Cesiumklorid | |
---|---|
Allmän | |
Systematiskt namn |
Cesiumklorid |
Traditionella namn | Cesiumklorid |
Chem. formel | CsCl |
Råtta. formel | CsCl |
Fysikaliska egenskaper | |
stat | Fast |
föroreningar | Rb , Ca , Na |
Molar massa | 168,36 g/ mol |
Densitet | 3 983 [1] |
Termiska egenskaper | |
Temperatur | |
• smältning | 646 [1] |
• kokande | 1295 [1] °C |
Mol. värmekapacitet | 52,63 [2] J/(mol K) |
Entalpi | |
• utbildning | −443 [1] kJ/mol |
Kemiska egenskaper | |
Löslighet | |
• i vatten | 186,5 [1] |
Optiska egenskaper | |
Brytningsindex | 1,6418 [3] |
Strukturera | |
Kristallstruktur | kubisk primitiv |
Dipolmoment | 10.42 D |
Klassificering | |
Reg. CAS-nummer | 7647-17-8 |
PubChem | 24293 |
Reg. EINECS-nummer | 231-600-2 |
LEDER | [Cl-].[Cs+] |
InChI | InChI=lS/ClH.Cs/hlH;/q;+1/p-1AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M |
RTECS | FK9625000 |
CHEBI | 63039 |
ChemSpider | 22713 |
Säkerhet | |
LD 50 | 1500 [4] |
Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges. | |
Mediafiler på Wikimedia Commons |
Cesiumklorid ( cesiumklorid , kemisk formel CsCl ) är ett oorganiskt binärt cesiumsalt av saltsyra .
I kristallint tillstånd - ett färglöst ämne med en jonisk struktur; icke-flyktig, termiskt stabil. Cesiumklorid är mycket lösligt i vatten och koncentrerad saltsyra .
Förekommer i naturen som en inblandning av mineralet karnalit (upp till 0,002%) [5] , sylvin och kainit [6] : [s. 210-211] . Finns även i små mängder i mineralvatten . Till exempel, i mineralkällan Durkheim (Tyskland), där cesium först upptäcktes, når halten CsCl 0,17 mg/l [6] :[p. 206] .
Cesiumklorid är en typisk jonkristall där varje cesiumjon Cs + är omgiven av åtta kloridjoner Cl − [7] . Dipolmomentet för molekylen är 10,42 D [1] :[p. 377] . Finfördelningsenergin (E st ) är 443 kJ/mol, bindningslängden (internukleärt avstånd mellan atomer) är 291 pm [1] :[p. 380] . Elektronaffinitetsenergi 0,445 eV [8] :[s. 10-150] . Sekundär elektronemission , δ max = 6,5 [8] : [s. 12-125] . Elementarsammansättning av föreningen: Cs 78,94%, Cl 21,06%. Cesiumklorid i gasform innehåller Cs 2 Cl 2 -dimermolekyler med platt rombisk form [9] .
Kristallgittret för föreningen är primitivt kubiskt (α-CsCl), kristallografisk grupp P m3m (O h 1 ), cellparametrar a = 0,410 nm, Z = 1 [10] . Vid uppvärmning över 454 °C omvandlas α-CsCl till den ansiktscentrerade modifieringen β-CsCl , rymdgrupp F 3m3 , cellparametrar a = 0,694 nm, Z = 4 [10] . Madelung-konstanten för CsCl är 1,763 [11] .
Brytningsindex för kristallin CsCl vid olika våglängder [8] : [s. 10-227] :
Våglängd, nm | 300 | 589 | 750 | 1000 | 2000 | 5 000 | 10 000 | 20 000 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Brytningsindex | 1,712 | 1,640 | 1,631 | 1,626 | 1,620 | 1,616 | 1,606 | 1,563 |
Abbe-tal för cesiumklorid: Vd = 43,92 ; Ve = 43,58 [ 12] .
Kristallstrukturens (U) energi är 650,7 kJ/mol [13] .
Kristallstrukturen för CsCl väljs som ett typiskt primitivt kristallgitter för föreningar av typen AX (typ CsCl), där centralatomen A (Cs) omges av åtta atomer (atomgrupper) X (Cl).
Cesiumklorid är under normala förhållanden en färglös (i grov kristallin form) eller vit (i pulverform) förening, mycket löslig i vatten (186,5 gram CsCl i 100 g H 2 O vid 20 ° C, 250 g vid 80 ° C , 270,5 g vid 100 °C) [1] : [sid. 620] [3] . Hygroskopisk , suddig i luften; mer flyktig än kaliumklorid [14] . Bildar inte kristallina hydrater [15] .
Beroendet av lösligheten av cesiumklorid (i massprocent) i vatten på temperaturen [8] : [s. 8-112] :
Temperatur | 0°C | 10°C | 20°C | 25 °С | 30 °С | 40°C | 50°C | 60°C | 70 °С | 80°C | 90 °С | 100 °С |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Löslighet, % | 61,83 | 63,48 | 64,96 | 65,64 | 66,29 | 67,50 | 68,60 | 69,61 | 70,54 | 71,40 | 72,21 | 72,96 |
Löslighet i vissa icke-vattenhaltiga oorganiska medier [16] :
Löslig i metanol , lätt löslig i etanol (3,17 respektive 0,76 gram CsCl i 100 g lösningsmedel vid 25 °C); vällöslig i myrsyra (107,7 gram CsCl i 100 g lösningsmedel vid 18 °C) och hydrazin [6] :[s. 97] [15] [17] .
Beroendet av lösligheten av cesiumklorid (i gram per 100 g lösningsmedel) i metanol och etanol av temperatur [K 1] [16] :
Temperatur | 0°C | 15°C | 25 °С | 40°C | 50°C | 60°C |
---|---|---|---|---|---|---|
metanol | 2,37 | 2,93 | 3.16 | 3,45 | 3,53 | n/a |
etanol | 0,483 | 0,626 | 0,757 | 0,840 | 0,968 | 0,919 |
Låglöslig i aceton (0,004 % vid 18 °C) och acetonitril (0,0083 gram per 100 g lösningsmedel vid 18 °C) [17] . Praktiskt taget olöslig i etylacetat och andra estrar , metyletylketon , acetofenon , pyridin , klorbensen [18] .
Till skillnad från NaCl och KCl löser det sig väl i koncentrerad saltsyra [9] . Nedan är en kurva över cesiumkloridlöslighet kontra temperatur och HCl-koncentration [17] .
Densitet för en vattenlösning av CsCl vid 20 °C [1] : [s. 645] :
ett % | 2 % | fyra % | 6 % | åtta % | tio % | 12 % | fjorton % | 16 % | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Densitet , g/l | 1005,9 | 1013,7 | 1029,6 | 1046,1 | 1062,9 | 1080,4 | 1098,3 | 1116,8 | 1135,8 |
arton % | tjugo % | 22 % | 24 % | trettio % | 35 % | 40 % | femtio % | 60 % | |
1155,5 | 1175,8 | 1196,8 | 1218,5 | 1288,2 | 1352,2 | 1422,5 | 1585,8 | 1788.6 |
Aktivitetskoefficienter för vattenlösningar av CsCl i olika koncentrationer vid 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 |
Några fysikaliska parametrar för vattenlösningar av CsCl vid 20 °C [8] : [s. 8-61,62] :
Fysikaliska parametrar för vattenlösningar av CsCl vid 20 °C | |||||
---|---|---|---|---|---|
Masskoncentration, % | Molalitet, mol/kg | Molaritet, mol/l | Brytningsindex [K 2] | Fryspunktsfall, °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 |
Det empiriska beroendet av lösligheten av cesiumklorid ( m , mol/kg) i vatten på tryck ( P , MPa; i intervallet från 0,10 till 400 MPa) och temperatur ( T , K; i intervallet 273–313 K) uttrycks med följande ekvation ( rms-avvikelse : 0,022 mol/kg) [19] :
Grundläggande termodynamiska egenskaper [1] : [s. 462, 532] : i gasform :
i kristallint tillstånd (α) :
egenskaper hos fasövergångar :
Det mättade ångtrycket för cesiumklorid beskrivs med följande ekvationer [20] : där p är trycket, mm Hg. Konst.; T är temperaturen, K. |
Några fysikaliska konstanter för cesiumklorid:
Ekvationen för värmekapacitetens beroende av temperatur (T) i intervallet 298–918 K [2] : [s. 76] :
Det empiriska beroendet för självdiffusionskoefficienten på temperatur (T) uttrycks av följande ekvation [23] :
där Do är diffusionsfaktorn, cm2 / s ; E a är aktiveringsenergin, kJ/mol; R är den universella gaskonstanten . Värdena för Do och E a för Cs + jonen i CsCl -kristallen [23] är:
Värdena på Do och E a för Cl - jonen i CsCl -kristallen [23] är:
Värdena på Do och E a för diffusionen av en inert gas ( Xe ) i en CsCl -kristall [23] :
|
För första gången, 1905, isolerade den franske kemisten Axpil ( fr. Hackspill ) metalliskt cesium genom att reducera cesiumklorid med kalcium i vakuum [24] . Denna metod är fortfarande den vanligaste metoden för industriell produktion av cesium [25] .
Cesiumklorid, när den löses i vatten, dissocierar nästan fullständigt till joner, medan cesiumkatjoner i en utspädd lösning solvatiseras [26] :
I vattenlösningar går det in i typiska utbytesreaktioner med vissa föreningar:
Fast CsCl, vid upphettning med koncentrerad svavelsyra (kokande) eller cesiumhydrosulfat (550–700 °C), bildar sulfat [26] :
Mycket svagt reduktionsmedel , oxideras till klor endast med hjälp av starka oxidationsmedel under svåra förhållanden [26] :
Det bildar blandade salter med några klorider : 2CsCl • BaCl 2 [27] , 2CsCl • CuCl 2 , CsCl • 2CuCl, CsCl • LiCl och ett antal andra [28] .
Reagerar med interhalogenföreningar och bildar polyhalider [29] :
Under laboratorieförhållanden erhålls cesiumklorid genom att reagera cesiumhydroxid , karbonat , bikarbonat eller cesiumsulfid med saltsyra :
Inom industrin erhålls cesiumklorid genom att bearbeta malmråvaror, som regel pollucit , det viktigaste industriella mineralet av cesium. Huvudmetoden för att öppna det krossade förorenande koncentratet är dess behandling med saltsyra vid förhöjd temperatur [K 5] [30] :
Isoleringen av cesiumklorid från lösningen utförs genom dess utfällning i form av olösliga dubbelsalter med användning av antimon(III) klorid , jodmonoklorid eller cerium(IV)klorid [30] :
Efter separation och rening av fällningen separeras cesiumklorid från biprodukten genom termisk hydrolys eller genom utfällning med vätesulfid - i båda fallen förblir CsCl i lösning [30] :
För att erhålla höggradigt ren cesiumklorid används dess utfällning i form av Cs[I(Cl) 2 ] eller Cs[I(Cl) 4 ] följt av omkristallisation från en saltsyralösning. Faktiskt erhålls CsCl från komplexsaltet termiskt [6] :[p. 357-358] :
Råvarorna för framställning av cesiumklorid är också karnalitbearbetningsavfall [ 6] : [s. 307-314] . I Ryssland utförs den industriella produktionen av föreningen vid ett enda företag - CJSC Rare Metals Plant ( Novosibirsk ) [31] .
Trots ett ganska stort utbud av anvisningar för användning av föreningen (se avsnittet Applikation ), är den årliga globala produktionen av kommersiell cesiumklorid [K 6] mycket liten. Från och med 2010 är det mindre än 20 ton [32] .
Cesiumklorid bildas som en mellanprodukt i utvinningen av cesium från mineralråvaror [33] , och även som råmaterial för metalltermisk produktion av själva metallen [5] :
Föreningen används för att framställa cesiumhydroxid genom elektrolys av en vattenhaltig saltlösning [6] :[s. 90] :
Föreningen användes för att studera mendeleviumjoner Md + [34] .
Inom den radio-elektroniska industrin används cesiumklorid i vakuumrör för radio- och tv-utrustning, framställning av röntgenfluorescerande skärmar; vid röntgen som kontrastmedel [35] .
En viktig riktning i användningen av CsCl är dess användning som en arbetslösning för ultracentrifugering av proteinpartiklar i en densitetsgradient. Metoden för jämviktscentrifugering (isopycnic) kräver skapandet av en relativt hög densitet av lösningen samtidigt som mediets viskositet bibehålls. Cesiumklorid uppfyller kraven för höghastighetsfraktionering av DNA , RNA , vissa proteiner och nukleotider [K 7] [36] .
Andra användningsområden för cesiumklorid inkluderar:
Cesiumklorid används relativt sällan i organisk syntes, men ett antal kemiska reaktioner har beskrivits där denna förening används som en fasöverföringskatalysator eller nukleofil reagens :
Cesiumklorid används ofta som ett analytiskt reagens för att utföra kvalitativa reaktioner för mikrokemisk detektering av oorganiska ämnen genom bildandet av karakteristiska kristallina fällningar ( mikrokristalloskopi ). Exempel på speciella mikrokristalloskopiska reaktioner med användning av CsCl ges i tabellen [50] :
Detekterad jon | Tillhörande reagens | Sedimentsammansättning | Slamkarakteristik | Detektionsgräns, μg |
---|---|---|---|---|
AsO 3 3- | KI | Cs 2 [ASI 5 ] eller Cs 3 [ASI 6 ] | röda hexagoner | 0,01 |
Au 3+ | AgCl , HCl | Cs 2 Ag[AuCl 6 ] | nästan svarta kors, fyr- och sexuddiga stjärnor | 0,01 |
Au 3+ | NH4SCN _ _ | Cs[Au(SCN) 4 ] | orange-gula nålar | 0,4 |
Bi 3+ | KI , HCl | Cs2 [ BiI5 ] • 2,5H2O _ | röda hexagoner | 0,13 |
Cu2 + | (CH 3 COO) 2 Pb , CH 3 COOH , KNO 2 | Cs2Pb [ Cu( NO2 ) 6 ] | svarta små kuber | 0,01 |
I 3+ | — | Cs 3 [InCl 6 ] | små oktaedrar | 0,02 |
[IrCl 6 ] 3− | — | Cs2 [ IrCl6 ] _ | mörkröd små oktaedrar | n/a |
Mg2 + | Na2HPO4 _ _ _ | CsMgPO4 • 6H2O _ _ | små tetraedrar | n/a |
Pb 2+ | KI | Cs [ PbI3 ] | gulgröna nålar, uttag | 0,01 |
Pd 2+ | NaBr | Cs 2 [PdBr 4 ] | brunröda nålar och prismor | n/a |
[ ReCl4 ] - | — | Cs [ReCl4 ] | mörkröda diamanter, bipyramider | 0,2 |
[ReCl 6 ] 2− | — | Cs 2 [ReCl 6 ] | gröngul små oktaedrar | 0,5 |
ReO 4 − | — | CsReO 4 | tetragonala bipyramider | 0,13 |
Rh 3+ | VET 2 | Cs3 [ Rh( NO2 ) 6 ] | gula kuber | 0,1 |
Ru 3+ | — | Cs3 [ RuCl6 ] _ | rosa-röda nålar, pinnar | n/a |
[ RuCl6 ] 2− | — | Cs2 [ RuCl6 ] _ | rödbruna fina kristaller | 0,8 |
Sb 3+ | — | Cs2 [ SbCl5 ] • nH2O _ | hexagoner | 0,16 |
Sb 3+ | NaI | Cs[SbI 4 ] eller Cs 2 [SbI 5 ] | röda hexagoner | 0,1 |
sn 4+ | — | Cs2 [ SnCl6 ] _ | mycket små oktaedrar | 0,2 |
TeO 3 3− | HCl | Cs 2 [TeCl 6 ] | ljusgul oktaedrar | 0,3 |
Tl 3+ | NaI | Cs[TlI 4 ] | orange röda hexagoner, rektanglar, kuber | 0,06 |
Cesiumklorid används för följande kvalitativa analytiska reaktioner [K 10] [51] :
Detekterad jon | Tillhörande reagens | Analytisk definition | Detektionsgräns, mg/ml |
---|---|---|---|
Al 3+ | K2SO4 _ _ _ | i ett neutralt medium efter torkning utan uppvärmning - färglösa kristaller | 0,01 |
Ga3 + | KHSO 4 | vid lätt uppvärmning faller färglösa kristaller ut | 0,5 |
Cr3 + | KHSO 4 | i ett svagt surt medium faller blekt lila kristaller ut vid avdunstning | 0,06 |
Cesiumklorid används som en kemisk standard för att kalibrera kalorimetrar för temperatur och värmekapacitet . .
De terapeutiska egenskaperna hos cesiumklorid upptäcktes så tidigt som 1888 i laboratoriet hos I.P. Pavlov S.S. Botkin . Substansen hade en uttalad hypertensiv och vasokonstriktiv effekt och användes för att behandla störningar i det kardiovaskulära systemet [52] .
Flera kliniska prövningar har visat att cesiumklorid kan användas i komplex terapi av vissa former av cancer [53] [54] . Användningen av detta läkemedel har dock kopplats till 50 patienters död när det användes som en del av en vetenskapligt oprövad cancerbehandling. Enligt American Cancer Society, nuvarande vetenskapliga bevis tyder inte på att icke-radioaktiva cesiumkloridtillskott har en effekt på tumörer [55] .
Ett amerikanskt patent har också utfärdats för användning av föreningen som ett stimulerande medel för nervsystemet. CsCl är noterat för att vara mycket effektivt för att reglera hjärtarytmier . I områden i världen med ett högt innehåll av cesiumsalter i kosten har en ökad medellivslängd noterats. Enligt preliminära experimentella data kan cesiumklorid och dess andra salter vara användbara för behandling av manodepressiva sjukdomar [53] . Den terapeutiska effekten av föreningen vid behandling av neurodegenerativa sjukdomar beror på det faktum att CsCl skyddar neuroner från apoptos och kaspas-3- aktivering orsakad av ett lågt innehåll av kaliumjoner [56] .
Förutom den vanliga cesiumkloriden finner 137 CsCl, en metallklorid som använder den radioaktiva isotopen av cesium 137 Cs , en separat tillämpning inom stråldiagnostik och strålbehandling [57] . En annan radioisotop av cesium 131 Cs i form av klorid används också som ett terapeutiskt och diagnostiskt medel vid brachyterapi [38] och i synnerhet vid direkt diagnos av hjärtinfarkt [58] [59] .
Från och med den 22 juli 2013 ingår inte cesiumklorid i listan över registrerade läkemedel, inkluderade i det statliga registret över läkemedel och godkända för medicinsk användning i Ryska federationen [60] .
Cesiumklorid är en lågtoxisk förening med låg grad av fara för människor [61] . Toxicitetsindikatorer:
De toxiska egenskaperna hos cesiumklorid i höga koncentrationer är förknippade med förmågan hos denna förening att minska innehållet av kalium i kroppen och delvis ersätta det i biokemiska processer [62] . Dammet av föreningen kan orsaka irritation i de övre luftvägarna , andningsstörningar, astma [40] .
![]() | |
---|---|
I bibliografiska kataloger |
_ | Cesiumföreningar|
---|---|
|