Chlorid cesný - Caesium chloride

Jména
Název IUPAC Chlorid česný
Ostatní jména Chlorid česný
Identifikátory
Číslo CAS
3D model ( JSmol )
ChemSpider
Informační karta ECHA	100,028,728
Číslo ES
PubChem CID
UNII
CompTox Dashboard ( EPA )
InChI InChI = 1S/ClH.Cs/h1H;/q;+1/p-1 Y Klíč: AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M Y InChI = 1/ClH.Cs/h1H;/q;+1/p-1 Klíč: AIYUHDOJVYHWHXWOFAO
ÚSMĚVY [Cs+]. [Cl-]
Vlastnosti
Chemický vzorec	CsCl
Molární hmotnost	168,36 g/mol
Vzhled	bílá pevná hygroskopická
Hustota	3,988 g / cm 3
Bod tání	646 ° C (1195 ° F; 919 K)
Bod varu	1297 ° C (2367 ° F, 1570 K)
Rozpustnost ve vodě	1910 g/L (25 ° C)
Rozpustnost	rozpustný v ethanolu
Pásová mezera	8,35 eV (80 K)
Magnetická citlivost (χ)	-56,7 · 10 −6 cm 3 /mol
Index lomu ( 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
Krystalická struktura	CsCl, cP2
Vesmírná skupina	Pm 3 m, č. 221
Mřížová konstanta	a  = 0,4119 nm
Objem mříže ( V )	0,0699 nm 3
Vzorce jednotek ( Z )	1
Koordinační geometrie	Krychlový (Cs + ) krychlový (Cl - )
Nebezpečí
Piktogramy GHS
Signální slovo GHS	Varování
Standardní věty o nebezpečnosti GHS	H302 , H341 , H361 , H373
Pokyny pro bezpečné zacházení GHS	P201 , P202 , P260 , P264 , P270 , P281 , P301+312 , P308+313 , P314 , P330 , P405 , P501
Smrtelná dávka nebo koncentrace (LD, LC):
LD 50 ( střední dávka )	2600 mg/kg (orální, krysa)
Související sloučeniny
Jiné anionty	Fluorid česný Bromid česný Jodid cesný astatid cesný
Jiné kationty	Chlorid lithný Chlorid sodný Chlorid draselný Rubidiumchlorid Chlorid vápenatý
Pokud není uvedeno jinak, jsou údaje uvedeny pro materiály ve standardním stavu (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
N. ověřit  ( co je to   ?) YN.
Reference na infobox

Chlorid cesný nebo chlorid cesný je anorganická sloučenina vzorce Cs Cl . Tato bezbarvá sůl je důležitým zdrojem iontů cesia v různých specializovaných aplikacích. Jeho krystalová struktura tvoří hlavní strukturní typ, kde je každý cesiový ion koordinován 8 chloridovými ionty. Chlorid cesný se rozpouští ve vodě. CsCl se při zahřívání mění na strukturu NaCl. Chloridu česného se přirozeně vyskytuje jako nečistoty v karnalit (až do 0,002%), sylvite a kainit . Celosvětově se ročně vyrobí méně než 20 tun CsCl, převážně z minerálu pollucitu nesoucího cesium .

Chlorid cesný je široce používanou strukturou medicíny při izopycnické centrifugaci k separaci různých typů DNA . Jedná se o činidlo v analytické chemii , kde se používá k identifikaci iontů podle barvy a morfologie sraženiny. Když je chlorid cesný obohacen o radioizotopy , jako je ¹³⁷ CsCl nebo ¹³¹ CsCl, používá se v aplikacích nukleární medicíny, jako je léčba rakoviny a diagnostika infarktu myokardu . Byla studována další forma léčby rakoviny pomocí konvenčního neradioaktivního CsCl. Zatímco konvenční chlorid cesný má poměrně nízkou toxicitu pro lidi a zvířata, radioaktivní forma snadno kontaminuje prostředí díky vysoké rozpustnosti CsCl ve vodě. Nátěr ¹³⁷ prášků CsCl z 93 gramového kontejneru v roce 1987 v Goiânia v Brazílii vyústil v jednu z nejhorších nehod při úniku radiace, při které zahynuly čtyři a přímo postihly 249 lidí.

Krystalická struktura

Struktura chloridu cesného přijímá primitivní kubickou mřížku na bázi dvou atomů, kde oba atomy mají osminásobnou koordinaci. Atomy chloridu leží na bodech mřížky v rozích krychle, zatímco atomy cesia leží v otvorech ve středu kostek; alternativní a přesně ekvivalentní „nastavení“ má cesiové ionty v rozích a chloridový ion ve středu. Tato struktura je sdílena s CsBr a CsI a mnoha binárními kovovými slitinami . Naproti tomu ostatní alkalické halogenidy mají strukturu chloridu sodného (rocksalt). Když jsou oba ionty podobné velikosti (Cs ⁺ iontový poloměr 174 pm pro toto koordinační číslo, Cl ^- 181 pm), je přijata struktura CsCl, když jsou různé (Na ⁺ iontový poloměr 102 pm, Cl ^- 181 pm) chlorid sodný struktura je přijata. Po zahřátí na teplotu vyšší než 445 ° C se normální struktura chloridu cesného (α-CsCl) převede na formu β-CsCl se strukturou rockaltové soli ( vesmírná skupina Fm 3 m ). Struktura horniny je také pozorována za okolních podmínek v nanometrově tenkých CsCl filmech pěstovaných na substrátech slídy , LiF, KBr a NaCl.

Fyzikální vlastnosti

Chlorid cesný je bezbarvý ve formě velkých krystalů a v prášku je bílý. Rychle se rozpouští ve vodě s maximální rozpustností rostoucí z 1865 g/l při 20 ° C na 2705 g/l při 100 ° C. Krystaly jsou velmi hygroskopické a za okolních podmínek se postupně rozpadají. Chlorid cesný netvoří hydráty .

Na rozdíl od chloridu sodného a chloridu draselného se chlorid cesný snadno rozpouští v koncentrované kyselině chlorovodíkové. Chlorid cesný má také relativně vysokou rozpustnost v kyselině mravenčí (1077 g/l při 18 ° C) a hydrazinu ; střední rozpustnost v methanolu (31,7 g/l při 25 ° C) a nízká rozpustnost v ethanolu (7,6 g/l při 25 ° C), oxid siřičitý (2,95 g/l při 25 ° C), amoniak (3,8 g/l při 0 ° C), aceton (0,004% při 18 ° C), acetonitril (0,083 g/l při 18 ° C), ethylacetáty a další komplexní ethery , butanon , acetofenon , pyridin a chlorbenzen .

Navzdory širokému pásmu asi 8,35 eV při 80 K chlorid cesný slabě vede elektřinu a vodivost není elektronická, ale iontová . Vodivost má hodnotu řádově ^10–7 S/cm při 300 ° C. To nastane přes nejbližšího souseda skoky příhradových volných pracovních míst a mobilita je mnohem vyšší pro Cl ^- než Cs ⁺ volných pracovních míst. Vodivost se zvyšuje s teplotou až přibližně 450 ° C, přičemž aktivační energie se mění z 0,6 na 1,3 eV při přibližně 260 ° C. Poté prudce klesá o dva řády kvůli fázovému přechodu z fáze α-CsCl do β-CsCl. Vodivost je také potlačena působením tlaku (asi 10krát nižší při 0,4 GPa), což snižuje pohyblivost mřížek.

Reakce

Chlorid cesný se po rozpuštění ve vodě zcela disociuje a kationty Cs ⁺ se solvatují ve zředěném roztoku. CsCl se převádí na síran cesný zahříváním v koncentrované kyselině sírové nebo zahříváním hydrogensíranu česného na 550–700 ° C:

2 CsCl + H ₂ SO ₄ → Cs ₂ SO ₄ + 2 HCl

CsCl + CsHSO ₄ → Cs ₂ SO ₄ + HCl

Chlorid cesný tvoří s jinými chloridy řadu podvojných solí. Mezi příklady patří 2CsCl · BaCl ₂ , 2CsCl · CuCl ₂ , CsCl · 2CuCl a CsCl·LiCl a s interhalogenovými sloučeninami:

${\ displaystyle {\ ce {CsCl + ICl3 -> Cs [ICl4]}}}}$

Výskyt a produkce

Monatomické halogenidy cesia pěstované uvnitř uhlíkových nanotrubic s dvojitou stěnou .

Chloridu česného se přirozeně vyskytuje jako nečistota v halogenidu minerály karnalit (KMgCl ₃ · 6H ₂ O až 0,002% CsCl), sylvite (KCl) a kainit (MgSO ₄ · KCI · 3H ₂ O), a minerální vody. Například voda z lázní Bad Dürkheim , která byla použita k izolaci cesia, obsahovala asi 0,17 mg/l CsCl. Žádný z těchto minerálů není komerčně důležitý.

V průmyslovém měřítku se CsCl vyrábí z minerálního pollucitu , který se práškuje a zpracovává kyselinou chlorovodíkovou při zvýšené teplotě. Na extrakt se působí chloridem antimonitým , monochloridem joditým nebo chloridem ceritým za vzniku špatně rozpustné podvojné soli, např .:

CsCl + SbCl ₃ → CsSbCl ₄

Ošetřením podvojné soli sirovodíkem se získá CsCl:

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

Vysoce čistý CsCl se také vyrábí z rekrystalizovaných (a ) tepelným rozkladem: ${\ displaystyle {\ ce {Cs [ICl2]}}}$${\ displaystyle {\ ce {Cs [ICl4]}}}$

${\ displaystyle {\ ce {Cs [ICl2] -> {CsCl}+ ICl}}}$

Kolem sedmdesátých a dvacátých let se celosvětově ročně vyrábělo jen asi 20 tun sloučenin cesia, s významným přispěním CsCl. Chlorid cesný obohacený o cesium-137 pro aplikace radiační terapie se vyrábí v jediném zařízení Mayak v Uralské oblasti Ruska a prodává se mezinárodně prostřednictvím britského prodejce. Sůl je syntetizována při 200 ° C kvůli své hygroskopické povaze a uzavřena v ocelovém kontejneru ve tvaru náprstku, který je poté uzavřen do jiného ocelového pouzdra. K ochraně soli před vlhkostí je nutné těsnění.

Laboratorní metody

V laboratoři lze CsCl získat zpracováním hydroxidu , uhličitanu , hydrogenuhličitanu česného nebo sulfidu cesného kyselinou chlorovodíkovou:

CsOH + HCl → CsCl + H ₂ O

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

Využití

Předchůdce Cs metalu

Chlorid cesný je hlavním předchůdcem kovového cesia vysokoteplotní redukcí:

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

Podobná reakce - zahřívání CsCl vápníkem ve vakuu za přítomnosti fosforu - byla poprvé popsána v roce 1905 francouzským chemikem ML Hackspillem a stále se používá průmyslově.

Hydroxid česný se získává elektrolýzou vodného roztoku chloridu česného:

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

Roztok pro ultracentrifugaci

Chlorid cesný je široce používán při centrifugaci v technice známé jako isopycnic centrifugace . Dostředivé a difúzní síly vytvářejí hustotní gradient, který umožňuje separaci směsí na základě jejich molekulární hustoty. Tato technika umožňuje separaci DNA různé hustoty (např. Fragmenty DNA s různým obsahem AT nebo GC). Tato aplikace vyžaduje roztok s vysokou hustotou a přesto relativně nízkou viskozitou a CsCl mu vyhovuje díky vysoké rozpustnosti ve vodě, vysoké hustotě v důsledku velké hmotnosti Cs, jakož i nízké viskozitě a vysoké stabilitě roztoků CsCl.

Organická chemie

Chlorid cesný se v organické chemii používá jen zřídka. Ve vybraných reakcích může fungovat jako katalyzátor fázového přenosu katalyzátoru . Jednou z těchto reakcí je syntéza derivátů kyseliny glutamové

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

kde TBAB je tetrabutylamoniumbromid (mezifázový katalyzátor) a CPME je cyklopentylmethylether (rozpouštědlo).

Další reakcí je substituce tetranitromethanu

${\ displaystyle \ overbrace {{\ ce {C (NO2) 4}}} ^{\ text {tetranitromethane}}+{\ ce {CsCl -> [{\ ce {DMF}}] {C (NO2) 3Cl} + CsNO2}}}$

kde DMF je dimethylformamid (rozpouštědlo).

Analytická chemie

Chlorid cesný je činidlo v tradiční analytické chemii používané k detekci anorganických iontů pomocí barvy a morfologie sraženin. K hodnocení tvrdosti vody se používá kvantitativní měření koncentrace některých z těchto iontů, např. Mg ²⁺ , s hmotnostní spektrometrií s indukčně vázanou plazmou .

Ion	Doprovodná činidla	Zbytek	Morfologie	Mez detekce (μg)
AsO 3 3−	KI	Cs 2 [AsI 5 ] nebo Cs 3 [AsI 6 ]	Červené šestiúhelníky	0,01
Au 3+	AgCl , HCl	Cs 2 Ag [AuCl 6 ]	Šedočerné kříže, čtyři a šest paprskových hvězd	0,01
Au 3+	NH 4 SCN	Cs [Au (SCN) 4 ]	Oranžově žluté jehly	0,4
Bi 3+	KI , HCl	Cs 2 [BII 5 ] nebo 2,5H 2 O	Červené šestiúhelníky	0,13
Cu 2+	(CH 3 COO) 2 Pb, CH 3 COOH, KNO 2	Cs 2 Pb [Cu (NO 2 ) 6 ]	Malé černé kostky	0,01
Ve 3+	-	Cs 3 [InCl 6 ]	Malý osmistěn	0,02
[IrCl 6 ] 3−	-	Cs 2 [IrCl 6 ]	Malá tmavě červená oktaedra	-
Mg 2+	Na 2 HPO 4	CsMgPO 4 nebo 6H 2 O	Malý čtyřstěn	-
Pb 2+	KI	Cs [PbI 3 ]	Žlutozelené jehly	0,01
Pd 2+	NaBr	Cs 2 [PdBr 4 ]	Tmavě červené jehly a hranoly	-
[ReCl 4 ] -	-	Cs [ReCl 4 ]	Tmavě červené kosočtverce, bipyramidy	0,2
[ReCl 6 ] 2−	-	Cs 2 [ReCl 6 ]	Malá žluto-zelená oktaedra	0,5
ReO 4 -	-	CsReO 4	Tetragonální bipyramidy	0,13
Rh 3+	KNO 2	Cs 3 [Rh (NO 2 ) 6 ]	Žluté kostky	0,1
Ru 3+	-	Cs 3 [RuCl 6 ]	Růžové jehly	-
[RuCl 6 ] 2−	-	Cs 2 [RuCl 6 ]	Malé tmavě červené krystaly	0,8
Sb 3+	-	Cs 2 [SbCl 5 ] · n H 2 O	Šestiúhelníky	0,16
Sb 3+	NaI	${\ displaystyle {\ ce {Cs [SbI4]}}}}$ nebo ${\ displaystyle {\ ce {Cs2 [SbI5]}}}$	Červené šestiúhelníky	0,1
Sn 4+	-	Cs 2 [SnCl 6 ]	Malý osmistěn	0,2
TeO 3 3−	HCl	Cs 2 [TeCl 6 ]	Světle žlutá octahedra	0,3
Tl 3+	NaI	${\ displaystyle {\ ce {Cs [TlI4]}}}}$	Oranžově červené šestiúhelníky nebo obdélníky	0,06

Používá se také k detekci následujících iontů:

Lék

The American Cancer Society uvádí, že „dostupné vědecké důkazy nepodporují tvrzení, že neradioaktivní doplňky chloridu česného mají jakýkoli účinek na nádory“. Úřad pro kontrolu potravin a léčiv varoval před bezpečnostními riziky, včetně významné srdeční toxicity a úmrtí, spojených s používáním chloridu cesného v přírodní medicíně.

Nukleární medicína a radiografie

Chlorid cesný složený z radioizotopů, jako je ¹³⁷ CsCl a ¹³¹ CsCl, se používá v nukleární medicíně , včetně léčby rakoviny ( brachyterapie ) a diagnostiky infarktu myokardu . Při výrobě radioaktivních zdrojů je normální zvolit chemickou formu radioizotopu, která by nebyla v případě nehody snadno rozptýlena v životním prostředí. Radiotermální generátory (RTG) například často používají titaničitan strontnatý , který je nerozpustný ve vodě. U zdrojů teleterapie však musí být radioaktivní hustota ( Ci v daném objemu) velmi vysoká, což u známých nerozpustných sloučenin cesia není možné. Aktivní zdroj poskytuje náprstek ve tvaru nádoby s radioaktivním chloridem česným.

Různé aplikace

Chlorid cesný se používá k přípravě elektricky vodivých skel a obrazovek katodových trubic. Ve spojení se vzácnými plyny se CsCl používá v excimerových lampách a excimerových laserech . Mezi další použití patří aktivace elektrod při svařování; výroba minerální vody, piva a vrtných kalů ; a vysokoteplotní pájky. Vysoce kvalitní monokrystaly CsCl mají široký rozsah průhlednosti od UV po infračervené, a proto byly použity pro kyvety, hranoly a okénka v optických spektrometrech; toto použití bylo přerušeno vývojem méně hygroskopických materiálů.

CsCl je účinný inhibitor HCN kanálů, které nesou h-proud v excitovatelných buňkách, jako jsou neurony. Proto může být užitečný při elektrofyziologických experimentech v neurovědě.

Toxicita

Chlorid cesný má nízkou toxicitu pro lidi a zvířata. Jeho střední smrtelná dávka (LD ₅₀ ) u myší je 2300 mg na kilogram tělesné hmotnosti pro orální podání a 910 mg/kg pro intravenózní injekci. Mírná toxicita CsCl souvisí s jeho schopností snížit koncentraci draslíku v těle a částečně ji nahradit v biochemických procesech. Při velkém množství však může způsobit významnou nerovnováhu draslíku a vést k hypokalémii , arytmii a akutní srdeční zástavě . Prášek chloridu cesného však může dráždit sliznice a způsobit astma .

Díky své vysoké rozpustnosti ve vodě je chlorid cesný vysoce mobilní a může dokonce difundovat betonem. To je nevýhodou jeho radioaktivní formy, která nutí hledat méně chemicky mobilní radioizotopové materiály. Komerční zdroje radioaktivního chloridu česného jsou dobře uzavřeny ve dvojitém ocelovém pouzdře. Při nehodě v Goiânii v Brazílii však byl takový zdroj obsahující asi 93 gramů ¹³⁷ CsCl ukraden z opuštěné nemocnice a násilím otevřen dvěma mrchožrouty. Modrá záře vyzařovaná ve tmě radioaktivním chloridem česným přitahovala zloděje a jejich příbuzné, kteří si nebyli vědomi souvisejících nebezpečí, a rozprášili prášek. Výsledkem byla jedna z nejhorších havárií při úniku radiace, při které do měsíce od expozice zemřeli 4 lidé, 20 vykazovalo známky radiační nemoci , 249 lidí bylo kontaminováno radioaktivním chloridem česným a asi tisíc dostalo dávku přesahující roční množství záření pozadí. Více než 110 000 lidí zaplavilo místní nemocnice a při úklidových operacích bylo nutné zbourat několik městských bloků. V prvních dnech kontaminace několik lidí zažilo žaludeční poruchy a nevolnost způsobenou radiační nemocí, ale až po několika dnech jedna osoba spojila příznaky s práškem a přinesla vzorek úřadům.

Viz také

• Seznam neúčinných způsobů léčby rakoviny

Reference

Bibliografie

• Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92. ed.). Boca Raton, FL: CRC Press . ISBN 1-4398-5511-0.
• Lidin, R. A; Andreeva, LL; Molochko VA (2006). Константы неорганических веществ: справочник (Anorganic materials: data book) . Moskva. ISBN 978-5-7107-8085-5.
• Plyushev, VE; Stepin BD (1970). Химия и техtestнология соединений лития, рубидия и цезия(v Rusku). Moskva: Khimiya.