为什么要用铯原子作原子钟而不是其它原子？

2025-02-13 04:12:45

推荐回答（2个）

回答1：

铯是一种化学元素，它的化学符号是Cs，它的原子序数是55，是一种带银金色的碱金属。
【晶体结构】晶胞为体心立方晶胞，每个晶胞含有2个金属原子。
铯色白质软，熔点低。在空气中容易氧化。是制造真空件器、光电管等的重要材料，化学上用做催化剂。
原子体积:(立方厘米/摩尔)

71.07
元素在太阳中的含量:(ppm)
0.008

元素在海水中的含量:(ppm)
30000

地壳中含量：（ppm）
3

名称, 符号, 序号铯、Cs、55

系列碱金属

族, 周期, 元素分区 1族, 6, s

密度、硬度 1879 kg/m3、0.2

颜色和外表银金色

Image:Cs,55.jpg

地壳含量 6×10-4%

原子属性

原子量 132.9054519(2) 原子量单位

原子半径 (计算值) 260（298）pm

共价半径 225 pm

莫氏硬度：0.2

氧化态：
Main Cs-1, Cs+1

Other

晶胞参数：
a = 614.1 pm
b = 614.1 pm
c = 614.1 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
电离能 (kJ /mol)
M - M+ 375.7
M+ - M2+ 2420
M2+ - M3+ 3400
M3+ - M4+ 4400
M4+ - M5+ 6000
M5+ - M6+ 7100
M6+ - M7+ 8300
M7+ - M8+ 11300
M8+ - M9+ 12700
M9+ - M10+ 23700

范德华半径无数据

价电子排布 [氙]6s1

电子在每能级的排布 2，8，18，18，8，1

氧化价（氧化物） 1（强碱性）

晶体结构体新立方格

物理属性

物质状态固态（顺磁性）

熔点 301.59 K（28.44 °C）

沸点 944 K（671 °C）

摩尔体积 70.94×10-6m3/mol

汽化热 67.74 kJ/mol

熔化热 2.092 kJ/mol

蒸气压 2500 帕（1112K）

声速无数据

其他性质

电负性 0.79（鲍林标度）

比热 240 J/(kg·K)

电导率 4.89×106/(米欧姆)

热导率 35.9 W/(m·K)

第一电离能 375.7 kJ/mol

第二电离能 2234.3 kJ/mol

第三电离能 3400 kJ/mol

最稳定的同位素

同位素丰度半衰期衰变模式衰变能量

MeV 衰变产物

133Cs 100 % 稳定

134Cs 人造 2.05年电子捕获

β衰变

2.06 134Xe

134Ba

135Cs 微量 2.0×106年 β衰变 2.10 135Ba

137Cs 人造 30.17年 β衰变 1.17 137Ba

元素序号：55

元素符号：Cs

元素名称：铯

元素原子量：132.9

元素类型：金属

发现人：本生、基尔霍夫发现年代：1860年

发现过程：

1860年，德国的本生和基尔霍夫，在对矿泉的提取物进行光谱实验时，发现了铯。

元素描述：

银白色金属，性软而轻，具有延展性。密度1.8785克/厘米3。熔点28.40±0.01℃，沸点678.4℃。化合价+1。电离能3.894电子伏特。在碱金属中它是最活泼的，能和氧发生剧烈反应，生成多种氧化物的混合物。在潮湿空气中，氧化的热量足以使铯熔化并点燃。铯不与氮反应，但在高温下能与氢反应，生成相当稳定的氢化物。铯和水，甚至和温度低到-116℃的冰均可发生猛烈反应。与卤素也可生成稳定的卤化物，这是由于它的离子半径大所带来的特点。铯和有机物也会发生同其他碱金属相类似的反应，但它比较活泼。氯化铯是它的主要化合物。

元素来源：

自然界中铯盐存在于矿物中，也有少量氯化铯存在于光卤石。由氯化铯用钙还原制取。

元素用途：

在光的作用下，铯会放出电子，金属铯主要用于制造光电管、摄谱仪、闪烁计数器、无线电电子管、军用红外信号灯以及各种光学仪器和检测仪器中。它的化合物用于玻璃和陶瓷的生产，用作二氧化碳净化装置中的吸收剂、无线电电子管吸气剂和微量化学中。在医药上铯盐还可用作服用含砷药物后的防休克剂。同位素铯-137可用以治疗癌症。

元素辅助资料：

光谱分析比化学分析灵敏度高，在地壳中含量较少的铯、铷、铊、铟，在逃过了分析化学家们的手之后，就被光谱分析的关卡逮捕住了。

1860年，本生和基尔霍夫创建光谱分析的这一年，他们用分光镜在浓缩的杜克海姆矿泉水中发现有一个新的碱金属存在。他们在一篇报告中叙述着：“蒸发掉40吨矿泉水，把石灰、锶土和苦土沉淀后，用碳酸铵除去锂土，得到的滤液在分光镜中除显示出钠、钾和锂的谱线外，还有两条明亮的蓝线，在锶线附近。现在并无已知的简单物质能在光谱的这一部分显现出这两条蓝线。经过研究可以得出结论，必有一未知的简单物质存在，属于碱金属族。我们建议把这一物质叫做caesium（铯），符号为Cs。命名来自拉丁文caesius，古代人们用它指晴朗天空的蓝色。……”

其实早在1846年，德国弗赖贝格（Freiberg）冶金学教授普拉特勒曾经分析了鳞云母（又称红云母）的矿石时，误将硫酸铯当成了硫酸钠和硫酸钾的混合物了。铯从他手中溜走了。

金属铯一直到1882年才由德国化学家塞特贝格电解氰化铯（CsCN）和氰化钡（Ba（CN）2）的混合物获得。

最软的金属——铯 (可用小刀切割)

如果有人问，自然界里最软的金属元素是什么？你可以这样回答，铯就是最软的金属，它甚至比石蜡还软。

铯具有活泼的个性，它本来披着一件漂亮的银白色的“外衣”，可是一与空气接触，马上就换成了灰蓝色，甚至不到一分钟就自动地燃烧起来，发出玫瑰般的紫红色或蓝色的光辉，把它投到水里，会立即发生强烈的化学反应，着火燃烧，有时还会引起爆炸。即使把它放在冰上，也会燃烧起来。正因为它这么地“不老实”，平时人们就把它“关”在煤油里，以免与空气、水接触。

最有意思的是，铯的熔点很低，很容易就能变成液体。一般的金属只有在熊熊的炉火中才能熔化。，可是铯却十分特别，熔点只有摄氏二十八度半，除了水银之外，它就是熔点最低的金属了。大家都知道，我们人体的正常温度是摄氏三十七度，所以把铯放到手心里，它就会像冰块掉进热锅里那样很快地化成液体，在手心里滚来滚去。

在自然界里，铯的分布相当广泛，岩石、土壤、海水以至某些植物机体，到处都有它的“住地”。可是铯没有形成单独的矿场，在其他矿物中含量又少，所以生产起来很麻烦。一年下来，生产出的铯很少，“物以稀为贵”，现在铯比金子还贵。

最准确的计时仪器
用铯可以做成最准确的计时仪器——原子钟。

一说到钟，你们自然明白这是一种计量时间的工具。人类的生活和生产活动离不开计时，想想看，如果有一天起床后，世界上所有的钟表都不翼而飞了，世界会变成什么样子呢？

过去，人们确定时间都拿地球的自转作为基准。地球是个天然的计时器，它每昼夜绕轴自转一周，寒来暑往，年年如此。人们把地球自转一周所需要的时间定为一天——二十四小时，它的八百六千四百分之一就是一秒，秒的时间单位就是这样来的。

但是，后来人们发现，由于潮汐力等许多因素的影响，地球不是一个非常准确的“时钟”。它的自转速度是不稳定的，时快时慢。虽然这种快慢的差别极小，但累计起来，误差就很大了。

有没有一种更准确的计时仪器呢？

人们开始打破旧的传统习惯，大的一头不行，往小的一头探索。人们发现：铯原子的第六层——即最外层的电子绕着原子核旋转的速度，总是极其精确地在几十亿分之一秒的时间内转完一圈，稳定性比地球绕轴自转高得多。利用铯原子的这个特点，人们制成了一种新型的钟——铯原子钟，规定一秒就是铯原子“振动”9192601770次（即相当于铯原子的最外层电子旋转这么多圈）所需要的时间。这就是“秒”的最新定义。

利用铯原子钟，人们可以十分精确地测量出十亿分之一秒的时间，精确度和稳定性远远地扭过世界上以前有过的任何一种表，也超过了许多年来一直以地球自转作基准的天文时间。

人类创造性的劳动得到了收获。大家知道，在我们日常生活里，只要知道年、月、日以至时、分、秒就可以了。但是现代的科学技术却往往需要精确地计量更为短暂的时间，比如毫秒（千分之一秒）、微秒（百万分之一秒）等等。有了像铯原子钟这样一类的钟表，人类就有可能从事更为精细的科学研究和生产实践，比如对原子弹和氢弹的爆炸、火箭和导弹的发射以及宇宙航行等等，实行高度精确的控制，当然也可以用于远程飞行和航海。

在太空中遨游
为了征服宇宙，必须有一种崭新的、飞行速度极快的交通工具。一般的火箭、飞船都达不到这样的速度，最多只能冲出地月系；只有每小时能飞行十几万公里的“离子火箭”才能满足要求。

有的小朋友可能会问：我们只知道原子、分子，怎么又出来一个离子？离子是什么呀？

简单说吧，大家都知道，正常的分子、原子等粒子是电中性的，表现不出带有什么电荷；而离子却是带电（正电或负电）的粒子，分子、原子等带一电荷就成了离子（正离子或负离子）。

前面我们已经说过，铯原子的最外层电子极不稳定，很容易被激发放射出来，变成为带正电的铯离子，所以是宇宙航行离子火箭发动机理想的“燃料”。

铯离子火箭的工作原理是这样的：发动机开动后，产生大量的铯蒸气，铯蒸气经过离化器的“加工”，变成了带正电的铯离子，接着在磁场的作用下加速到每秒一百五十公里，从喷管喷射出去，同时绘离子火箭以强大的推动力，把火箭高度推向前进。

计算表明，用这种铯离子作宇宙火箭的推进剂，单位重量产生的推力要比现在使用的液体或固体燃料高出上百倍。这种铯离子火箭可以在宇宙太空遨游一二年甚至更久！

用铯作成的原子钟,可以精确的测出十亿分之一秒的一刹那,它连续走上三十万年,误差也不超过1s,其精确度相当高.
另外,铯在医学上、导弹上、宇宙飞船上及各种高科技行业中都有广泛应用.

铯是碱金属的一种。与水发生强烈反应，产生氢气、氢氧化物。生成的氢氧化铯是氢氧化碱中碱性最强的

回答2：

用铯原子作原子钟而不是其它原子是经过科学家不断探索实验得到的。
人类在发展过程中对计时的要求不断提高，大体上经历了如下几个阶段：
1、根据地球的自转和公转认识到了年和日的概念。如寒暑交替、草木发芽、北雁南归、日出日落。
人们再把一天分为24个时段就有了小时，把一个小时分成60个时段就有了分钟，把一分钟成60个时段就有了秒。
2、根据某些物体的振动周期。提高了计时的精度。如挂钟、座钟、手表及石英钟、电子手表等。
单摆、摆轮，有了电子科技后采用了石英晶体更是将计时的精度和准确度大为提高。
3、随着科技的发展需求对计时的精度的要求越来越高，科学家在不断的寻找更加稳定的计时材料，经过不断的实验发现某些原子的电子的运转周期非常稳定，特别适合作为计时的标准，这就是原子钟的由来。
在一开始的时候（记得是上世纪80年代初）并不是用铯来做原子钟而是用的氢H ，这种钟的稳定程度相当高，每天变化只有十亿分之一秒。当将实验材料换为铯Cs时，精度又有了很大提高，所以，当今计时最准确的钟表就是铯原子钟，它的精度达到了达到2000万年才误差 1 秒。

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