du XXe siècle avec le développement de l'horloge atomique au césium-133 en 1955, qui a redéfini la seconde. Parallèlement, la découverte de l'isotope radioactif césium-137, un produit de fission nucléaire, a marqué son histoire, notamment après les accidents de Tchernobyl et de Fukushima.
Caracteristiques
Le césium possède plusieurs caractéristiques physiques et chimiques remarquables. Son numéro atomique est 55 et sa masse atomique standard est de 132,90545 u. Il possède un seul électron de valence, qu'il perd très facilement, ce qui en fait l'élément le plus électropositif (le moins électronégatif) et lui confère une réactivité explosive. Son isotope stable, le césium-133, est la base de la définition internationale de la seconde : une seconde correspond à 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium-133. L'isotope césium-137, quant à lui, est un émetteur bêta et gamma avec une demi-vie d'environ 30,2 ans. C'est un contaminant radioactif majeur, dangereux pour la santé car il se substitue au potassium dans l'organisme. Le césium est également utilisé dans les cellules photovoltaïques et les photomultiplicateurs en raison de sa faible énergie d'ionisation.
Importance
L'importance du césium est immense et double. D'un côté, le césium-133 stable est le pilier de la métrologie moderne. Les horloges atomiques au césium sont les garde-temps les plus précis au monde, essentielles pour les systèmes de navigation par satellite (GPS, Galileo), les réseaux de télécommunications et la synchronisation des transactions financières. Elles permettent de tester les théories fondamentales de la physique, comme la relativité générale. D'un autre côté, le césium-137 radioactif est un sous-produit important de l'industrie nucléaire, utilisé en radiothérapie pour traiter certains cancers, en stérilisation de produits médicaux et comme source de rayonnement dans les jauges industrielles. Cependant, sa dispersion dans l'environnement lors d'accidents nucléaires constitue un défi de santé publique et environnemental à long terme. Le césium est également étudié pour des systèmes de propulsion ionique dans les satellites et les sondes spatiales.
