염화 세슘

Caesium chloride
염화 세슘
Caesium chloride.jpg
CsCl polyhedra.png
Caesium-chloride-3D-ionic.png
이름
IUPAC 이름
염화 세슘
기타 이름
염화 세슘
식별자
3D 모델(JSmol)
켐스파이더
ECHA InfoCard 100.028.728 Edit this at Wikidata
EC 번호
  • 231-600-2
펍켐 CID
유니
  • InChi=1S/ClH.Cs/h1H;/q;+1/p-1 checkY
    키: AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M checkY
  • InChi=1/ClH.Cs/h1H;/q;+1/p-1
    키: AIYUHDOJVYHWHXWOFAO
  • [Cs+][Cl-]
특성.
CsCl
어금질량 168.36 g/168
외관 백색 고체
흡습성의
밀도 3.988 g/cm3[1]
녹는점 646°C(1,195°F, 919K)[1]
비등점 1,297°C(2,367°[1]F, 1,570K)
1910 g/L(25°C)[1]
용해성 에탄올에[1] 녹는
밴드 갭 8.35 eV(80 K)[2]
자기 감수성(magnetic susibility)
 -56.7·10cm−63/190cm[3]
1.712 (0.3μm)
1.59 μm (0.59 μm)
1.631(0.75μm)
1.626(1μm)
1.616(5μm)
1.563(20μm)[4]
구조
CsCl, cP2
221번[5] Pm3m
a = 0.4119nm
0.0699 nm3
공식 단위(Z)
 1
큐빅(Cs+)
큐빅(Cl−)
위험
GHS 라벨 표시:
GHS07: Exclamation markGHS08: Health hazard
경고
H302, H341, H361, H373
P201, P202, P260, P264, P270, P281, P301+P312, P308+P313, P314, P330, P405, P501
치사량 또는 농도(LD, LC):
2600mg/kg(도덕, 랫드)[6]
관련 화합물
기타 음이온
 플루오르화 세슘
브로마이드 세슘
요오드화 세슘
아스타타이드 세슘
기타 양이온
 염화 리튬
염화나트륨
염화칼륨
염화 루비듐
염화 프랑슘
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
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Infobox 참조 자료

염화 세슘 또는 염화 세슘은 CsCl이라는 공식을 가진 무기 화합물이다. 이 무색의 소금은 다양한 틈새 용도에서 세슘 이온의 중요한 공급원이다. 그것의 결정 구조는 각각의 세슘 이온이 8개의 염화 이온에 의해 조정되는 주요 구조 유형을 형성한다. 염화 세슘은 물에 녹는다. CsCl은 가열 시 NaCl 구조로 변경된다. 염화 세슘은 카르날라이트(최대 0.002%)와 실바이트, 카이나이트에서 불순물로 자연적으로 발생한다. CsCl의 연간 생산량은 20톤 미만이며, 대부분 세슘이 함유된 미네랄 폴루카이트에서 생산된다.[7]

염화 세슘은 다양한 종류의 DNA를 분리하기 위해 이소피크닉 원심분리기에 널리 사용되는 의약품 구조다. 침전물의 색상과 형태학에 의해 이온을 식별하는 데 사용되는 분석화학에서 시약이다. CsCl이나 CsCl과 같은 방사성 동위원소에서 농축되었을 때, 염화 세슘은 암 치료나 심근경색 진단과 같은 핵의학 용도에 사용된다. 종래의 비방사성 CsCl을 이용한 또 다른 형태의 암 치료법이 연구되었다. 기존 염화 세슘은 인간과 동물에 대한 독성이 다소 낮은 반면, 방사성 형태는 물 속 CsCl의 높은 용해성으로 인해 환경을 쉽게 오염시킨다. 1987년 브라질 고이니아에서 93그램짜리 컨테이너에서 CsCl 가루가 퍼지면서 사상 최악의 방사능 유출 사고로 4명이 숨지고 249명이 직접 피해를 입었다.

결정구조

주요 기사: 큐빅 크리스털 시스템

염화 세슘 구조는 2원자 바탕의 원시 입방 격자를 채택하는데, 두 원자는 모두 8배의 조율을 가진다. 염화 원자는 입방체 모서리의 격자점에 놓여 있는 반면 세슘 원자는 입방체 중앙의 구멍에 놓여 있다. 대체적이고 정확하게 동등한 '설정'은 모서리에 세슘 이온이 있고, 중앙에는 염화 이온이 있다. 이 구조는 CsBr 및 CsI와 많은 이항 금속 합금과 공유된다. 이와는 대조적으로, 다른 알칼리성 할리드는 염화나트륨(암살) 구조를 가지고 있다.[8] 두 이온의 크기가 유사할 때(이 조정 번호의 Cs+ ionic radius 174 pm, Cl 181− pm) CsCl 구조를 채택하고, 서로 다를 때(Na+ ionic radius 102 pm, Cl− 181 pm) 염화나트륨 구조를 채택한다. 445 °C 이상으로 가열하면 정상 염화 세슘 구조(α-CsCl)가 암석 구조(우주군 Fm3m)로 β-CsCl 형태로 변환된다.[5] 암석 구조는 또한 mica, LiF, KBr 및 NaCl 기판에서 자라는 나노미터 두께의 CsCl 필름에서 주변 조건에서도 관찰된다.[9]

물리적 성질

염화 세슘은 큰 결정의 형태로 무색이며 가루로 만들면 흰색이다. 최대 용해도가 20°C에서 1865 g/L에서 100°C에서는 2705 g/L로 증가하면서 물에 쉽게 용해된다.[10] 이 결정체들은 매우 흡습적이며 주변 조건에서 점차 분해된다.[11] 염화 세슘은 수분을 형성하지 않는다.[12]

물속[13] CsCl의 용해성
т (°C) 0 10 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100
S(wt%) 61.83 63.48 64.96 65.64 66.29 67.50 68.60 69.61 70.54 71.40 72.21 72.96

염화나트륨과 염화칼륨과는 대조적으로 염화 세슘은 농축 염산에 쉽게 용해된다.[14][15] 개미의 산성(18°C에서 1077년 g/L), 하이드라진에서 세슘 염화 또한 상대적으로 높은 용해도,ethanol(25°C에서 7.6g/L)[12][15][16]이산화황(25°C에서 2.95g/L), 암모니아(0°C에서 3.8g/L), 아세톤(18°C에서 0.004%), 아세토니트릴(18°C에서 0.083 g/L)[15]ethy에 메탄올(25°C에서 31.7g/L)과 낮은 용해도 매체로 용해도.lacetates고 발음하는 o그들의 복잡한 에테르, 부타논, 아세토페논, 피리딘, 클로로벤젠.[17]

80K에서 약 8.35eV의 넓은 대역 간극에도 불구하고 [2]염화 세슘은 약하게 전기를 전도하며 전도성은 전자적이 아니라 이온성이다. 전도도는 300 °C에서 10−7 S/cm의 오더 값을 갖는다. 격자공백의 가장 가까운 점프에서 발생하며, CL공백의− 이동성이+ Cs공백보다 훨씬 높다. 전도도는 온도가 약 450 °C까지 상승하며, 활성화 에너지는 약 260 °C에서 0.6에서 1.3 eV로 변화한다. 그런 다음 α-CsCl 위상에서 β-CsCl 위상으로의 위상 전환으로 인해 크기가 두 자릿수만큼 급격히 떨어진다. 또한 압력(0.4 GPA에서 약 10배 감소)을 가하면 전도성이 억제되어 격자 공실의 이동성이 감소한다.[18]

20 °C에서[19][20] CsCl 수용액의 특성

반응

염화 세슘은 물에 용해되면 완전히 분리되며, Cs+ ces는 묽은 용액으로 용해된다. CsCl은 농축 황산에 가열되거나 550~700°C에서 황산 세슘으로 가열되면 황산 세슘으로 변환한다.[21]

2 CsCl + HSO24 → CsO24 + 2 HCl
CsCl + CsHSO4 → Cs2SO4 + HCl

염화 세슘은 다른 염소와 함께 다양한 이중 염분을 형성한다. 예로는 2CsCl·BaCl2,[22] 2CsCl·CuCl2, CsCl·2CuCl 및 CsCl·LiCl이 있으며,[23] 할로겐 화합물이 있는 경우:[24]

발생 및 생산

이중벽 탄소 나노튜브 안에서 자라는 단원자 세슘 할리드 와이어.[25]

염화 세슘은 할리드 광물 카르날라이트(KMgCl3·6)에서 불순물로 자연적으로 발생한다.최대 0.002% CsCl),[26] 실바이트(KCl), 카이나이트(MgSO4·KCl·3)의 HO2HO2),[27] 그리고 광천수에서. 예를 들어 세슘을 분리해 사용했던 배드 뒤르크하임 스파의 물은 CsCl 약 0.17mg/L를 함유하고 있었다.[28] 이 광물들 중 어느 것도 상업적으로 중요하지 않다.

산업 규모로는 CsCl이 가루로 만들어지고 고온에서 염산으로 처리되는 미네랄 폴루카이트에서 생산된다. 추출물은 안티몬 염화물, 요오드 모노클로라이드 또는 세륨으로 처리한다(IV) 용해성이 낮은 이중 소금을 공급하기 위한 염화물([29]예:

CsCl + SbCl3 → CsSbCl4

황화수소를 이용한 이중소금의 치료는 CsCl을 얻을 수 있다.[29]

2 CsSbCl4 + 3 H2S → 2 CsCl + Sb2S3 + 8 HCl

고순도 CsCl은 재평가된 [ 에서도 생산된다.및 [ 열분해로 [30]

CsCl의 주요 기여를 받은 약 20톤의 세슘 화합물만이 1970년대와[31] 2000년대 전 세계적으로 매년 생산되고 있었다.[32] 방사선 치료 응용을 위해 세슘-137로 농축된 세슘 염화물은 러시아[33] 우랄 지역의 단일 시설인 마야크에서 생산되며 영국 딜러점을 통해 국제적으로 판매된다. 소금은 그것의 흡습성 때문에 200 °C에서 합성되며, thimble 모양의 강철 용기에 밀봉되어 다른 강철 케이스에 밀폐된다. 염분을 습기로부터 보호하기 위해 밀봉이 필요하다.[34]

실험실 방법

실험실에서 CsCl은 수산화 세슘, 탄산염, 중탄산 세슘 또는 황화 세슘을 염산으로 처리하여 얻을 수 있다.

CsOH + HCl → CsCl + H2O
Cs2CO3 + 2 HCl → 2 CsCl + 2 H2O + CO2

사용하다

Cs 금속의 전구체

염화 세슘은 고온 감소에 의한 세슘 금속의 주요 전조 물질이다.[31]

2 CsCl (l) + Mg (l) → MgCl2 (s) + 2 Cs (g)

인이 있는 상태에서 진공 상태의 칼슘으로 CsCl을 가열하는 것과 유사한 반응은 1905년 프랑스의 화학자 M. L. Hackspill에[35] 의해 처음 보고되었으며 여전히 산업적으로 사용되고 있다.[31]

수산화 세슘은 염화 세슘 용액의 전기분해를 통해 얻는다.[36]

2 CsCl + 2 H2O → 2 CsOH + Cl2 + H2

초경밀화용 용액

염화 세슘은 이소피크닉 원심분리술로 알려진 원심분리술에 널리 사용된다. 구심력과 확산력은 분자 밀도에 기초하여 혼합물을 분리할 수 있는 밀도 구배를 설정한다. 이 기법은 서로 다른 밀도의 DNA(예: A-T 또는 G-C 함량이 다른 DNA 조각)를 분리할 수 있다.[31] 이 어플리케이션은 높은 밀도와 비교적 낮은 점도의 솔루션을 필요로 하는데, CsCl 솔루션의 낮은 점도와 높은 안정성뿐만 아니라 물속 용해도가 높고 CsCl의 질량이 크기 때문에 CsCl이 적합하다.[29]

유기 화학

염화 세슘은 유기화학에 거의 사용되지 않는다. 선택된 반응에서 위상 전달 촉매 시약 역할을 할 수 있다. 이러한 반응 중 하나는 글루탐산 유도체의 합성이다.

여기서 TBAB는 테트라부틸람모늄 브로마이드(상간 촉매)이고 CPME는 사이클로펜틸메틸에테르(솔벤트)이다.[37]

또 다른 반응은 테트라니트로메탄[38] 대체이다.

여기서 DMF는 디메틸포름아미드(솔루벤트)이다.

분석화학

염화 세슘은 침전물의 색상과 형태학을 통해 무기 이온을 검출하는 데 사용되는 전통적인 해석 화학의 시약이다. 이러한 이온 중 일부에 대한 정량적 농도 측정(예: Mg2+)은 유도결합 플라즈마 질량 분광법으로 물의 경도를 평가하는 데 사용된다.[39]

또한 다음과 같은 이온의 검출에도 사용된다.

이온 수반 시약 탐지 검출한계(μg/mL)
알3+ K2SO4 증발 후 중성 매체에서 무색 결정체 형성 0.01
가3+ KHSO4 가열 시 무색 결정체 형성 0.5
CR3+ KHSO4 옅은 산성의 매질에서 침전되는 옅은 자외선 결정 0.06

약

미국암학회는 "이용 가능한 과학적 증거가 비방사성 세슘 염화물 보충제가 종양에 어떤 영향을 미친다는 주장을 뒷받침하지 않는다"[40]고 밝히고 있다. 식품의약품안전청은 상당한 심장 독성과 사망을 포함한 안전 위험에 대해 경고했는데, 이는 천연두혈소화물의 세슘 사용과 관련된 것이다.[41][42]

핵의학과 방사선 촬영

csCl, csCl 등 방사성 동위원소로 구성된 염화 세슘은 암 치료(브러치테라피)와 심근경색 진단 등 핵의학에서 사용된다.[43][44][45] 방사성 선원의 생산에서는, 사고가 발생했을 때 환경에 쉽게 흩어지지 않는 방사성 동위원소의 화학적 형태를 선택하는 것이 정상이다. 예를 들어, 방사온 발생기(RTG)는 물에 용해되지 않는 스트론튬 타이타네이트를 사용하는 경우가 많다. 그러나 텔레테라피 소스의 경우, 방사성 밀도(특정 부피의 Ci)가 매우 높아야 하는데, 이는 알려진 불용성 세슘 화합물로는 가능하지 않다. 방사성 세슘 염화물이 담긴 심블 모양의 용기는 활성원을 제공한다.

기타 응용 프로그램

염화 세슘은 전기로 전도되는[43][46] 안경과 브라운관 스크린을 준비하는 데 사용된다.[31] 희소 가스와 함께 CsCl은 엑시머 램프와[47][48] 엑시머 레이저에 사용된다. 다른 용도로는 용접에서의 전극 활성화,[49] 미네랄 워터, 맥주[50] 및 시추 머드 제조,[51] 고온의 땜납 등이 있다.[52] 고품질 CsCl 싱글 크리스털은 UV에서 적외선까지 광범위한 투명도를 가지고 있어 광학 분광기의 큐벳, 프리즘, 창문에 사용되어 왔었다.[31] 이러한 사용은 저습생성 물질의 개발로 중단되었다.

CsCl은 뉴런과 같은 흥분성 세포에서 h 전류를 전달하는 HCN 채널의 강력한 억제제다.[53] 따라서 신경과학의 전기생리학 실험에 유용할 수 있다.

독성

염화 세슘은 인간과 동물에 대한 독성이 낮다.[54] 쥐의 치사량(LD50)은 경구 투여의 경우 체중의 킬로그램 당 2300mg, 정맥주사의 경우 910mg/kg이다.[55] CsCl의 가벼운 독성은 체내 칼륨 농도를 낮추고 생화학적 공정에서 부분적으로 대체하는 능력과 관련이 있다.[56] 그러나 대량으로 복용할 경우 칼륨의 불균형이 심해지고 저칼륨혈증, 적혈증, 급성 심장마비로 이어질 수 있다.[57] 그러나 염화 세슘 분말은 점막을 자극하여 천식을 일으킬 수 있다.[51]

염화 세슘은 물에 용해성이 높기 때문에 이동성이 뛰어나고 콘크리트를 통해서도 확산될 수 있다. 이것은 화학적으로 덜 움직이는 방사성 동위원소 물질에 대한 탐색을 촉구하는 그것의 방사능 형태에 대한 단점이다. 염화 세슘의 상업적 공급원은 이중 강철로 된 외함에 잘 밀봉되어 있다.[34] 그러나 브라질 고이아니아 사고에서 약 93g의 csCl이 함유된 이런 공급원이 버려진 병원에서 도난당해 두 명의 청소부들에게 강제로 문을 열었다. 방사능에 오염된 염화 세슘이 어둠 속에서 내뿜는 푸른 빛은 관련 위험을 모르는 도둑들과 그 친척들을 끌어당겨 가루를 뿌렸다. 이로 인해 피폭 후 한 달 안에 4명이 사망하고 20명이 방사선 질환의 징후가 나타났으며 249명이 염화 방사능 세슘에 오염됐으며 약 1000명이 연간 방사선량을 초과하는 선량을 받은 최악의 방사능 유출 사고 중 하나가 발생했다. 11만 명이 넘는 사람들이 지역 병원을 압도했고, 정화 작업에서 몇 개의 도시 블록을 철거해야 했다. 오염 초기에는 방사선 질환으로 인한 위장 장애와 메스꺼움을 여러 사람이 경험했지만 며칠이 지나서야 한 사람이 이 증상과 분말을 연관시켜 당국에 샘플을 가져왔다.[58][59]

참고 항목

참조

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