Cæsiumchlorid | |
---|---|
Generel | |
Systematisk navn |
Cæsiumchlorid |
Traditionelle navne | Cæsiumchlorid |
Chem. formel | CsCl |
Rotte. formel | CsCl |
Fysiske egenskaber | |
Stat | Solid |
urenheder | Rb , Ca , Na |
Molar masse | 168,36 g/ mol |
Massefylde | 3.983 [1] |
Termiske egenskaber | |
Temperatur | |
• smeltning | 646 [1] |
• kogning | 1295 [1] °C |
Mol. Varmekapacitet | 52,63 [2] J/(mol K) |
Entalpi | |
• uddannelse | −443 [1] kJ/mol |
Kemiske egenskaber | |
Opløselighed | |
• i vand | 186,5 [1] |
Optiske egenskaber | |
Brydningsindeks | 1,6418 [3] |
Struktur | |
Krystal struktur | kubisk primitiv |
Dipol moment | 10.42 D |
Klassifikation | |
Reg. CAS nummer | 7647-17-8 |
PubChem | 24293 |
Reg. EINECS nummer | 231-600-2 |
SMIL | [Cl-].[Cs+] |
InChI | InChI=1S/ClH.Cs/h1H;/q;+1/p-1AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M |
RTECS | FK9625000 |
CHEBI | 63039 |
ChemSpider | 22713 |
Sikkerhed | |
LD 50 | 1500 [4] |
Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet. | |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Cæsiumchlorid ( cæsiumchlorid , kemisk formel CsCl ) er et uorganisk binært cæsiumsalt af saltsyre .
I krystallinsk tilstand - et farveløst stof med en ionisk struktur; ikke-flygtig, termisk stabil. Cæsiumchlorid er meget opløseligt i vand og koncentreret saltsyre .
Forekommer i naturen som en blanding af mineralet carnallit (op til 0,002%) [5] , sylvin og kainit [6] : [s. 210-211] . Findes også i små mængder i mineralvand . For eksempel, i mineralkilden Durkheim (Tyskland), hvor cæsium først blev opdaget, når indholdet af CsCl 0,17 mg/l [6] :[p. 206] .
Cæsiumchlorid er en typisk ionisk krystal , hvor hver cæsiumion Cs + er omgivet af otte chloridioner Cl − [7] . Molekylets dipolmoment er 10,42 D [1] :[p. 377] . Forstøvningsenergien (E st ) er 443 kJ/mol, bindingslængden (internuklear afstand mellem atomer) er 291 pm [1] :[p. 380] . Elektronaffinitetsenergi 0,445 eV [8] :[s. 10-150] . Sekundær elektronemission , δ max = 6,5 [8] : [s. 12-125] . Grundstofsammensætning af forbindelsen: Cs 78,94%, Cl 21,06%. Cæsiumchlorid i gasform indeholder Cs 2 Cl 2 dimere molekyler med en flad rombisk form [9] .
Krystalgitteret af forbindelsen er primitivt kubisk (α-CsCl), krystallografisk gruppe P m3m (O h 1 ), celleparametre a = 0,410 nm, Z = 1 [10] . Ved opvarmning til over 454 °C omdannes α-CsCl til den ansigtscentrerede modifikation β-CsCl , rumgruppe F 3m3 , celleparametre a = 0,694 nm, Z = 4 [10] . Madelung-konstanten for CsCl er 1,763 [11] .
Brydningsindekset for krystallinsk CsCl ved forskellige bølgelængder [8] : [s. 10-227] :
Bølgelængde, nm | 300 | 589 | 750 | 1000 | 2000 | 5000 | 10.000 | 20.000 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Brydningsindeks | 1,712 | 1.640 | 1,631 | 1,626 | 1.620 | 1,616 | 1,606 | 1,563 |
Abbe-tal for cæsiumchlorid: V d = 43,92; Ve = 43,58 [ 12] .
Energien af krystalstrukturen (U) er 650,7 kJ/mol [13] .
Krystalstrukturen af CsCl er valgt som et typisk primitivt krystalgitter for forbindelser af typen AX (type CsCl), hvor det centrale atom A (Cs) er omgivet af otte atomer (grupper af atomer) X (Cl).
Cæsiumchlorid under normale forhold er en farveløs (i grov krystallinsk form) eller hvid (i pulverform) forbindelse, meget opløselig i vand (186,5 gram CsCl i 100 g H 2 O ved 20 ° C, 250 g ved 80 ° C , 270,5 g ved 100 °C) [1] : [s. 620] [3] . Hygroskopisk , sløret i luften; mere flygtigt end kaliumchlorid [14] . Danner ikke krystallinske hydrater [15] .
Afhængigheden af opløseligheden af cæsiumchlorid (i masseprocent) i vand af temperaturen [8] : [s. 8-112] :
Temperatur | 0 °С | 10 °C | 20 °C | 25 °С | 30 °С | 40 °C | 50 °C | 60 °C | 70 °С | 80 °C | 90 °С | 100 °С |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Opløselighed, % | 61,83 | 63,48 | 64,96 | 65,64 | 66,29 | 67,50 | 68,60 | 69,61 | 70,54 | 71,40 | 72,21 | 72,96 |
Opløselighed i nogle ikke-vandige uorganiske medier [16] :
Opløselig i methanol , let opløselig i ethanol (henholdsvis 3,17 og 0,76 gram CsCl i 100 g opløsningsmiddel ved 25 °C); godt opløseligt i myresyre (107,7 gram CsCl i 100 g opløsningsmiddel ved 18 °C) og hydrazin [6] :[p. 97] [15] [17] .
Afhængigheden af opløseligheden af cæsiumchlorid (i gram pr. 100 g opløsningsmiddel) i methanol og ethanol af temperatur [K 1] [16] :
Temperatur | 0 °С | 15 °C | 25 °С | 40 °C | 50 °C | 60 °C |
---|---|---|---|---|---|---|
methanol | 2,37 | 2,93 | 3.16 | 3,45 | 3,53 | n/a |
ethanol | 0,483 | 0,626 | 0,757 | 0,840 | 0,968 | 0,919 |
Dårligt opløseligt i acetone (0,004 % ved 18 °C) og acetonitril (0,0083 gram pr. 100 g opløsningsmiddel ved 18 °C) [17] . Praktisk talt uopløselig i ethylacetat og andre estere , methylethylketon , acetophenon , pyridin , chlorbenzen [18] .
I modsætning til NaCl og KCl opløses det godt i koncentreret saltsyre [9] . Nedenfor er et plot af cæsiumchloridopløselighed versus temperatur og HCl-koncentration [17] .
Densitet af en vandig opløsning af CsCl ved 20 °C [1] : [s. 645] :
en % | 2 % | fire % | 6 % | otte % | ti % | 12 % | fjorten % | 16 % | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Massefylde , g/l | 1005,9 | 1013,7 | 1029,6 | 1046,1 | 1062,9 | 1080,4 | 1098,3 | 1116,8 | 1135,8 |
atten % | tyve % | 22 % | 24 % | tredive % | 35 % | 40 % | halvtreds % | 60 % | |
1155,5 | 1175,8 | 1196,8 | 1218,5 | 1288,2 | 1352,2 | 1422,5 | 1585,8 | 1788,6 |
Aktivitetskoefficienter for vandige opløsninger af CsCl i forskellige koncentrationer ved 25 °C [8] :[p. 5-95] :
Molalitet, mol/kg | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1.0 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Aktivitetsfaktor | 0,756 | 0,694 | 0,656 | 0,628 | 0,606 | 0,589 | 0,575 | 0,563 | 0,553 | 0,544 |
Nogle fysiske parametre for vandige opløsninger af CsCl ved 20 °C [8] : [s. 8-61,62] :
Fysiske parametre for vandige opløsninger af CsCl ved 20 °C | |||||
---|---|---|---|---|---|
Massekoncentration, % | Molalitet, mol/kg | Molaritet, mol/l | Brydningsindeks [K 2] | Frysepunktsfald, °C [K 3] | Dynamisk viskositet, 10 −3 Pa s |
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 | n/a | 0,934 |
24,0 | 1,876 | 1,737 | 1,3550 | n/a | 0,930 |
26,0 | 2,087 | 1,917 | 1,3572 | n/a | 0,926 |
28,0 | 2.310 | 2,103 | 1,3594 | n/a | 0,924 |
30,0 | 2.546 | 2.296 | 1,3617 | n/a | 0,922 |
32,0 | 2.795 | 2.497 | 1,3641 | n/a | 0,922 |
34,0 | 3.060 | 2,705 | 1,3666 | n/a | 0,924 |
36,0 | 3,341 | 2.921 | 1,3691 | n/a | 0,926 |
38,0 | 3.640 | 3,146 | 1,3717 | n/a | 0,930 |
40,0 | 3.960 | 3.380 | 1,3744 | n/a | 0,934 |
42,0 | 4.301 | 3,624 | 1,3771 | n/a | 0,940 |
44,0 | 4,667 | 3,877 | 1,3800 | n/a | 0,947 |
46,0 | 5,060 | 4,142 | 1,3829 | n/a | 0,956 |
48,0 | 5,483 | 4,418 | 1,3860 | n/a | 0,967 |
50,0 | 5.940 | 4,706 | 1,3892 | n/a | 0,981 |
60,0 | 8,910 | 6,368 | 1,4076 | n/a | 1,120 |
64,0 | 10.560 | 7,163 | 1,4167 | n/a | 1,238 |
Den empiriske afhængighed af opløseligheden af cæsiumchlorid ( m , mol/kg) i vand af tryk ( P , MPa; i området fra 0,10 til 400 MPa) og temperatur ( T , K; i området 273-313 K) er udtrykt ved følgende ligning ( rms afvigelse : 0,022 mol/kg) [19] :
Grundlæggende termodynamiske egenskaber [1] : [s. 462, 532] : i gasform :
i krystallinsk tilstand (α) :
karakteristika for faseovergange :
Det mættede damptryk af cæsiumchlorid er beskrevet ved følgende ligninger [20] : hvor p er trykket, mm Hg. Kunst.; T er temperaturen, K. |
Nogle fysiske konstanter af cæsiumchlorid:
Ligningen for varmekapacitetens afhængighed af temperatur (T) i området 298–918 K [2] : [s. 76] :
Den empiriske afhængighed for selvdiffusionskoefficienten af temperatur (T) er udtrykt ved følgende ligning [23] :
hvor D o er diffusionsfaktoren, cm 2 /s; E a er aktiveringsenergien, kJ/mol; R er den universelle gaskonstant . Værdierne af Do og E a for Cs + ionen i CsCl krystallen [23] er:
Værdierne af Do og E a for Cl − ionen i CsCl krystallen [23] er:
Værdierne af Do og E a for diffusionen af en inert gas ( Xe ) i en CsCl-krystal [23] :
|
For første gang, i 1905, isolerede den franske kemiker Axpil ( fr. Hackspill ) metallisk cæsium ved at reducere cæsiumchlorid med calcium i et vakuum [24] . Denne metode er stadig den mest almindelige metode til industriel produktion af cæsium [25] .
Cæsiumchlorid, når det opløses i vand, dissocieres næsten fuldstændigt til ioner, mens cæsiumkationer solvatiseres i en fortyndet opløsning [26] :
I vandige opløsninger indgår det i typiske udvekslingsreaktioner med nogle forbindelser:
Fast CsCl, når det opvarmes med koncentreret svovlsyre (kogende) eller cæsiumhydrosulfat (550-700 °C), danner sulfat [26] :
Meget svagt reduktionsmiddel oxiderer kun til klor ved hjælp af stærke oxidationsmidler under barske forhold [26] :
Det danner blandede salte med nogle chlorider : 2CsCl • BaCl 2 [27] , 2CsCl • CuCl 2 , CsCl • 2CuCl, CsCl • LiCl og en række andre [28] .
Reagerer med interhalogenforbindelser og danner polyhalogenider [29] :
Under laboratorieforhold opnås cæsiumchlorid ved at reagere cæsiumhydroxid , carbonat , bicarbonat eller cæsiumsulfid med saltsyre :
I industrien opnås cæsiumchlorid ved forarbejdning af malmråmaterialer, som regel pollucit , det vigtigste industrielle mineral af cæsium. Hovedmetoden til at åbne det knuste pollucitkoncentrat er dets behandling med saltsyre ved forhøjet temperatur [K 5] [30] :
Isoleringen af cæsiumchlorid fra opløsningen udføres ved dets udfældning i form af uopløselige dobbeltsalte ved anvendelse af antimon(III) chlorid , jodmonochlorid eller cerium(IV)chlorid [30] :
Efter separation og oprensning af bundfaldet separeres cæsiumchlorid fra biproduktet ved termisk hydrolyse eller ved udfældning med svovlbrinte - i begge tilfælde forbliver CsCl i opløsning [30] :
For at opnå højrent cæsiumchlorid anvendes dets udfældning i form af Cs[I(Cl) 2 ] eller Cs[I(Cl) 4 ] efterfulgt af omkrystallisation fra en saltsyreopløsning. Faktisk opnås CsCl fra det komplekse salt termisk [6] :[p. 357-358] :
Råmaterialerne til fremstilling af cæsiumchlorid er også carnallit- forarbejdningsaffald [6] : [s. 307-314] . I Rusland udføres den industrielle produktion af forbindelsen på en enkelt virksomhed - CJSC Rare Metals Plant ( Novosibirsk ) [31] .
På trods af et ret stort udvalg af brugsanvisninger for forbindelsen (se afsnittet Anvendelse ) er den årlige globale produktion af kommercielt cæsiumchlorid [K 6] meget lille. Fra 2010 er det mindre end 20 tons [32] .
Cæsiumchlorid dannes som et mellemprodukt i udvindingen af cæsium fra mineralske råmaterialer [33] , og også som råmateriale til den metal- termiske fremstilling af selve metallet [5] :
Forbindelsen bruges til at fremstille cæsiumhydroxid ved elektrolyse af en vandig saltopløsning [6] :[p. 90] :
Forbindelsen blev brugt til at studere mendelevium- ioner Md + [34] .
I den radio-elektroniske industri anvendes cæsiumchlorid i vakuumrør til radio- og tv-udstyr, fremstilling af røntgenfluorescerende skærme; i radiografi som kontrastmiddel [35] .
En vigtig retning i brugen af CsCl er dens anvendelse som en arbejdsopløsning til ultracentrifugering af proteinpartikler i en tæthedsgradient. Metoden til ligevægtscentrifugering (isopycnisk) kræver skabelsen af en relativt høj densitet af opløsningen, samtidig med at mediets viskositet opretholdes. Cæsiumchlorid opfylder kravene til højhastighedsfraktionering af DNA , RNA , nogle proteiner og nukleotider [K 7] [36] .
Andre anvendelser for cæsiumchlorid omfatter:
Cæsiumchlorid bruges relativt sjældent i organisk syntese, men en række kemiske reaktioner er blevet beskrevet, hvor denne forbindelse bruges som en faseoverførselskatalysator eller nukleofilt reagens :
Cæsiumchlorid bruges i vid udstrækning som et analytisk reagens til udførelse af kvalitative reaktioner af mikrokemisk påvisning af uorganiske stoffer ved dannelse af karakteristiske krystallinske præcipitater ( mikrokrystalloskopi ). Eksempler på særlige mikrokrystalloskopiske reaktioner ved anvendelse af CsCl er givet i tabellen [50] :
Detekteret ion | Tilknyttede reagenser | Sedimentsammensætning | Slamkarakteristik | Detektionsgrænse, μg |
---|---|---|---|---|
AsO 3 3- | KI | Cs 2 [ASI 5 ] eller Cs 3 [ASI 6 ] | røde sekskanter | 0,01 |
Au 3+ | AgCl , HCI | Cs 2 Ag[AuCl 6 ] | næsten sorte kors, fire- og sekstakkede stjerner | 0,01 |
Au 3+ | NH4SCN _ _ | Cs[Au(SCN) 4 ] | orange-gule nåle | 0,4 |
Bi 3+ | KI , HCI | Cs2 [ BiI5 ] • 2,5H2O _ | røde sekskanter | 0,13 |
Cu2 + | (CH 3 COO) 2 Pb , CH 3 COOH , KNO 2 | Cs2Pb [ Cu( NO2 ) 6 ] | sorte små terninger | 0,01 |
I 3+ | — | Cs 3 [InCl 6 ] | lille oktaedre | 0,02 |
[IrCl 6 ] 3− | — | Cs2 [ IrCl6 ] _ | mørkerøde små oktaeder | n/a |
Mg2 + | Na2HPO4 _ _ _ | CsMgP04 • 6H2O _ _ | lille tetraeder | n/a |
Pb 2+ | KI | Cs [ PbI3 ] | gul-grønne nåle, fatninger | 0,01 |
Pd 2+ | NaBr | Cs 2 [PdBr 4 ] | brunrøde nåle og prismer | n/a |
[ ReCl4 ] - | — | Cs [ReCl4 ] | mørkerøde diamanter, bipyramider | 0,2 |
[ReCl 6 ] 2− | — | Cs 2 [ReCl 6 ] | grøn-gul små oktaeder | 0,5 |
ReO 4 − | — | CsReO 4 | tetragonale bipyramider | 0,13 |
Rh 3+ | KEND 2 | Cs3 [ Rh (NO2 ) 6 ] | gule terninger | 0,1 |
Ru 3+ | — | Cs 3 [RuCl 6 ] | pink-røde nåle, pinde | n/a |
[RuCl 6 ] 2− | — | Cs 2 [RuCl 6 ] | rødbrune fine krystaller | 0,8 |
Sb 3+ | — | Cs 2 [SbCl 5 ] • nH 2 O | sekskanter | 0,16 |
Sb 3+ | NaI | Cs[SbI 4 ] eller Cs 2 [SbI 5 ] | røde sekskanter | 0,1 |
sn 4+ | — | Cs 2 [SnCl 6 ] | meget små oktaeder | 0,2 |
TeO 3 3− | HCl | Cs 2 [TeCl 6 ] | lysegul oktaedre | 0,3 |
Tl 3+ | NaI | Cs[TlI 4 ] | orange røde sekskanter, rektangler, terninger | 0,06 |
Cæsiumchlorid anvendes til følgende kvalitative analytiske reaktioner [K 10] [51] :
Detekteret ion | Tilknyttede reagenser | Analytisk definition | Detektionsgrænse, mg/ml |
---|---|---|---|
Al 3+ | K2SO4 _ _ _ | i et neutralt medium efter tørring uden opvarmning - farveløse krystaller | 0,01 |
Ga3 + | KHSO 4 | ved let opvarmning udfældes farveløse krystaller | 0,5 |
Cr3 + | KHSO 4 | i et svagt surt medium udfældes svagt lilla krystaller ved fordampning | 0,06 |
Cæsiumchlorid bruges som en kemisk standard til at kalibrere kalorimetre for temperatur og varmekapacitet . .
De terapeutiske egenskaber af cæsiumchlorid blev opdaget så tidligt som i 1888 i laboratoriet hos I.P. Pavlov S.S. Botkin . Stoffet havde en udtalt hypertensiv og vasokonstriktiv virkning og blev brugt til at behandle lidelser i det kardiovaskulære system [52] .
Adskillige kliniske forsøg har vist, at cæsiumchlorid kan anvendes i den komplekse behandling af nogle former for cancer [53] [54] . Brugen af dette lægemiddel er dog blevet sat i forbindelse med 50 patienters død, da det blev brugt som en del af en videnskabeligt utestet kræftbehandling. Ifølge American Cancer Society, aktuelt videnskabeligt bevis tyder ikke på, at ikke-radioaktive cæsiumchloridtilskud har en effekt på tumorer [55] .
Der er også udstedt et amerikansk patent på brugen af stoffet som et stimulerende middel til nervesystemet. CsCl er kendt for at være meget effektiv til at regulere hjertearytmier . I områder af verden med et højt indhold af cæsiumsalte i kosten er der konstateret en stigning i den forventede levetid. Ifølge foreløbige eksperimentelle data kan cæsiumchlorid og dets andre salte være nyttige til behandling af maniodepressive lidelser [53] . Den terapeutiske effekt af forbindelsen i behandlingen af neurodegenerative sygdomme skyldes, at CsCl beskytter neuroner mod apoptose og caspase-3- aktivering forårsaget af et lavt indhold af kaliumioner [56] .
Ud over det sædvanlige cæsiumchlorid finder 137 CsCl, et metalchlorid, der anvender den radioaktive isotop af cæsium 137 Cs , en separat anvendelse i strålediagnostik og strålebehandling [57] . En anden radioisotop af cæsium 131 Cs i form af chlorid bruges også som et terapeutisk og diagnostisk middel i brachyterapi [38] og især i den direkte diagnose af myokardieinfarkt [58] [59] .
Fra den 22. juli 2013 er cæsiumchlorid ikke inkluderet i listen over registrerede lægemidler, inkluderet i statens register over lægemidler og godkendt til medicinsk brug i Den Russiske Føderation [60] .
Cæsiumchlorid er en lav giftig forbindelse med en lav grad af fare for mennesker [61] . Toksicitetsindikatorer:
Cæsiumchlorids toksiske egenskaber i høje koncentrationer er forbundet med denne forbindelses evne til at reducere indholdet af kalium i kroppen og delvist erstatte det i biokemiske processer [62] . Støvet af forbindelsen kan forårsage irritation af de øvre luftveje , luftvejslidelser, astma [40] .
Ordbøger og encyklopædier | |
---|---|
I bibliografiske kataloger |
_ | Cæsiumforbindelser|
---|---|
|