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ELM Élément n° 55 sur 118

Césium (Cs)

Le césium est un métal alcalin si réactif qu’on ne le rencontre pas à l’état métallique dans la nature. Pourtant, son isotope stable, le césium 133, fournit une référence fondamentale pour mesurer le temps.

Par Claire Delmas · Mis à jour le

Fiche d’identité du césium

Numéro atomique (Z)
55
Symbole
Cs
Masse atomique
132,90545 u
Masse molaire
132,90545 g/mol
Famille
Métaux alcalins
Période · groupe · bloc
6 · 1 · s
Configuration électronique
[Xe] 6s¹
État à 20 °C
solide
Température de fusion
28,44 °C (301,59 K)
Température d’ébullition
670,85 °C (944 K)
Masse volumique
1,93 g/cm³
Électronégativité (Pauling)
0,79
Rayon atomique (van der Waals)
343 pm
1re énergie d’ionisation
3,894 eV
Affinité électronique
0,472 eV
États d’oxydation
+1
Découverte
1860, par Gustav Kirchhoff, Robert Wilhelm Bunsen
Nom tiré de
bleu ciel
Abondance dans l’eau de mer
3 × 10⁻⁴ mg/L
Numéro CAS
7440-46-2
Césium : période 6, groupe 1, famille des métaux alcalins.
Cs
Électrons par couche : 2 · 8 · 18 · 18 · 8 · 1

Le césium est surtout connu pour les horloges atomiques, mais cette application ne représente qu’une facette de sa chimie. Élément lourd et très électropositif, il s’oxyde facilement et réagit vivement avec l’eau. Sa rareté et cette réactivité expliquent pourquoi ses usages reposent souvent sur des composés ou sur des dispositifs où le métal est isolé de l’air et de l’humidité.

Où trouve-t-on le césium ?

Dans les roches, le césium se trouve principalement combiné à d’autres éléments, notamment dans la pollucite, un minéral riche en césium. Il n’est pas extrait sous forme de métal libre : le minerai est traité chimiquement afin de produire des sels, dont le chlorure de césium, qui peuvent ensuite servir de matière première à d’autres produits. L’Élémentarium de la Société chimique de France décrit notamment le traitement de la pollucite par des acides pour récupérer des composés du césium.

Cette présence minérale contraste avec l’abondance de l’élément dans l’eau de mer, indiquée comme nulle dans les données de la fiche. Cela ne signifie pas qu’aucun atome ne puisse y être détecté, mais que sa concentration n’est pas donnée comme une quantité exploitable dans cette présentation.

Pourquoi le césium réagit-il si facilement ?

Le césium appartient au groupe 1, celui des métaux alcalins. Comme les autres éléments de cette famille, il possède un électron externe qu’il perd facilement lors d’une réaction chimique, formant généralement l’ion Cs⁺ et des composés où son état d’oxydation est +1. Dans la colonne, il se situe sous le rubidium et au-dessus du francium.

À température ambiante, le césium pur est solide, mais il fond à 28,44 °C, température proche des conditions d’une pièce chaude. Son point de fusion bas ne le rend pas pour autant facile à manipuler : le métal réagit violemment au contact de l’eau et peut aussi s’oxyder au contact de l’air. Cette réaction avec l’eau forme notamment de l’hydroxyde de césium, une base fortement corrosive. Le métal doit donc être conservé et manipulé dans des conditions contrôlées, par des personnes formées.

À quoi servent le métal et ses composés ?

L’usage le plus emblématique repose sur l’atome de césium 133. Dans une horloge atomique, on exploite une transition précise de cet atome pour établir une fréquence de référence. Le Conseil national de recherches du Canada explique qu’une horloge au césium utilise des atomes de césium 133 dans une chambre à vide afin de produire une référence de temps et de fréquence. Ces horloges servent notamment en métrologie et dans les télécommunications.

Le césium métallique a aussi été utilisé comme « getter », c’est-à-dire une substance qui capte les gaz résiduels dans certains tubes électroniques. Sa capacité à céder facilement un électron est également utile dans des cellules photoélectriques. Les sels, tels que le chlorure et le nitrate de césium, sont plutôt des matières premières pour fabriquer d’autres produits chimiques. Ces usages ne signifient pas que le métal soit présent tel quel dans les appareils : la forme chimique dépend de la fonction recherchée.

Que signifie la masse atomique du césium ?

La masse atomique indiquée pour l’élément est de 132,90545 u. Elle est très proche de la masse de l’isotope naturel ¹³³Cs, car celui-ci constitue la totalité du césium naturel selon la Commission internationale des masses atomiques et des abondances isotopiques, la CIAAW. Le césium possède aussi des isotopes radioactifs, produits notamment dans des réactions nucléaires, mais ils ne sont pas les formes stables ordinaires de l’élément.

Le nom vient du latin caesius, « bleu ciel » : il évoque les raies bleues observées dans le spectre lumineux lors de sa découverte en 1860 par Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff. Ainsi, l’élément associe une histoire liée à la spectroscopie, une chimie particulièrement réactive et un rôle durable dans la mesure du temps.

Isotopes naturels du césium

IsotopeMasse (u)Abondance naturelleStabilité
¹³³Cs132,9054519610(80)100 %stable

71 isotopes du césium sont connus, dont 1 stable. Données : NIST et AMDC (AIEA), via PubChem.

Questions fréquentes

Quelle est la masse molaire du césium ?

La masse molaire du césium est de 132,90545 g/mol, d’après la masse atomique standard de 132,90545 u retenue par l’IUPAC (CIAAW). Une mole d’atomes de césium pèse donc environ 132,90545 grammes.

Quel est le numéro atomique du césium ?

Le numéro atomique du césium est 55 : son noyau compte 55 protons, et l’atome neutre autant d’électrons. Son symbole chimique est Cs.

Quelle est la configuration électronique du césium ?

La configuration électronique du césium est [Xe] 6s¹, soit 2, 8, 18, 18, 8, 1 électrons répartis de la première à la dernière couche. Le césium appartient au bloc s du tableau périodique.

Le césium est-il un métal liquide à température ambiante ?

Non. Le césium est solide à température ambiante, mais son point de fusion est bas, à 28,44 °C. Il peut donc fondre dans une pièce très chaude ou si sa température dépasse ce seuil. Cela ne le rend pas inoffensif : le métal réagit violemment avec l’eau et doit être manipulé dans des conditions spécialisées.

Le césium est-il radioactif ?

Le césium naturel est constitué de césium 133, un isotope stable. Il existe aussi des isotopes radioactifs du césium, qui se forment notamment lors de réactions nucléaires. Il faut donc distinguer l’élément naturel de certains isotopes particuliers : le simple fait de parler de « césium » ne signifie pas automatiquement qu’il s’agit d’une matière radioactive.

Le césium des horloges atomiques est-il le même que le métal réactif ?

Les horloges utilisent les propriétés des atomes de césium 133, mais pas un morceau de métal exposé à l’air ou à l’eau. Dans une horloge, les atomes sont préparés et contrôlés dans un dispositif adapté, souvent sous vide. La mesure repose sur une transition atomique précise, qui sert de référence de fréquence.

Sources des données

Valeurs relevées le 3 octobre 2026. Températures et masses volumiques à pression atmosphérique ; une valeur « non mesuré » n’est pas connue expérimentalement.