Chlorek cezu - Caesium chloride

Nazwy
Nazwa IUPAC Chlorek cezu
Inne nazwy Chlorek cezu
Identyfikatory
Numer CAS
Model 3D ( JSmol )
ChemSpider
Karta informacyjna ECHA	100.028.728
Numer WE
Identyfikator klienta PubChem
UNII
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
InChI InChI=1S/ClH.Cs/h1H;/q;+1/p-1 Tak Klucz: AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M Tak InChI=1/ClH.Cs/h1H;/q;+1/p-1 Klucz: AIYUHDOJVYHWHXWOFAO
UŚMIECH [Cs+].[Cl-]
Nieruchomości
Wzór chemiczny	CsCl
Masa cząsteczkowa	168,36 g/mol
Wygląd zewnętrzny	białe ciało stałe higroskopijne
Gęstość	3,988 g/cm 3
Temperatura topnienia	646 ° C (1,195 ° F; 919 K)
Temperatura wrzenia	1297 ° C (2367 ° F; 1570 K)
Rozpuszczalność w wodzie	1910 g/l (25°C)
Rozpuszczalność	rozpuszczalny w etanolu
Pasmo wzbronione	8.35 eV (80 K)
Podatność magnetyczna (χ)	-56,7 x 10 -6 cm 3 / mol
Współczynnik załamania ( n D )	1,712 (0,3 μm) 1,640 (0,59 μm) 1,631 (0,75 μm) 1,626 (1 μm) 1,616 (5 μm) 1,563 (20 μm)
Struktura
Struktura krystaliczna	CsCl, cP2
Grupa kosmiczna	Pm 3 m, nr 221
Stała sieciowa	a  = 0,4119 nm
Objętość sieci ( V )	0,0699 nm 3
Jednostki wzoru ( Z )	1
Geometria koordynacji	Sześcienny (Cs + ) Sześcienny (Cl - )
Zagrożenia
Piktogramy GHS
Hasło ostrzegawcze GHS	Ostrzeżenie
Zwroty wskazujące rodzaj zagrożenia GHS	H302 , H341 , H361 , H373
Zwroty wskazujące środki ostrożności GHS	P201 , P202 , P260 , P264 , P270 , P281 , P301+312 , P308+313 , P314 , P330 , P405 , P501
Dawka lub stężenie śmiertelne (LD, LC):
LD 50 ( mediana dawki )	2600 mg/kg (doustnie, szczur)
Związki pokrewne
Inne aniony	Fluorek cezu Bromek cezu Jodek cezu Astatyd cezu
Inne kationy	chlorek litu chlorek sodu chlorek potasu chlorek rubidu chlorek franku
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa).
n zweryfikuj  ( co to jest   ?) Takn
Referencje do infoboksu

Chlorek cezu lub chlorek cezu jest związkiem nieorganicznym o wzorze Cs Cl . Ta bezbarwna sól jest ważnym źródłem jonów cezu w różnych niszowych zastosowaniach. Jego struktura krystaliczna tworzy główny typ strukturalny, w którym każdy jon cezu jest koordynowany przez 8 jonów chlorkowych. Chlorek cezu rozpuszcza się w wodzie. CsCl zmienia się w strukturę NaCl podczas ogrzewania. Chlorek cezu występuje naturalnie jako zanieczyszczenia w karnalitu (aż do 0,002%), Sylvit i kainit . Na całym świecie produkuje się rocznie mniej niż 20 ton CsCl, głównie z pollucytu zawierającego cez .

Chlorek cezu jest szeroko stosowaną strukturą medyczną w wirowaniu izopiknicznym do oddzielania różnych typów DNA . Jest odczynnikiem w chemii analitycznej , gdzie służy do identyfikacji jonów na podstawie koloru i morfologii osadu. Po wzbogaceniu w radioizotopy , takie jak ¹³⁷ CsCl lub ¹³¹ CsCl, chlorek cezu jest wykorzystywany w zastosowaniach medycyny nuklearnej , takich jak leczenie raka i diagnostyka zawału mięśnia sercowego . Badano inną formę leczenia raka przy użyciu konwencjonalnego nieradioaktywnego CsCl. Podczas gdy konwencjonalny chlorek cezu ma raczej niską toksyczność dla ludzi i zwierząt, forma radioaktywna łatwo zanieczyszcza środowisko ze względu na wysoką rozpuszczalność CsCl w wodzie. Rozprzestrzenienie się proszku ¹³⁷ CsCl z 93-gramowego pojemnika w 1987 roku w Goiânia w Brazylii spowodowało jeden z najgorszych w historii wypadków związanych z rozlaniem promieniowania, w którym zginęło cztery osoby i bezpośrednio dotknął 249 osób.

Struktura krystaliczna

Struktura chlorku cezu przyjmuje prymitywną sieć sześcienną o podstawie dwuatomowej, w której oba atomy mają ośmiokrotną koordynację. Atomy chlorku leżą w punktach sieci w rogach sześcianu, podczas gdy atomy cezu leżą w otworach w środku sześcianu; alternatywne i dokładnie równoważne „ustawienie” ma jony cezu w rogach i jon chlorkowy w środku. Struktura ta jest wspólna dla CsBr i CsI oraz wielu binarnych stopów metali . Natomiast inne halogenki alkaliczne mają strukturę chlorku sodu ( soli kamiennej). Gdy oba jony są podobnej wielkości (Cs ⁺ promień jonu 174 pm dla tej liczby koordynacyjnej, Cl ⁻ 181 pm) przyjmuje się strukturę CsCl, gdy są różne (Na ⁺ promień jonu 102 pm, Cl ⁻ 181 pm) chlorek sodu struktura została przyjęta. Po podgrzaniu do temperatury powyżej 445 °C normalna struktura chlorku cezu (α-CsCl) przechodzi w formę β-CsCl ze strukturą soli kamiennej ( grupa przestrzenna Fm 3 m ). Strukturę soli kamiennej obserwuje się również w warunkach otoczenia w nanometrowych warstwach CsCl wyhodowanych na podłożach z miki , LiF, KBr i NaCl.

Właściwości fizyczne

Chlorek cezu jest bezbarwny w postaci dużych kryształów i biały po sproszkowaniu. Łatwo rozpuszcza się w wodzie, a maksymalna rozpuszczalność wzrasta od 1865 g/l w 20 °C do 2705 g/l w 100 °C. Kryształy są bardzo higroskopijne i stopniowo rozpadają się w warunkach otoczenia. Chlorek cezu nie tworzy hydratów .

W przeciwieństwie do chlorku sodu i chlorku potasu, chlorek cezu łatwo rozpuszcza się w stężonym kwasie solnym. Chlorek cezu ma również stosunkowo wysoką rozpuszczalność w kwasie mrówkowym (1077 g/l w 18°C) i hydrazynie ; średnia rozpuszczalność w metanolu (31,7 g/l w 25°C) i niska rozpuszczalność w etanolu (7,6 g/l w 25°C), dwutlenek siarki (2,95 g/l w 25°C), amoniak (3,8 g/l w 0°C), aceton (0,004% w 18°C), acetonitryl (0,083 g/l w 18°C), octany etylu i inne złożone etery , butanon , acetofenon , pirydyna i chlorobenzen .

Pomimo szerokiego pasma zabronionego wynoszącego około 8,35 eV przy 80 K, chlorek cezu słabo przewodzi elektryczność, a przewodność nie jest elektroniczna, ale jonowa . Przewodność ma wartość rzędu ^10-7 S/cm w 300°C. Dochodzi do tego poprzez skoki najbliższych sąsiadów wakatów sieci, a mobilność jest znacznie wyższa dla wakatów Cl ⁻ niż wakatów Cs ⁺ . Przewodność wzrasta wraz z temperaturą do około 450°C, a energia aktywacji zmienia się od 0,6 do 1,3 eV przy około 260°C. Następnie gwałtownie spada o dwa rzędy wielkości z powodu przejścia fazowego z fazy α-CsCl do β-CsCl. Przewodnictwo jest również tłumione przez zastosowanie ciśnienia (około 10-krotny spadek przy 0,4 GPa), co zmniejsza ruchliwość wakatów sieci.

Reakcje

Chlorek cezu całkowicie dysocjuje po rozpuszczeniu w wodzie, a kationy Cs ⁺ są solwatowane w rozcieńczonym roztworze. CsCl przekształca się w siarczan cezu po podgrzaniu w stężonym kwasie siarkowym lub podgrzaniu z wodorosiarczanem cezu w temperaturze 550–700 °C:

2 CsCl + H ₂ SO ₄ → Cs ₂ SO ₄ + 2 HCl

CsCl + CsHSO ₄ → CS ₂ SO ₄ + HCl

Chlorek cezu tworzy różne sole podwójne z innymi chlorkami. Przykłady obejmują 2CsCl·BaCl ₂ , 2CsCl·CuCl ₂ , CsCl·2CuCl i CsCl·LiCl oraz ze związkami międzyhalogenowymi :

${\ Displaystyle {\ ce {CsCl + ICl3 -> CS[ICl4]}}}$

Występowanie i produkcja

Druty jednoatomowe z halogenku cezu hodowane wewnątrz dwuściennych nanorurek węglowych .

Chlorek cezu występuje naturalnie jako zanieczyszczenie w halogenku minerały karnalit (KMgCl ₃ x 6 ₂ O z aż do 0,002%), CsCI Sylvit (KCI) i kainit (MgSO ₄ · KCI · 3H ₂ O) wody oraz w minerały. Na przykład woda uzdrowiska Bad Dürkheim , która została użyta do izolacji cezu, zawierała około 0,17 mg/l CsCl. Żaden z tych minerałów nie ma znaczenia komercyjnego.

Na skalę przemysłową CsCl jest produkowany z mineralnego pollucytu , który jest sproszkowany i poddany działaniu kwasu solnego w podwyższonej temperaturze. Ekstrakt traktuje się chlorkiem antymonu , monochlorkiem jodu lub chlorkiem ceru(IV) w celu uzyskania słabo rozpuszczalnej soli podwójnej, np.:

CsCl + SBCL ₃ → CsSbCl ₄

Traktowanie soli podwójnej siarkowodorem daje CsCl:

2 CsSbCl ₄ + 3 H ₂ S → 2 CsCl + Sb ₂ S ₃ + 8 HCl

CsCl o wysokiej czystości jest również wytwarzany z rekrystalizacji (i ) przez rozkład termiczny: ${\displaystyle {\ce {Cs[ICl2]}}}$${\displaystyle {\ce {Cs[ICl4]}}}$

${\ Displaystyle {\ ce {Cs [ICl2] -> {CsCl} + ICL}}}$

Tylko około 20 ton związków cezu, z dużym udziałem CsCl, było produkowanych rocznie w latach 70. i 2000. na całym świecie. Chlorek cezu wzbogacony cezem-137 do zastosowań w radioterapii jest produkowany w jednym zakładzie Mayak na Uralu w Rosji i jest sprzedawany na arenie międzynarodowej przez dealera w Wielkiej Brytanii. Sól jest syntetyzowana w temperaturze 200 °C ze względu na jej higroskopijny charakter i jest szczelnie zamykana w stalowym pojemniku w kształcie gilzy, który jest następnie zamykany w innej stalowej obudowie. Uszczelnienie jest wymagane, aby chronić sól przed wilgocią.

Metody laboratoryjne

W laboratorium CsCl można otrzymać traktując wodorotlenek cezu , węglan , wodorowęglan cezu lub siarczek cezu kwasem solnym:

CsOH + HCI → CsCl + H ₂ O

Cs ₂ CO ₃ + 2 HCl → 2 CsCl + 2 H ₂ O + CO ₂

Zastosowania

Prekursor Cs metalu

Chlorek cezu jest głównym prekursorem cezu metalicznego przez redukcję w wysokiej temperaturze:

2 CsCl (l) + Mg (l) → MgCl ₂ (s) + 2 Cs (g)

Podobną reakcję – ogrzewanie CsCl z wapniem w próżni w obecności fosforu – po raz pierwszy opisał w 1905 roku francuski chemik ML Hackspill i nadal jest ona stosowana w przemyśle.

Wodorotlenek cezu otrzymuje się przez elektrolizę wodnego roztworu chlorku cezu:

2 CsCl + 2 H ₂ O → 2 CsOH + Cl ₂ + H ₂

Solute do ultrawirowania

Chlorek cezu jest szeroko stosowany w wirowaniu w technice znanej jako wirowanie izopikniczne . Siły dośrodkowe i dyfuzyjne ustalają gradient gęstości, który umożliwia rozdzielanie mieszanin na podstawie ich gęstości cząsteczkowej. Technika ta pozwala na oddzielenie DNA o różnej gęstości (np. fragmenty DNA o różnej zawartości AT lub GC). Zastosowanie to wymaga roztworu o dużej gęstości, a jednocześnie stosunkowo niskiej lepkości, a CsCl jest do niego odpowiedni ze względu na wysoką rozpuszczalność w wodzie, dużą gęstość ze względu na dużą masę Cs oraz niską lepkość i wysoką stabilność roztworów CsCl.

Chemia organiczna

Chlorek cezu jest rzadko stosowany w chemii organicznej. Może działać jako odczynnik katalizatora przeniesienia fazowego w wybranych reakcjach. Jedną z takich reakcji jest synteza pochodnych kwasu glutaminowego

${\ Displaystyle \ overbrace {\ ce {CH2 = CHCOOCH3}} ^ {\ tekst {akrylan metylu}} + {\ ce {ArCH = N-CH (CH3)-COOC (CH3) 3-> [{\ ce {TBAB ,\ CsCl,\ K2CO3}}][{\ce {CPME,\ 0^{\circ }C}}]{ArCH=NC(C2H4COOCH3)(CH3)-COOC(CH3)3}}}$

gdzie TBAB oznacza bromek tetrabutyloamoniowy (katalizator międzyfazowy), a CPME oznacza eter cyklopentylowo-metylowy (rozpuszczalnik).

Kolejną reakcją jest zastąpienie tetranitrometanu

${\ Displaystyle \ overbrace {{\ ce {C (NO2) 4}}} ^ {\ tekst {tetranitrometan}} + {\ ce {CsCl -> [{\ ce {DMF}}] {C (NO2) 3Cl} + CsNO2}}}$

gdzie DMF to dimetyloformamid (rozpuszczalnik).

Chemia analityczna

Chlorek cezu jest odczynnikiem w tradycyjnej chemii analitycznej używanym do wykrywania jonów nieorganicznych poprzez kolor i morfologię osadów. Ilościowy pomiar stężenia niektórych z tych jonów, np. Mg ²⁺ , za pomocą spektrometrii mas z plazmą indukcyjnie sprzężoną , służy do oceny twardości wody.

Jon	Towarzyszące odczynniki	Pozostałość	Morfologia	Granica wykrywalności (μg)
AsO 3 3-	KI	CS 2 [AsI 5 ] lub CS 3 [AsI 6 ]	Czerwone sześciokąty	0,01
Au 3+	AgCl , HCl	Cs 2 Ag[AuCl 6 ]	Szaro-czarne krzyże, cztero- i sześcioramienne gwiazdy	0,01
Au 3+	NH 4 SCN	Cs[Au(SCN) 4 ]	Igły pomarańczowo-żółte	0,4
Bi 3+	KI , HCl	Cs 2 [BiI 5 ] lub 2,5 H 2 O	Czerwone sześciokąty	0,13
Cu 2+	(CH 3 COO) 2 Pb, CH 3 COOH, KNO 2	Cs 2 Pb[Cu(NO 2 ) 6 ]	Małe czarne kostki	0,01
Za 3+	—	Cs 3 [InCl 6 ]	Mały ośmiościan	0,02
[IrCl 6 ] 3-	—	Cs 2 [IrCl 6 ]	Mała ciemnoczerwona ośmiościan	–
Mg 2+	Na 2 HPO 4	CsMgPO 4 lub 6 H 2 O	Małe czworościany	–
Pb 2+	KI	Cs[PbI 3 ]	Igły żółto-zielone	0,01
Pd 2+	NaBr	CS 2 [PdBr 4 ]	Ciemnoczerwone igły i pryzmaty	–
[ReCl 4 ] −	—	Cs [RECL 4 ]	Ciemnoczerwone romby, bipiramidy	0,2
[RECL 6 ] 2-	—	CS 2 [ReCl 6 ]	Mała żółto-zielona ośmiościana	0,5
ReO 4 −	—	CSReO 4	Dwupiramidy tetragonalne	0,13
Rh 3+	KNO 2	Cs 3 [Rh(NO 2 ) 6 ]	Żółte kostki	0,1
Ru 3+	—	Cs 3 [RuCl 6 ]	Różowe igły	–
[RuCI 6 ] 2-	—	Cs 2 [RuCl 6 ]	Małe ciemnoczerwone kryształy	0,8
Sb 3+	—	Cs 2 [SbCl 5 ] · n H 2 O	Sześciokąty	0,16
Sb 3+	Nai	${\displaystyle {\ce {Cs[SbI4]}}}$ lub ${\displaystyle {\ce {CS2[SbI5]}}}$	Czerwone sześciokąty	0,1
Sn 4+	—	CS 2 [SnCl 6 ]	Mały ośmiościan	0,2
TeO 3 3−	HCl	Cs 2 [TeCl 6 ]	Jasnożółty ośmiościan	0,3
Tl 3+	Nai	${\displaystyle {\ce {Cs[TlI4]}}}$	Pomarańczowo-czerwone sześciokąty lub prostokąty	0,06

Służy również do wykrywania następujących jonów:

Medycyna

American Cancer Society stwierdza, że „dostępne dowody naukowe nie obsługuje twierdzi, że nieradioaktywne suplementy chlorek cezu mieć żadnego wpływu na nowotwory.” Food and Drug Administration ostrzega o zagrożeniach bezpieczeństwa, w tym znacznej toksyczności serca i śmierci, związanych ze stosowaniem chlorku cezu w medycynie naturopatyczną.

Medycyna nuklearna i radiografia

Chlorek cezu złożony z radioizotopów, takich jak ¹³⁷ CsCl i ¹³¹ CsCl, jest stosowany w medycynie nuklearnej , w tym w leczeniu nowotworów ( brachyterapia ) i diagnostyce zawału mięśnia sercowego . W produkcji źródeł promieniotwórczych normalne jest wybieranie takiej postaci chemicznej izotopu promieniotwórczego, która nie ulegnie łatwemu rozproszeniu w środowisku w razie wypadku. Na przykład generatory radiotermiczne (RTG) często wykorzystują tytanian strontu , który jest nierozpuszczalny w wodzie. Jednak w przypadku źródeł teleterapii gęstość promieniotwórcza ( Ci w danej objętości) musi być bardzo wysoka, co nie jest możliwe w przypadku znanych nierozpuszczalnych związków cezu. Aktywnym źródłem jest pojemnik z radioaktywnym chlorkiem cezu w kształcie gilzy.

Różne zastosowania

Chlorek cezu jest używany do wytwarzania szkieł przewodzących prąd elektryczny i ekranów lamp katodowych. W połączeniu z gazami szlachetnymi CsCl jest stosowany w lampach ekscymerowych i laserach ekscymerowych . Inne zastosowania obejmują aktywację elektrod podczas spawania; produkcja wody mineralnej, piwa i płuczki wiertniczej ; i lutowie wysokotemperaturowe. Wysokiej jakości monokryształy CsCl mają szeroki zakres przezroczystości od UV do podczerwieni i dlatego były stosowane w kuwetach, pryzmatach i okienkach w spektrometrach optycznych; to zastosowanie zostało przerwane wraz z opracowaniem mniej higroskopijnych materiałów.

CsCl jest silnym inhibitorem kanałów HCN, które przenoszą prąd h w pobudliwych komórkach, takich jak neurony. Dlatego może być przydatny w eksperymentach elektrofizjologicznych w neuronauce.

Toksyczność

Chlorek cezu ma niską toksyczność dla ludzi i zwierząt. Jego średnia dawka śmiertelna (LD ₅₀ ) u myszy wynosi 2300 mg na kilogram wagi ciała przy podawaniu doustnym 910 mg / kg wstrzyknięcie dożylne. Łagodna toksyczność CsCl związana jest z jego zdolnością do obniżania stężenia potasu w organizmie i częściowego zastępowania go w procesach biochemicznych. Jednak przyjmowane w dużych ilościach może powodować znaczne zaburzenia równowagi potasu i prowadzić do hipokaliemii , arytmii i ostrego zatrzymania akcji serca . Jednak proszek chlorku cezu może podrażniać błony śluzowe i powodować astmę .

Ze względu na wysoką rozpuszczalność w wodzie chlorek cezu jest wysoce mobilny i może nawet dyfundować przez beton. Jest to wada jego radioaktywnej postaci, która skłania do poszukiwania mniej mobilnych chemicznie materiałów radioizotopowych. Komercyjne źródła radioaktywnego chlorku cezu są dobrze zamknięte w podwójnej stalowej obudowie. Jednak w wypadku Goiânia w Brazylii takie źródło zawierające około 93 gramy ¹³⁷ CsCl zostało skradzione z opuszczonego szpitala i otwarte przez dwóch padlinożerców. Niebieska poświata emitowana w ciemności przez radioaktywny chlorek cezu przyciągnęła nieświadomych niebezpieczeństw złodziei i ich bliskich i rozsypała proszek. Spowodowało to jeden z najgorszych wypadków związanych z rozlaniem promieniowania, w którym 4 osoby zmarły w ciągu miesiąca od narażenia, 20 wykazywało objawy choroby popromiennej , 249 osób zostało skażonych radioaktywnym chlorkiem cezu, a około tysiąc otrzymało dawkę przekraczającą roczną ilość promieniowanie tła. Ponad 110 000 ludzi przytłoczyło lokalne szpitale, a kilka bloków miejskich musiało zostać zburzonych podczas operacji porządkowych. W pierwszych dniach skażenia dolegliwości żołądkowe i nudności w wyniku choroby popromiennej doświadczyło kilka osób, ale dopiero po kilku dniach jedna osoba skojarzyła objawy z proszkiem i przyniosła próbkę władzom.

Zobacz też

• Lista nieskutecznych metod leczenia raka

Bibliografia

Bibliografia

• Haynes, William M., wyd. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (wyd. 92). Boca Raton, FL: CRC Prasa . Numer ISBN 1-4398-5511-0.
• Lidin, RA; Andreeva, LL; Moloczko VA (2006). Константы неорганических веществ: справочник (Związki nieorganiczne: książka danych) . Moskwa. Numer ISBN 978-5-7107-8085-5.
• Pleszew, WE; Stepin BD (1970). Химия и техtestнология соединений лития, рубидия и цезия(po rosyjsku). Moskwa: Chimija.