Имена | |
---|---|
Название ИЮПАК хлорид цезия | |
Другие имена хлорид цезия | |
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol ) |
|
ChemSpider | |
Информационная карта ECHA | 100.028.728 |
Номер ЕС |
|
CID PubChem |
|
УНИИ | |
Панель инструментов CompTox ( EPA ) |
|
| |
| |
Характеристики | |
CsCl | |
Молярная масса | 168,36 г/моль |
Появление | белое твердое вещество гигроскопичное |
Плотность | 3,988 г/см 3 [1] |
Температура плавления | 646 °C (1195 °F; 919 K) [1] |
Точка кипения | 1297 °C (2367 °F; 1570 K) [1] |
1910 г/л (25 °C) [1] | |
Растворимость | растворим в этаноле [1] |
Ширина запрещенной зоны | 8,35 эВ (80 К) [2] |
-56,7·10 −6 см 3 /моль [3] | |
Показатель преломления ( nD ) | 1,712 (0,3 мкм) 1,640 (0,59 мкм) 1,631 (0,75 мкм) 1,626 (1 мкм) 1,616 (5 мкм) 1,563 (20 мкм) [4] |
Структура | |
CsCl, cP2 | |
Пм 3 м, № 221 [5] | |
а = 0,4119 нм | |
Объем решетки ( V ) | 0,0699 нм 3 |
Формульные единицы ( Z ) | 1 |
Кубический (Cs + ) Кубический (Cl − ) | |
Опасности | |
Маркировка СГС : | |
Предупреждение | |
Н302 , Н341 , Н361 , Н373 | |
Р201 , Р202 , Р260 , Р264 , Р270 , Р281 , Р301+Р312 , Р308+Р313 , Р314 , Р330 , Р405 , Р501 | |
Смертельная доза или концентрация (ЛД, ЛК): | |
LD 50 ( средняя доза ) | 2600 мг/кг (перорально, крыса) [6] |
Родственные соединения | |
Другие анионы | Фторид цезия Бромид цезия Йодид цезия Астатид цезия |
Другие катионы | Хлорид лития Хлорид натрия Хлорид калия Хлорид рубидия Хлорид франция |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). |
Хлорид цезия или хлорид цезия — неорганическое соединение с формулой CsCl . Эта бесцветная соль является важным источником ионов цезия в различных нишевых приложениях. Ее кристаллическая структура образует основной структурный тип, где каждый ион цезия координируется 8 хлорид-ионами. Хлорид цезия растворяется в воде. CsCl при нагревании меняет структуру на NaCl. Хлорид цезия встречается в природе в виде примесей в карналлите (до 0,002%), сильвине и каините . Ежегодно во всем мире производится менее 20 тонн CsCl, в основном из цезийсодержащего минерала поллуцита . [7]
Хлорид цезия широко используется в изопикническом центрифугировании для разделения различных типов ДНК . Это реагент в аналитической химии , где он используется для идентификации ионов по цвету и морфологии осадка. При обогащении радиоизотопами , такими как 137 CsCl или 131 CsCl, хлорид цезия используется в ядерной медицине , например, для лечения рака и диагностики инфаркта миокарда . Другая форма лечения рака изучалась с использованием обычного нерадиоактивного CsCl. В то время как обычный хлорид цезия имеет довольно низкую токсичность для людей и животных, радиоактивная форма легко загрязняет окружающую среду из-за высокой растворимости CsCl в воде. Распространение порошка 137 CsCl из 93-граммового контейнера в 1987 году в Гоянии , Бразилия, привело к одной из самых страшных аварий с утечкой радиации, в результате которой погибли четыре человека и напрямую пострадали 249 человек.
Структура хлорида цезия принимает примитивную кубическую решетку с двухатомной основой, где оба атома имеют восьмикратную координацию. Атомы хлорида лежат в узлах решетки в углах куба, в то время как атомы цезия лежат в отверстиях в центре кубов; альтернативная и точно эквивалентная «установка» имеет ионы цезия в углах и ион хлорида в центре. Эта структура является общей для CsBr и CsI и многих бинарных металлических сплавов . Напротив, другие щелочные галогениды имеют структуру хлорида натрия (каменной соли). [8] Когда оба иона имеют одинаковый размер (Cs + ионный радиус 174 пм для этого координационного числа, Cl − 181 пм), принимается структура CsCl, когда они различны (Na + ионный радиус 102 пм, Cl − 181 пм), принимается структура хлорида натрия . При нагревании выше 445 °C нормальная структура хлорида цезия (α-CsCl) преобразуется в форму β-CsCl со структурой каменной соли ( пространственная группа Fm 3 m ). [5] Структура каменной соли также наблюдается в условиях окружающей среды в нанометровых тонких пленках CsCl, выращенных на подложках из слюды , LiF, KBr и NaCl. [9]
Хлорид цезия бесцветен в виде крупных кристаллов и белый в порошке. Он легко растворяется в воде, максимальная растворимость увеличивается с 1865 г/л при 20 °C до 2705 г/л при 100 °C. [10] Кристаллы очень гигроскопичны и постепенно распадаются при обычных условиях. [11] Хлорид цезия не образует гидратов . [12]
Т (°С) | 0 | 10 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
S (вес.%) | 61.83 | 63.48 | 64,96 | 65.64 | 66.29 | 67.50 | 68.60 | 69.61 | 70,54 | 71.40 | 72.21 | 72.96 |
В отличие от хлорида натрия и хлорида калия , хлорид цезия легко растворяется в концентрированной соляной кислоте. [14] [15] Хлорид цезия также имеет относительно высокую растворимость в муравьиной кислоте (1077 г/л при 18 °C) и гидразине ; среднюю растворимость в метаноле (31,7 г/л при 25 °C) и низкую растворимость в этаноле (7,6 г/л при 25 °C), [12] [15] [16] диоксиде серы (2,95 г/л при 25 °C), аммиаке (3,8 г/л при 0 °C), ацетоне (0,004% при 18 °C), ацетонитриле (0,083 г/л при 18 °C), [15] этилацетате и других сложных эфирах , бутаноне , ацетофеноне , пиридине и хлорбензоле . [17]
Несмотря на широкую запрещенную зону около 8,35 эВ при 80 К, [2] хлорид цезия слабо проводит электричество, и проводимость не электронная, а ионная . Проводимость имеет значение порядка 10−7 См /см при 300 °C. Она происходит через скачки ближайших соседей вакансий решетки, и подвижность намного выше для вакансий Cl− , чем Cs + . Проводимость увеличивается с температурой примерно до 450 °C, при этом энергия активации изменяется от 0,6 до 1,3 эВ при температуре около 260 °C. Затем она резко падает на два порядка из-за фазового перехода из фазы α-CsCl в фазу β-CsCl. Проводимость также подавляется приложением давления (примерно в 10 раз уменьшается при 0,4 ГПа), что снижает подвижность вакансий решетки. [18]
Концентрация, % масс. | Плотность, кг/л | Концентрация, моль/л | показатель преломления (при 589 нм) | Понижение точки замерзания , °C относительно воды | Вязкость , 10−3 Па · с |
---|---|---|---|---|---|
0,5 | – | 0,030 | 1.3334 | 0.10 | 1.000 |
1.0 | 1.0059 | 0,060 | 1.3337 | 0.20 | 0,997 |
2.0 | 1.0137 | 0.120 | 1.3345 | 0,40 | 0,992 |
3.0 | 0,182 | 1.3353 | 0,61 | 0,988 | |
4.0 | 1.0296 | 0,245 | 1.3361 | 0,81 | 0,984 |
5.0 | 0,308 | 1.3369 | 1.02 | 0.980 | |
6.0 | 1.0461 | 0,373 | 1.3377 | 1.22 | 0,977 |
7.0 | 0,438 | 1.3386 | 1.43 | 0,974 | |
8.0 | 1.0629 | 0,505 | 1.3394 | 1.64 | 0,971 |
9.0 | 0,573 | 1.3403 | 1.85 | 0,969 | |
10.0 | 1.0804 | 0,641 | 1.3412 | 2.06 | 0,966 |
12.0 | 1.0983 | 0,782 | 1.3430 | 2.51 | 0,961 |
14.0 | 1.1168 | 0,928 | 1.3448 | 2.97 | 0,955 |
16.0 | 1.1358 | 1.079 | 1.3468 | 3.46 | 0.950 |
18.0 | 1.1555 | 1.235 | 1.3487 | 3.96 | 0,945 |
20.0 | 1.1758 | 1.397 | 1.3507 | 4.49 | 0,939 |
22.0 | 1.1968 | 1.564 | 1.3528 | – | 0,934 |
24.0 | 1.2185 | 1.737 | 1.3550 | – | 0.930 |
26.0 | 1.917 | 1.3572 | – | 0,926 | |
28.0 | 2.103 | 1.3594 | – | 0,924 | |
30.0 | 1.2882 | 2.296 | 1.3617 | – | 0,922 |
32.0 | 2.497 | 1.3641 | – | 0,922 | |
34.0 | 2.705 | 1.3666 | – | 0,924 | |
36.0 | 2.921 | 1.3691 | – | 0,926 | |
38.0 | 3.146 | 1.3717 | – | 0.930 | |
40.0 | 1.4225 | 3.380 | 1.3744 | – | 0,934 |
42.0 | 3.624 | 1.3771 | – | 0.940 | |
44.0 | 3.877 | 1.3800 | – | 0,947 | |
46.0 | 4.142 | 1.3829 | – | 0,956 | |
48.0 | 4.418 | 1.3860 | – | 0,967 | |
50.0 | 1.5858 | 4.706 | 1.3892 | – | 0,981 |
60.0 | 1.7886 | 6.368 | 1.4076 | – | 1.120 |
64.0 | 7.163 | 1.4167 | – | 1.238 |
Хлорид цезия полностью диссоциирует при растворении в воде, а катионы Cs + сольватируются в разбавленном растворе. CsCl превращается в сульфат цезия при нагревании в концентрированной серной кислоте или нагревании с гидросульфатом цезия при 550–700 °C: [21]
Хлорид цезия образует множество двойных солей с другими хлоридами. Примерами являются 2CsCl·BaCl 2 , [22] 2CsCl·CuCl 2 , CsCl·2CuCl и CsCl·LiCl, [23] и с межгалогеновыми соединениями: [24]
Хлорид цезия встречается в природе как примесь в галогенидных минералах карналлите (KMgCl3 · 6H2O с содержанием CsCl до 0,002%), [26] сильвине (KCl) и каините (MgSO4 · KCl·3H2O ) , [27] и в минеральных водах. Например, вода курорта Бад-Дюркгейм , которая использовалась для выделения цезия, содержала около 0,17 мг/л CsCl. [28] Ни один из этих минералов не имеет коммерческого значения.
В промышленных масштабах CsCl получают из минерала поллуцита , который измельчают и обрабатывают соляной кислотой при повышенной температуре. Экстракт обрабатывают хлоридом сурьмы , монохлоридом йода или хлоридом церия (IV), чтобы получить плохо растворимую двойную соль, например: [29]
Обработка двойной соли сероводородом дает CsCl: [29]
Высокочистый CsCl также получают из перекристаллизованного (и ) путем термического разложения: [30]
Только около 20 тонн соединений цезия, с основным вкладом CsCl, производилось ежегодно в 1970-х [31] и 2000-х годах во всем мире. [32] Хлорид цезия, обогащенный цезием-137 для применения в лучевой терапии, производится на единственном предприятии Маяк в Уральском регионе России [33] и продается на международном уровне через британского дилера. Соль синтезируется при 200 °C из-за ее гигроскопичности и запечатывается в стальной контейнер в форме напёрстка, который затем помещается в другой стальной корпус. Уплотнение требуется для защиты соли от влаги. [34]
В лаборатории CsCl можно получить путем обработки гидроксида цезия , карбоната цезия , бикарбоната цезия или сульфида цезия соляной кислотой:
Хлорид цезия является основным предшественником металлического цезия путем высокотемпературного восстановления: [31]
Подобная реакция – нагревание CsCl с кальцием в вакууме в присутствии фосфора – была впервые описана в 1905 году французским химиком М. Л. Хакшпилем [35] и до сих пор используется в промышленности. [31]
Гидроксид цезия получают электролизом водного раствора хлорида цезия: [36]
Хлорид цезия широко используется в центрифугировании в технике, известной как изопикническое центрифугирование . Центростремительные и диффузионные силы устанавливают градиент плотности, который позволяет разделять смеси на основе их молекулярной плотности. Эта техника позволяет разделять ДНК различной плотности (например, фрагменты ДНК с различным содержанием AT или GC). [31] Для этого применения требуется раствор с высокой плотностью и при этом относительно низкой вязкостью, и CsCl подходит для этого из-за его высокой растворимости в воде, высокой плотности из-за большой массы Cs, а также низкой вязкости и высокой стабильности растворов CsCl. [29]
Хлорид цезия редко используется в органической химии. Он может выступать в качестве катализатора фазового переноса в некоторых реакциях. Одной из таких реакций является синтез производных глутаминовой кислоты.
где TBAB – это бромид тетрабутиламмония (межфазный катализатор), а CPME – это циклопентилметиловый эфир (растворитель). [37]
Другая реакция – замещение тетранитрометана [38]
где ДМФ — диметилформамид (растворитель).
Хлорид цезия — это реагент в традиционной аналитической химии , используемый для обнаружения неорганических ионов по цвету и морфологии осадков. Количественное измерение концентрации некоторых из этих ионов, например Mg2 + , с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой используется для оценки жесткости воды. [39]
Ион | Сопутствующие реагенты | Остаток | Морфология | Предел обнаружения (мкг) |
---|---|---|---|---|
AsO33− | КИ | Cs 2 [AsI 5 ] или Cs 3 [AsI 6 ] | Красные шестиугольники | 0,01 |
Ау 3+ | AgCl , HCl | Cs2Ag [ AuCl6 ] | Серо-черные кресты, четырех- и шестилучевые звезды | 0,01 |
Ау 3+ | NH 4 SCN | Cs[Au(SCN) 4 ] | Иголки оранжево-желтые | 0.4 |
Би 3+ | KI , HCl | Cs 2 [BiI 5 ] или 2,5H 2 O | Красные шестиугольники | 0,13 |
Cu2 + | ( CH3COO ) 2Pb , CH3COOH , KNO2 | Cs2Pb [Cu ( NO2 ) 6 ] | Маленькие черные кубики | 0,01 |
В 3+ | — | Cs 3 [InCl 6 ] | Малые октаэдры | 0,02 |
[IrCl 6 ] 3− | — | Cs2 [ IrCl6 ] | Маленькие темно-красные октаэдры | – |
Мг2 + | Na2HPO4 | CsMgPO4 или 6H2O | Малые тетраэдры | – |
Pb2 + | КИ | Cs[PbI 3 ] | Желто-зеленые иглы | 0,01 |
Пд 2+ | NaBr | Cs2 [ PdBr4 ] | Темно-красные иглы и призмы | – |
[ReCl 4 ] − | — | Cs[ ReCl4 ] | Темно-красные ромбы, бипирамиды | 0.2 |
[ReCl 6 ] 2− | — | Cs 2 [ReCl 6 ] | Маленькие желто-зеленые октаэдры | 0,5 |
РеО 4 − | — | CsReO 4 | Тетрагональные бипирамиды | 0,13 |
Резус 3+ | КНО 2 | Cs3 [Rh ( NO2 ) 6 ] | Желтые кубики | 0.1 |
Ру 3+ | — | Cs3 [ RuCl6 ] | Розовые иголки | – |
[RuCl 6 ] 2− | — | Cs2 [ RuCl6 ] | Маленькие темно-красные кристаллы | 0.8 |
Сб 3+ | — | Cs2 [ SbCl5 ] · nH2O | Шестиугольники | 0,16 |
Сб 3+ | НаИ | или | Красные шестиугольники | 0.1 |
Сн 4+ | — | Cs2 [ SnCl6 ] | Малые октаэдры | 0.2 |
ТеО 3 3− | HCl | Cs2 [ TeCl6 ] | Светло-желтые октаэдры | 0.3 |
Тл 3+ | НаИ | Оранжево-красные шестиугольники или прямоугольники | 0,06 |
Он также используется для обнаружения следующих ионов:
Ион | Сопутствующие реагенты | Обнаружение | Предел обнаружения (мкг/мл) |
---|---|---|---|
Ал 3+ | К2SO4 | В нейтральной среде после испарения образуются бесцветные кристаллы. | 0,01 |
Га 3+ | ХСО 4 | При нагревании образуются бесцветные кристаллы. | 0,5 |
Кр 3+ | ХСО 4 | В слабокислой среде выпадают бледно-фиолетовые кристаллы. | 0,06 |
Американское онкологическое общество заявляет, что «имеющиеся научные данные не подтверждают утверждения о том, что добавки нерадиоактивного хлорида цезия оказывают какое-либо влияние на опухоли». [40] Управление по контролю за продуктами и лекарствами предупредило о рисках безопасности, включая значительную сердечную токсичность и смерть, связанных с использованием хлорида цезия в натуропатической медицине. [41] [42]
Хлорид цезия, состоящий из радиоизотопов, таких как 137 CsCl и 131 CsCl, [43] используется в ядерной медицине , включая лечение рака ( брахитерапию ) и диагностику инфаркта миокарда . [44] [45] При производстве радиоактивных источников обычно выбирают химическую форму радиоизотопа, которая не будет легко рассеиваться в окружающей среде в случае аварии. Например, радиотермические генераторы (РИТЭГ) часто используют титанат стронция , который нерастворим в воде. Однако для источников телетерапии радиоактивная плотность ( Ки в заданном объеме) должна быть очень высокой, что невозможно с известными нерастворимыми соединениями цезия. Контейнер в форме напёрстка с радиоактивным хлоридом цезия обеспечивает активный источник.
Хлорид цезия используется при изготовлении электропроводящих стекол [43] [46] и экранов электронно-лучевых трубок. [31] В сочетании с инертными газами CsCl используется в эксимерных лампах [47] [48] и эксимерных лазерах . Другие области применения включают активацию электродов при сварке; [49] производство минеральной воды, пива [50] и буровых растворов ; [51] и высокотемпературных припоев. [52] Высококачественные монокристаллы CsCl имеют широкий диапазон прозрачности от УФ до инфракрасного диапазона и поэтому использовались для кювет, призм и окон в оптических спектрометрах; [31] это использование было прекращено с разработкой менее гигроскопичных материалов.
CsCl является мощным ингибитором каналов HCN, которые переносят h-ток в возбудимых клетках, таких как нейроны. [53] Поэтому он может быть полезен в электрофизиологических экспериментах в нейронауке.
Хлорид цезия обладает низкой токсичностью для людей и животных. [54] Его средняя летальная доза (LD50 ) для мышей составляет 2300 мг на килограмм веса тела при пероральном введении и 910 мг/кг при внутривенной инъекции. [55] Умеренная токсичность CsCl2 связана с его способностью снижать концентрацию калия в организме и частично замещать его в биохимических процессах. [56] Однако при приеме в больших количествах может вызвать значительный дисбаланс калия и привести к гипокалиемии , аритмии и острой остановке сердца . [57] Однако порошок хлорида цезия может раздражать слизистые оболочки и вызывать астму . [51]
Из-за высокой растворимости в воде хлорид цезия очень подвижен и может даже диффундировать через бетон. Это недостаток его радиоактивной формы, который побуждает искать менее химически подвижные радиоизотопные материалы. Коммерческие источники радиоактивного хлорида цезия хорошо запечатаны в двойном стальном корпусе. [34] Однако во время аварии в Гоянии в Бразилии такой источник, содержащий около 93 граммов 137 CsCl, был украден из заброшенной больницы и взломан двумя мусорщиками. Синее свечение, испускаемое в темноте радиоактивным хлоридом цезия, привлекло воров и их родственников, которые не знали о связанных с этим опасностях и разбросали порошок. Это привело к одной из самых страшных аварий с утечкой радиации, в которой 4 человека умерли в течение месяца после воздействия, у 20 проявились признаки лучевой болезни , 249 человек были заражены радиоактивным хлоридом цезия, и около тысячи получили дозу, превышающую годовую норму фонового излучения. Более 110 000 человек переполнили местные больницы, и несколько городских кварталов пришлось снести в ходе очистных работ. В первые дни заражения у нескольких человек наблюдались расстройства желудка и тошнота из-за лучевой болезни, но только через несколько дней один человек связал симптомы с порошком и принес образец властям. [58] [59]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )