• Мы используем файлы cookie.
  • Информация, представленная на сайте, не может быть использована для постановки диагноза, назначения лечения и не заменяет прием врача.
  • К медицинским услугам имеются противопоказания, требуется консультация специалиста.
  • Возрастное ограничение: 18+
  • Продолжив работу с сайтом, Вы соглашаетесь с Политикой обработки персональных данных и Правилами пользования сайтом

Хлорид цезия

Хлорид цезия
Caesium chloride.jpg
Хлорид цезия
Общие
Систематическое
наименование
Хлорид цезия
Традиционные названия Хлорид цезия
Хим. формула CsCl
Рац. формула CsCl
Физические свойства
Состояние твёрдое
Примеси Rb, Ca, Na
Молярная масса 168,36 г/моль
Плотность 3,983
Термические свойства
Т. плав. 646
Т. кип. 1295 °C
Мол. теплоёмк. 52,63 Дж/(моль·К)
Энтальпия образования −443 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость в воде 186,5
Оптические свойства
Показатель преломления 1,6418
Структура
Кристаллическая структура кубическая примитивная
Дипольный момент 10,42 Д
Классификация
Рег. номер CAS 7647-17-8
PubChem
Рег. номер EINECS 231-600-2
SMILES
InChI
Рег. номер EC 231-600-2
RTECS FK9625000
ChEBI 63039
ChemSpider
Безопасность
ЛД50 1500
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Хлори́д це́зия (цезий хлористый), CsCl — неорганическое бинарное соединение цезия с хлором, цезиевая соль хлороводородной кислоты. В кристаллическом состоянии — бесцветное вещество с ионной структурой; нелетучее, термически устойчивое. Хлорид цезия хорошо растворим в воде и концентрированной соляной кислоте.

Встречается в природе в виде примеси к минералу карналлиту (до 0,002 %), сильвину и каиниту:[стр. 210—211]. Также содержится в небольших количествах в минеральных водах. Например, в Дюркхеймском минеральном источнике (Германия), где и был впервые обнаружен цезий, содержание CsCl достигает 0,17 мг/л:[стр. 206].

Кристаллическая структура CsCl выбрана в качестве типовой кубической примитивной кристаллической решётки для соединений вида AX (тип CsCl), где центральный атом A (Cs) окружён восемью атомами (группами атомов) X (Cl).

В 1905 году французский химик Акспиль (фр. Hackspill) выделил металлический цезий восстановлением хлорида цезия кальцием в вакууме. Этот метод до сих пор остаётся наиболее распространённым способом промышленного получения цезия.

Молекулярная и кристаллическая структура

Хлорид цезия — типичный ионный кристалл, в котором каждый ион цезия Cs+ окружён восемью ионами хлора Cl. Дипольный момент молекулы составляет 10,42 Д:[стр. 377]. Энергия атомизации (Eсв) равна 443 кДж/моль, длина связи (межъядерное расстояние между атомами) — 291 пм:[стр. 380]. Энергия сродства к электрону 0,445 эВ:[стр. 10-150]. Вторичная электронная эмиссия, δмакс = 6,5:[стр. 12-125]. Элементный состав соединения: Cs 78,94 %, Cl 21,06 %. Хлорид цезия в газообразном состоянии содержит молекулы димера Cs2Cl2 плоской ромбической формы .

Структура решётки CsCl

Кристаллическая решётка соединения примитивная кубическая (α-CsCl), кристаллографическая группа P m3m (Oh1), параметры ячейки a = 0,410 нм, Z = 1 . При нагревании выше 454 °С α-CsCl переходит в гранецентрированную модификацию β-CsCl пространственная группа F 3m3, параметры ячейки a = 0,694 нм, Z = 4 . Постоянная Маделунга для CsCl равна 1,763.

Показатель преломления у кристаллического CsCl при различной длине волны:[стр. 10-227]:

Длина волны, нм 300 589 750 1000 2000 5000 10000 20000
Показатель преломления 1,712 1,640 1,631 1,626 1,620 1,616 1,606 1,563

Числа Аббе для хлорида цезия: Vd = 43,92; Ve = 43,58.

Энергия кристаллической структуры (U) составляет 650,7 кДж/моль.

Физические свойства

Хлорид цезия при нормальных условиях представляет собой бесцветное (в крупно-кристаллическом виде) или белое (в виде порошка) соединение, хорошо растворимое в воде (186,5 грамм CsCl в 100 г H2O при 20 °С, 250 г при 80 °С, 270,5 г при 100 °С):[стр. 620]. Гигроскопичен, на воздухе расплывается; более летуч, чем хлорид калия. Не образует кристаллогидратов.

Зависимость растворимости хлорида цезия (в массовых процентах) в воде от температуры:[стр. 8-112]:

Температура 0 °С 10 °С 20 °С 25 °С 30 °С 40 °С 50 °С 60 °С 70 °С 80 °С 90 °С 100 °С
Растворимость, % 61,83 63,48 64,96 65,64 66,29 67,50 68,60 69,61 70,54 71,40 72,21 72,96

Растворимость в некоторых неводных неорганических средах:

Растворим в метаноле, малорастворим в этаноле (3,17 и 0,76 грамм CsCl в 100 г растворителя соответственно при 25 °С); хорошо растворим в муравьиной кислоте (107,7 грамм CsCl в 100 г растворителя при 18 °С) и гидразине:[стр. 97].

Зависимость растворимости хлорида цезия (в граммах на 100 г растворителя) в метаноле и этаноле от температуры:

Температура 0 °С 15 °С 25 °С 40 °С 50 °С 60 °С
метанол 2,37 2,93 3,16 3,45 3,53 н/д
этанол 0,483 0,626 0,757 0,840 0,968 0,919

Плохо растворим в ацетоне (0,004 % при 18 °С) и ацетонитриле (0,0083 грамм в 100 г растворителя при 18 °С). Практически не растворим в этилацетате и других сложных эфирах, метилэтилкетоне, ацетофеноне, пиридине, хлорбензоле.

В отличие от NaCl и KCl хорошо растворяется в концентрированной соляной кислоте. Ниже представлен график зависимости растворимости хлорида цезия от температуры и концентрации HCl.

CsCl-HCl-sol.jpg

Плотность водного раствора CsCl при 20 °C:[стр. 645]:

1 % 2 % 4 % 6 % 8 % 10 % 12 % 14 % 16 %
  Плотность, г/л 1005,9 1013,7 1029,6 1046,1 1062,9 1080,4 1098,3 1116,8 1135,8
18 % 20 % 22 % 24 % 30 % 35 % 40 % 50 % 60 %
1155,5 1175,8 1196,8 1218,5 1288,2 1352,2 1422,5 1585,8 1788,6

Коэффициенты активности для водных растворов CsCl различной концентрации при 25 °С:[стр. 5-95]:

Моляльность, моль/кг 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
 Коэффициент активности 0,756 0,694 0,656 0,628 0,606 0,589 0,575 0,563 0,553 0,544

Некоторые физические параметры водных растворов CsCl при 20 °C:[стр. 8-61,62]:

Физические параметры водных растворов CsCl при 20 °C
Массовая концентрация, % Моляльность, моль/кг Молярность, моль/л Показатель преломления Понижение температуры замерзания, °С Динамическая вязкость, 10³ Па·с
0,5 0,030 0,030 1,3334 0,10 1,000
1,0 0,060 0,060 1,3337 0,20 0,997
2,0 0,121 0,120 1,3345 0,40 0,992
3,0 0,184 0,182 1,3353 0,61 0,988
4,0 0,247 0,245 1,3361 0,81 0,984
5,0 0,313 0,308 1,3369 1,02 0,980
6,0 0,379 0,373 1,3377 1,22 0,977
7,0 0,447 0,438 1,3386 1,43 0,974
8,0 0,516 0,505 1,3394 1,64 0,971
9,0 0,587 0,573 1,3403 1,85 0,969
10,0 0,660 0,641 1,3412 2,06 0,966
12,0 0,810 0,782 1,3430 2,51 0,961
14,0 0,967 0,928 1,3448 2,97 0,955
16,0 1,131 1,079 1,3468 3,46 0,950
18,0 1,304 1,235 1,3487 3,96 0,945
20,0 1,485 1,397 1,3507 4,49 0,939
22,0 1,675 1,564 1,3528 н/д 0,934
24,0 1,876 1,737 1,3550 н/д 0,930
26,0 2,087 1,917 1,3572 н/д 0,926
28,0 2,310 2,103 1,3594 н/д 0,924
30,0 2,546 2,296 1,3617 н/д 0,922
32,0 2,795 2,497 1,3641 н/д 0,922
34,0 3,060 2,705 1,3666 н/д 0,924
36,0 3,341 2,921 1,3691 н/д 0,926
38,0 3,640 3,146 1,3717 н/д 0,930
40,0 3,960 3,380 1,3744 н/д 0,934
42,0 4,301 3,624 1,3771 н/д 0,940
44,0 4,667 3,877 1,3800 н/д 0,947
46,0 5,060 4,142 1,3829 н/д 0,956
48,0 5,483 4,418 1,3860 н/д 0,967
50,0 5,940 4,706 1,3892 н/д 0,981
60,0 8,910 6,368 1,4076 н/д 1,120
64,0 10,560 7,163 1,4167 н/д 1,238

Эмпирическая зависимость растворимости хлорида цезия (m, моль/кг) в воде от давления (P, МПа; в диапазоне от 0,10 до 400 МПа) и температуры (T, K; в диапазоне 273—313 K) выражается следующим уравнением (среднеквадратическое отклонение: 0,022 моль/кг):

Основные термодинамические характеристики:[стр. 462, 532]:

в газообразном состоянии:

в кристаллическом состоянии (α):

характеристики фазовых переходов:

  • температура перехода α-CsCl → β-CsCl = 742,5 K;
  • температура перехода β-CsCl → CsCl(жидкий) = 918 K;
  • температура перехода CsCl(жидкий) → CsCl(газ) = 1575 K;
  • энтальпия перехода α-CsCl → β-CsCl, ΔHo = 2,43 кДж/моль;
  • энтальпия перехода β-CsCl → CsCl(жидкий), ΔHo = 20,75 кДж/моль;
  • энтальпия перехода CsCl(жидкий) → CsCl(газ), ΔHo = 149,33 кДж/моль;
  • энтропия перехода α-CsCl → β-CsCl, ΔSo = 3,31 кДж/(моль·K);
  • энтропия перехода β-CsCl → CsCl(жидкий), ΔSo = 22,59 кДж/(моль·K).

Давление насыщенных паров хлорида цезия описывается следующими уравнениями:

  

  

  

где p — давление, мм рт. ст.; T — температура, K.

Некоторые физические константы хлорида цезия:

Уравнение зависимости теплоёмкости от температуры (T) в диапазоне 298—918 K:[стр. 76]:

Эмпирическая зависимость для коэффициента самодиффузии от температуры (T) выражается следующим уравнением:

где Do — фактор диффузии, см2/с; Ea — энергия активации, кДж/моль; R — универсальная газовая постоянная.

Значения Do и Ea для иона Cs+ в кристалле CsCl:

  • T: 630—730 K; Do=1,1; Ea=130;
  • T: 760—880 K; Do=0,1; Ea=134.

Значения Do и Ea для иона Cl в кристалле CsCl:

  • T: 550—730 K; Do=1,51; Ea=122;
  • T: 760—880 K; Do=0,7; Ea=152.

Значения Do и Ea для диффузии инертного газа (Xe) в кристалле CsCl:

  • T: 620—740 K; Do=0,1; Ea=86,6;
  • T: 740—920 K; Do=0,1; Ea=83,5.

Получение

В лабораторных условиях хлорид цезия может быть получен взаимодействием гидроксида, карбоната, гидрокарбоната или сульфида цезия с соляной кислотой:

Поллуцит — сырьё для производства CsCl.

В промышленности хлорид цезия получают переработкой рудного сырья, как правило, поллуцита — основного промышленного минерала цезия. Основной способ вскрытия измельчённого поллуцитового концентрата — обработка его соляной кислотой при повышенной температуре:

Выделение хлорида цезия из раствора осуществляют с помощью его осаждения в виде нерастворимых двойных солей, используя хлорид сурьмы(III), монохлорид иода или хлорид церия(IV):

После отделения и очистки осадка хлорид цезия отделяют от побочного продукта с помощью термического гидролиза или осаждением с помощью сероводорода — в обеих случаях CsCl остаётся в растворе:

Для получения особо чистого хлорида цезия используют его осаждение в виде Cs[I(Cl)2] или Cs[I(Cl)4] с последующей перекристаллизацией из солянокислого раствора. Собственно CsCl получают из комплексной соли термически:[стр. 357—358]:

Также сырьём для получения хлорида цезия являются отходы переработки карналлита:[стр. 307—314]. В России промышленное производство соединения осуществляется на единственном предприятии — ЗАО «Завод редких металлов» (г. Новосибирск).

Несмотря на достаточно большой спектр направлений использования соединения (см. раздел Применение), ежегодный мировой объём производства товарного хлорида цезия очень небольшой. По данным на 2010 год, он составляет менее 20 тонн.

Химические свойства

Хлорид цезия при растворении в воде практически полностью диссоциирует на ионы, при этом в разбавленном растворе катионы цезия сольватированы:

В водных растворах вступает в типичные реакции обмена с некоторыми соединениями:

Твёрдый CsCl при нагревании с концентрированной серной кислотой (кипячение) или гидросульфатом цезия (550—700 °С) образует сульфат:

Очень слабый восстановитель, окисляется до хлора только с помощью сильных окислителей в жёстких условиях:

С некоторыми хлоридами образует смешанные соли: 2CsCl • BaCl2, 2CsCl • CuCl2, CsCl • 2CuCl, CsCl • LiCl и ряд других.

Вступает в реакцию с межгалогенными соединениями, образуя полигалогениды:

Применение

Хлорид цезия образуется как полупродукт при извлечении цезия из минерального сырья, а также как сырьё для металлотермического получения самого металла:

Соединение используют для получения гидроксида цезияэлектролизом водного раствора соли:[стр. 90]:

Соединение было использовано для изучения ионов менделевия Md+.

В радиоэлектронной промышленности хлорид цезия используется в вакуумных трубках для радио- и телеаппаратуры, производства рентгенофлуоресцентных экранов; в радиографии в качестве контрастного вещества.

Важным направлением использования CsCl является его применение в качестве рабочего раствора для ультрацентрифугирования белковых частиц в градиенте плотности. В методе равновесного (изопикнического) центрифугирования требуется создание относительно высокой плотности раствора при одновременном сохранении вязкости среды. Хлорид цезия отвечает предъявляемым требованиям для высокоскоростного фракционирования ДНК, РНК, некоторых белков и нуклеотидов.

Прочие направления использования хлорида цезия включают:

Применение в органической химии

Хлорид цезия относительно редко используется в органическом синтезе, однако описан ряд химических реакций, в которых применяется это соединение в качестве межфазного катализатора или нуклеофильного реагента:

Применение в аналитической химии

Хлорид цезия находит широкое применение как аналитический реагент для проведения качественных реакций микрохимического обнаружения неорганических веществ по образованию характерных кристаллических осадков (микрокристаллоскопия). Примеры частных микрокристаллоскопических реакций с использованием CsCl приведены в таблице:

Обнаруживаемый ион Сопутствующие реагенты Состав осадка Характеристика осадка Предел обнаружения, мкг
  AsO33− KI Cs2[AsI5] или Cs3[AsI6] красные шестиугольники 0,01
  Au3+ AgCl, HCl Cs2Ag[AuCl6] почти черные крестики, четырех- и шестилучевые звезды 0,01
  Au3+ NH4SCN Cs[Au(SCN)4] оранжево-жёлтые иглы 0,4
  Bi3+ KI, HCl Cs2[BiI5] • 2,5H2O красные шестиугольники 0,13
  Cu2+ (CH3COO)2Pb, CH3COOH, KNO2 Cs2Pb[Cu(NO2)6] черные мелкие кубы 0,01
  In3+ Cs3[InCl6] мелкие октаэдры 0,02
  [IrCl6]3− Cs2[IrCl6] тёмно-красные мелкие октаэдры н/д
  Mg2+ Na2HPO4 CsMgPO4 • 6H2O мелкие тетраэдры н/д
  Pb2+ KI Cs[PbI3] жёлто-зеленые иглы, розетки 0,01
  Pd2+ NaBr Cs2[PdBr4] буро-красные иглы и призмы н/д
  [ReCl4] Cs[ReCl4] тёмно-красные ромбы, бипирамиды 0,2
  [ReCl6]2− Cs2[ReCl6] зелено-жёлтые мелкие октаэдры 0,5
  ReO4 CsReO4 тетрагональные бипирамиды 0,13
  Rh3+ KNO2 Cs3[Rh(NO2)6] жёлтые кубы 0,1
  Ru3+ Cs3[RuCl6] розово-красные иглы, палочки н/д
  [RuCl6]2− Cs2[RuCl6] красно-бурые мелкие кристаллы 0,8
  Sb3+ Cs2[SbCl5] • nH2O шестиугольники 0,16
  Sb3+ NaI Cs[SbI4] или Cs2[SbI5] красные шестиугольники 0,1
  Sn4+ Cs2[SnCl6] очень мелкие октаэдры 0,2
  TeO33− HCl Cs2[TeCl6] светло-жёлтые октаэдры 0,3
  Tl3+ NaI Cs[TlI4] оранжево-красные шестиугольники, прямоугольники, кубы 0,06

Используется хлорид цезия для следующих качественных аналитических реакций:

Обнаруживаемый ион Сопутствующие реагенты Аналитическое определение Предел обнаружения, мг/мл
  Al3+ K2SO4 в нейтральной среде после высушивания без нагревания — бесцветные кристаллы 0,01
  Ga3+ KHSO4 при небольшом нагревании выпадают бесцветные кристаллы 0,5
  Cr3+ KHSO4 в слабокислой среде при упаривании выпадают бледно-фиолетовые кристаллы 0,06

Калориметрия

Хлорид цезия используется как химический стандарт для калибровки калориметров по температуре и теплоемкости.

Применение в медицине

Терапевтические свойства хлорида цезия были обнаружены ещё в 1888 году в лаборатории И.П.Павлова С.С. Боткиным. Соединение обладало выраженным гипертензивным и сосудосуживающим действием и было использовано для лечения нарушений сердечно-сосудистой системы.

Несколько клинических испытаний показали, что хлорид цезия может быть использован при комплексной терапии некоторых форм рака. Однако использование этого препарата было связано со смертью 50 пациентов, когда он был использован как часть научно непроверенного лечения рака. По мнению American Cancer Society, существующие научные данные не дают оснований полагать, что нерадиоактивные добавки хлорида цезия оказывают эффект на опухоли.

Также в США был выдан патент на использование соединения в качестве стимулятора нервной системы. Отмечается, что CsCl очень эффективен для регулирования сердечной аритмии. В районах мира с повышенным содержанием солей цезия в рационе питания было отмечено увеличение продолжительности жизни. По предварительным экспериментальным данным хлорид цезия и другие его соли могут быть полезны для лечении маниакально-депрессивных расстройств. Терапевтическое действие соединения при лечении нейродегенеративных заболеваний связана с тем, что CsCl защищает нейроны от апоптоза и активации каспазы-3, вызываемых низким содержанием ионов калия.

Помимо обычного хлорида цезия, отдельное применение в лучевой диагностике и радиотерапии находит 137CsCl — хлорид металла, в котором используется радиоактивный изотоп цезия 137Cs. Другой радиоизотоп цезия 131Cs в виде хлорида также применяется как лечебно-диагностическое средство в брахитерапии и, в частности, прямой диагностики инфаркта миокарда.

По состоянию на 22 июля 2013 года хлорид цезия не входит в Перечень лекарственных средств, зарегистрированных, внесенных в государственный реестр лекарственных средств и разрешенных к медицинскому применению в Российской Федерации.

Физиологическое действие и токсичность

Хлорид цезия является низко токсичным соединением, имеющим низкую степень опасности для человека. Показатели токсичности:

  • Крысы, внутрибрюшинно: ЛД50 1500 мг/кг;
  • Крысы, перорально: ЛД50 2600 мг/кг;
  • Мыши, перорально: ЛД50 2306 мг/кг;
  • Мыши, внутривенно: ЛД50 910 мг/кг.

Токсические свойства хлорида цезия в больших концентрациях связаны со способностью этого соединения снижать содержание калия в организме и частично замещать его в биохимических процессах. Пыль соединения может вызвать раздражение верхних дыхательных путей, респираторные расстройства, астму.

Комментарии

  1. 1 2 Расхождение данных значений со значениями, приведёнными ранее, объясняется разными источниками.
  2. Измерен относительно воздуха при длине волны 589 нм.
  3. Относительно чистой воды.
  4. Измерена при −51 °С и частоте электромагнитного поля 9,7•105 Гц.
  5. Приведена упрощённая схема реакции.
  6. Без учёта полуфабриката хлорида цезия, используемого для дальнейшего получения металлического цезия или иных соединений.
  7. Выбор хлорида цезия в качестве распространённой соли для равновесного ультрацентрифугирования обусловлен следующими причинами:
    • хорошая растворимость соли в воде;
    • высокая плотность концентрированных водных растворов (Cs очень тяжёлый элемент) при несущественном изменении вязкости среды;
    • высокая крутизна профиля равновесного градиента для раствора от мениска до дна пробирки;
    • химическая стабильность водных растворов CsCl.
  8. Обозначения в уравнении реакции:
    • TBAB — бромид тетра-N-бутиламмония (межфазный катализатор);
    • CPME — циклопентилметиловый эфир (растворитель).
  9. Обозначения в уравнении реакции:
  10. В дополнение к перечисленным выше качественным микрокристаллическим реакциям.

Новое сообщение