Cloreto de césio - Caesium chloride

Cloreto de césio.jpg
CsCl polyhedra.png
Cloreto de césio-3D-ionic.png
Nomes
Nome IUPAC
Cloreto de césio
Outros nomes
Cloreto de césio
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.028.728 Edite isso no Wikidata
Número EC
UNII
  • InChI = 1S / ClH.Cs / h1H; / q; + 1 / p-1 VerificaY
    Chave: AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M VerificaY
  • InChI = 1 / ClH.Cs / h1H; / q; + 1 / p-1
    Chave: AIYUHDOJVYHWHXWOFAO
  • [Cs +]. [Cl-]
Propriedades
CsCl
Massa molar 168,36 g / mol
Aparência sólido branco
higroscópico
Densidade 3,988 g / cm 3
Ponto de fusão 646 ° C (1.195 ° F; 919 K)
Ponto de ebulição 1.297 ° C (2.367 ° F; 1.570 K)
1910 g / L (25 ° C)
Solubilidade solúvel em etanol
Gap de banda 8,35 eV (80 K)
-56,7 · 10 −6 cm 3 / mol
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)
Estrutura
CsCl, cP2
Pm 3 m, No. 221
a  = 0,4119 nm
0,0699 nm 3
1
Cúbico (Cs + )
Cúbico (Cl - )
Perigos
Pictogramas GHS GHS07: NocivoGHS08: Risco para a saúde
Palavra-sinal GHS Aviso
H302 , H341 , H361 , H373
P201 , P202 , P260 , P264 , P270 , P281 , P301 + 312 , P308 + 313 , P314 , P330 , P405 , P501
Dose ou concentração letal (LD, LC):
LD 50 ( dose mediana )
2600 mg / kg (oral, rato)
Compostos relacionados
Outros ânions
Fluoreto de
césio Brometo de
césio Iodeto de
césio Astatida de césio
Outros cátions
Cloreto de lítio Cloreto de
sódio Cloreto de
potássio Cloreto de
rubídio Cloreto de
frâncio
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referências da Infobox

O cloreto de césio ou cloreto de césio é o composto inorgânico com a fórmula Cs Cl . Este sal incolor é uma fonte importante de íons de césio em uma variedade de aplicações de nicho. Sua estrutura cristalina forma um tipo estrutural principal, onde cada íon de césio é coordenado por 8 íons de cloreto. O cloreto de césio dissolve-se na água. O CsCl muda para a estrutura do NaCl durante o aquecimento. Cloreto de césio ocorre naturalmente como impurezas em carnalite (até 0,002%), silvite e sal bruto de potássio . Menos de 20 toneladas de CsCl são produzidas anualmente em todo o mundo, principalmente a partir de uma polucita mineral contendo césio .

O cloreto de césio é uma estrutura de medicamento amplamente utilizada em centrifugação isopícnica para separar vários tipos de DNA . É um reagente em química analítica , onde é utilizado para identificar íons pela cor e morfologia do precipitado. Quando enriquecido em radioisótopos , como 137 CsCl ou 131 CsCl, o cloreto de césio é usado em aplicações de medicina nuclear , como tratamento de câncer e diagnóstico de infarto do miocárdio . Outra forma de tratamento do câncer foi estudada usando CsCl não radioativo convencional. Enquanto o cloreto de césio convencional tem uma toxicidade bastante baixa para humanos e animais, a forma radioativa contamina facilmente o meio ambiente devido à alta solubilidade do CsCl na água. A disseminação de 137 CsCl em pó de um recipiente de 93 gramas em 1987 em Goiânia , Brasil, resultou em um dos piores acidentes de derramamento de radiação, matando quatro e afetando diretamente 249 pessoas.

Estrutura de cristal

A estrutura do cloreto de césio adota uma estrutura cúbica primitiva com uma base de dois átomos, onde ambos os átomos têm coordenação óctupla. Os átomos de cloreto ficam nos pontos da rede nos cantos do cubo, enquanto os átomos de césio ficam nos orifícios no centro dos cubos; uma 'configuração' alternativa e exatamente equivalente tem os íons césio nos cantos e o íon cloreto no centro. Esta estrutura é compartilhada com CsBr e Csl e muitas metálicos binários ligas . Em contraste, os outros haletos alcalinos têm a estrutura do cloreto de sódio (sal rochoso). Quando ambos os íons são semelhantes em tamanho (Cs + raio iônico 174 pm para este número de coordenação, Cl - 181 pm) a estrutura CsCl é adotada, quando eles são diferentes (Na + raio iônico 102 pm, Cl - 181 pm) do cloreto de sódio estrutura é adotada. Após o aquecimento acima de 445 ° C, a estrutura normal de cloreto de césio (α-CsCl) se converte na forma β-CsCl com a estrutura de sal rochoso ( grupo espacial Fm 3 m ). A estrutura do sal rochoso também é observada em condições ambientais em filmes de CsCl com nanômetros de espessura crescidos em substratos de mica , LiF, KBr e NaCl.

Propriedades físicas

O cloreto de césio é incolor na forma de grandes cristais e branco quando em pó. Dissolve-se prontamente em água com a solubilidade máxima aumentando de 1865 g / L a 20 ° C para 2705 g / L a 100 ° C. Os cristais são muito higroscópicos e se desintegram gradualmente nas condições ambientais. O cloreto de césio não forma hidratos .

Solubilidade de CsCl em água
Т (° C) 0 10 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100
S (% em peso) 61,83 63,48 64,96 65,64 66,29 67,50 68,60 69,61 70,54 71,40 72,21 72,96

Em contraste com o cloreto de sódio e o cloreto de potássio , o cloreto de césio dissolve-se prontamente em ácido clorídrico concentrado. O cloreto de césio também tem uma solubilidade relativamente alta em ácido fórmico (1077 g / L a 18 ° C) e hidrazina ; solubilidade média em metanol (31,7 g / L a 25 ° C) e baixa solubilidade em etanol (7,6 g / L a 25 ° C), dióxido de enxofre (2,95 g / L a 25 ° C), amônia (3,8 g / L a 0 ° C), acetona (0,004% a 18 ° C), acetonitrila (0,083 g / L a 18 ° C), etilacetatos e outros éteres complexos , butanona , acetofenona , piridina e clorobenzeno .

Apesar de sua ampla lacuna de banda de cerca de 8,35 eV a 80 K, o cloreto de césio conduz eletricidade fracamente, e a condutividade não é eletrônica, mas iônica . A condutividade tem um valor da ordem de 10-7 S / cm a 300 ° C. Ela ocorre por meio de saltos no vizinho mais próximo de vagas em treliça, e a mobilidade é muito maior para as vagas Cl - do que para Cs + . A condutividade aumenta com a temperatura até cerca de 450 ° C, com uma energia de ativação variando de 0,6 a 1,3 eV a cerca de 260 ° C. Em seguida, cai drasticamente em duas ordens de magnitude por causa da transição de fase da fase α-CsCl para a fase β-CsCl. A condutividade também é suprimida pela aplicação de pressão (diminuição de cerca de 10 vezes a 0,4 GPa), o que reduz a mobilidade das vagas da rede.

Reações

O cloreto de césio se dissocia completamente após a dissolução em água e os cátions Cs + são solvatados em solução diluída. O CsCl se converte em sulfato de césio ao ser aquecido em ácido sulfúrico concentrado ou aquecido com hidrogenossulfato de césio a 550-700 ° C:

2 CsCl + H 2 SO 4 → Cs 2 SO 4 + 2 HCl
CsCl + CsHSO 4 → Cs 2 SO 4 + HCl

O cloreto de césio forma uma variedade de sais duplos com outros cloretos. Os exemplos incluem 2CsCl · BaCl 2 , 2CsCl · CuCl 2 , CsCl · 2CuCl e CsCl·LiCl, e com compostos interhalogênicos :

Ocorrência e produção

Fios monoatômicos de haleto de césio cultivados dentro de nanotubos de carbono de parede dupla .

Cloreto de césio ocorre naturalmente como uma impureza no halogeneto de minerais Carnalite (KMgCl 3 .6H 2 O com até 0,002% de CsCl), silvite (KCl) e sal bruto de potássio (MgSO 4 · · KCl 3H 2 O) águas, e em minerais. Por exemplo, a água do spa Bad Dürkheim , que foi usada isoladamente de césio, continha cerca de 0,17 mg / L de CsCl. Nenhum desses minerais é comercialmente importante.

Em escala industrial, o CsCl é produzido a partir do mineral polucita , que é pulverizado e tratado com ácido clorídrico em temperatura elevada. O extrato é tratado com cloreto de antimônio , monocloreto de iodo ou cloreto de cério (IV) para dar o sal duplo pouco solúvel, por exemplo:

CsCl + SbCl 3 → CsSbCl 4

O tratamento do sal duplo com sulfeto de hidrogênio dá CsCl:

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

O CsCl de alta pureza também é produzido a partir de recristalizado (e ) por decomposição térmica:

Apenas cerca de 20 toneladas de compostos de césio, com uma contribuição importante do CsCl, eram produzidas anualmente por volta das décadas de 1970 e 2000 em todo o mundo. O cloreto de césio enriquecido com césio-137 para aplicações de radioterapia é produzido em uma única instalação Mayak na região de Ural, na Rússia, e é vendido internacionalmente por meio de um revendedor do Reino Unido. O sal é sintetizado a 200 ° C devido à sua natureza higroscópica e selado em um recipiente de aço em forma de dedal que é então encerrado em outro invólucro de aço. A vedação é necessária para proteger o sal da umidade.

Métodos de laboratório

No laboratório, o CsCl pode ser obtido tratando hidróxido de césio , carbonato , bicarbonato de césio ou sulfeto de césio com ácido clorídrico:

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

Usos

Precursor para metal Cs

O cloreto de césio é o principal precursor do césio metálico por redução de alta temperatura:

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

Uma reação semelhante - aquecer CsCl com cálcio no vácuo na presença de fósforo - foi relatada pela primeira vez em 1905 pelo químico francês ML Hackspill e ainda é usada industrialmente.

O hidróxido de césio é obtido por eletrólise da solução aquosa de cloreto de césio:

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

Soluto para ultracentrifugação

O cloreto de césio é amplamente utilizado na centrifugação em uma técnica conhecida como centrifugação isopícnica . As forças centrípeta e difusiva estabelecem um gradiente de densidade que permite a separação das misturas com base em sua densidade molecular. Esta técnica permite a separação de DNA de diferentes densidades (por exemplo, fragmentos de DNA com conteúdo diferente de AT ou GC). Esta aplicação requer uma solução com alta densidade, mas com viscosidade relativamente baixa, e o CsCl é adequado devido à sua alta solubilidade em água, alta densidade devido à grande massa de Cs, bem como baixa viscosidade e alta estabilidade das soluções de CsCl.

Química orgânica

O cloreto de césio raramente é usado em química orgânica. Ele pode atuar como um reagente catalisador de transferência de fase em reações selecionadas. Uma dessas reações é a síntese de derivados do ácido glutâmico

onde TBAB é brometo de tetrabutilamônio (catalisador de interfase) e CPME é um éter ciclopentilmetílico (solvente).

Outra reação é a substituição de tetranitrometano

onde DMF é dimetilformamida (solvente).

Química Analítica

O cloreto de césio é um reagente da química analítica tradicional usado para detectar íons inorgânicos por meio da cor e morfologia dos precipitados. A medição quantitativa da concentração de alguns desses íons, por exemplo, Mg 2+ , com espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado , é usada para avaliar a dureza da água.

Também é usado para detecção dos seguintes íons:

Íon Reagentes acompanhantes Detecção Limite de detecção (μg / mL)
Al 3+ K 2 SO 4 Cristais incolores se formam em meio neutro após a evaporação 0,01
Ga 3+ KHSO 4 Cristais incolores se formam com o aquecimento 0,5
Cr 3+ KHSO 4 Cristais violeta pálido precipitam em meio ligeiramente ácido 0,06

Medicina

A American Cancer Society declara que "as evidências científicas disponíveis não apóiam as alegações de que os suplementos de cloreto de césio não radioativos tenham qualquer efeito sobre os tumores". A Food and Drug Administration alertou sobre os riscos de segurança, incluindo toxicidade cardíaca significativa e morte, associados ao uso de cloreto de césio na medicina naturopática.

Medicina nuclear e radiografia

O cloreto de césio, composto por radioisótopos como o 137 CsCl e o 131 CsCl, é usado na medicina nuclear , incluindo o tratamento do câncer ( braquiterapia ) e o diagnóstico de infarto do miocárdio . Na produção de fontes radioativas , é normal escolher uma forma química do radioisótopo que não se dispersaria prontamente no meio ambiente em caso de acidente. Por exemplo, geradores radiotérmicos (RTGs) costumam usar titanato de estrôncio , que é insolúvel em água. Para fontes de teleterapia , entretanto, a densidade radioativa ( Ci em um determinado volume) precisa ser muito alta, o que não é possível com compostos de césio insolúveis conhecidos. Um recipiente em forma de dedal de cloreto de césio radioativo fornece a fonte ativa.

Aplicativos diversos

O cloreto de césio é usado na preparação de vidros condutores de eletricidade e telas de tubos de raios catódicos. Em conjunto com gases raros, o CsCl é usado em lâmpadas de excímeros e lasers de excímeros . Outros usos incluem ativação de eletrodos na soldagem; fabricação de água mineral, cerveja e lamas de perfuração ; e soldas de alta temperatura. Cristais simples de CsCl de alta qualidade têm uma ampla faixa de transparência de UV ao infravermelho e, portanto, foram usados ​​para cubetas, prismas e janelas em espectrômetros ópticos; esse uso foi descontinuado com o desenvolvimento de materiais menos higroscópicos.

O CsCl é um inibidor potente dos canais de HCN, que carregam a corrente h nas células excitáveis, como os neurônios. Portanto, pode ser útil em experimentos de eletrofisiologia em neurociência.

Toxicidade

O cloreto de césio apresenta baixa toxicidade para humanos e animais. Sua dose letal média (LD 50 ) em camundongos é de 2.300 mg por quilograma de peso corporal para administração oral e 910 mg / kg para injeção intravenosa. A leve toxicidade do CsCl está relacionada à sua capacidade de diminuir a concentração de potássio no corpo e substituí-lo parcialmente em processos bioquímicos. Quando ingerido em grandes quantidades, entretanto, pode causar um desequilíbrio significativo no potássio e levar à hipocalemia , arritmia e parada cardíaca aguda . No entanto, o cloreto de césio em pó pode irritar as membranas mucosas e causar asma .

Devido à sua alta solubilidade em água, o cloreto de césio é altamente móvel e pode até mesmo se difundir através do concreto. Esta é uma desvantagem para sua forma radioativa, que estimula a busca por materiais radioisótopos menos móveis quimicamente. As fontes comerciais de cloreto de césio radioativo são bem vedadas em um invólucro duplo de aço. No entanto, no acidente de Goiânia, no Brasil , tal fonte contendo cerca de 93 gramas de 137 CsCl, foi roubada de um hospital abandonado e aberta à força por dois catadores. O brilho azul emitido no escuro pelo cloreto de césio radioativo atraiu os ladrões e seus parentes que desconheciam os perigos associados e espalharam a pólvora. Isso resultou em um dos piores acidentes de derramamento de radiação em que 4 pessoas morreram dentro de um mês da exposição, 20 mostraram sinais de enjoo da radiação , 249 pessoas foram contaminadas com cloreto de césio radioativo e cerca de mil receberam uma dose superior a uma quantidade anual de radiação de fundo. Mais de 110.000 pessoas sobrecarregaram os hospitais locais e vários quarteirões da cidade tiveram que ser demolidos nas operações de limpeza. Nos primeiros dias da contaminação, várias pessoas sentiram distúrbios estomacais e náuseas devido ao enjoo da radiação, mas só depois de vários dias uma pessoa associou os sintomas ao pó e levou uma amostra às autoridades.

Veja também

Referências

Bibliografia

  • Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92ª ed.). Boca Raton, FL: CRC Press . ISBN 1-4398-5511-0.
  • Lidin, R. A; Andreeva, LL; Molochko VA (2006). Константы неорганических веществ: справочник (Compostos inorgânicos: livro de dados) . Moscou. ISBN 978-5-7107-8085-5.
  • Plyushev, VE; Stepin BD (1970). Химия и техtestнология соединений лития, рубидия и цезия(em russo). Moscou: Khimiya.