El cloruro de cesio o cloruro de cesio es el compuesto inorgánico con la fórmula Cs Cl . Esta sal incolora es una fuente importante de iones de cesio en una variedad de aplicaciones específicas. Su estructura cristalina forma un tipo estructural principal donde cada ion de cesio está coordinado por 8 iones de cloro. El cloruro de cesio se disuelve en agua. El CsCl cambia a la estructura de NaCl al calentarlo. El cloruro de cesio se encuentra naturalmente como impurezas en carnalita (hasta 0,002%), silvita y kainita . Se producen menos de 20 toneladas de CsCl anualmente en todo el mundo, principalmente a partir de una contaminación mineral que contiene cesio.. [7]
Nombres | |
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Nombre IUPAC Cloruro de cesio | |
Otros nombres Cloruro de cesio | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.028.728 |
Número CE |
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PubChem CID | |
UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
CsCl | |
Masa molar | 168,36 g / mol |
Apariencia | higroscópico sólido blanco |
Densidad | 3,988 g / cm 3 [1] |
Punto de fusion | 646 ° C (1.195 ° F; 919 K) [1] |
Punto de ebullición | 1.297 ° C (2.367 ° F; 1.570 K) [1] |
1910 g / L (25 ° C) [1] | |
Solubilidad | soluble en etanol [1] |
Brecha de banda | 8,35 eV (80 K) [2] |
Susceptibilidad magnética (χ) | -56,7 · 10 −6 cm 3 / mol [3] |
Índice de refracción ( 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) [4] |
Estructura | |
Estructura cristalina | CsCl, cP2 |
Grupo espacial | Pm 3 m, No. 221 [5] |
Constante de celosía | a = 0,4119 nm |
Volumen de celosía ( V ) | 0,0699 nm 3 |
Unidades de fórmula ( Z ) | 1 |
Geometría de coordinación | Cúbico (Cs + ) Cúbico (Cl - ) |
Peligros | |
Pictogramas GHS | |
Palabra de señal GHS | Advertencia |
Declaraciones de peligro GHS | H302 , H341 , H361 , H373 |
Consejos de prudencia del SGA | P201 , P202 , P260 , P264 , P270 , P281 , P301 + 312 , P308 + 313 , P314 , P330 , P405 , P501 |
Dosis o concentración letal (LD, LC): | |
LD 50 ( dosis mediana ) | 2600 mg / kg (oral, rata) [6] |
Compuestos relacionados | |
Otros aniones | Fluoruro de cesio Bromuro de cesio Yoduro de cesio Astaturo de cesio |
Otros cationes | Cloruro de litio Cloruro de sodio Cloruro de potasio Cloruro de rubidio Cloruro de francio |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
El cloruro de cesio es una estructura medicinal ampliamente utilizada en la centrifugación isopícnica para separar varios tipos de ADN . Es un reactivo en química analítica , donde se utiliza para identificar iones por el color y la morfología del precipitado. Cuando se enriquece en radioisótopos , como 137 CsCl o 131 CsCl, el cloruro de cesio se usa en aplicaciones de medicina nuclear como el tratamiento del cáncer y el diagnóstico de infarto de miocardio . Se estudió otra forma de tratamiento del cáncer utilizando CsCl no radiactivo convencional. Mientras que el cloruro de cesio convencional tiene una toxicidad bastante baja para los seres humanos y los animales, la forma radiactiva contamina fácilmente el medio ambiente debido a la alta solubilidad del CsCl en agua. La propagación de 137 CsCl en polvo de un contenedor de 93 gramos en 1987 en Goiânia , Brasil, resultó en uno de los peores accidentes de derrames de radiación que murieron y afectó directamente a más de 100.000 personas.
Estructura cristalina
La estructura del cloruro de cesio adopta una red cúbica primitiva con una base de dos átomos, donde ambos átomos tienen una coordinación de ocho veces. Los átomos de cloruro se encuentran en los puntos de la red en los bordes del cubo, mientras que los átomos de cesio se encuentran en los agujeros en el centro de los cubos. Esta estructura se comparte con CsBr y CsI y muchas aleaciones metálicas binarias . Por el contrario, los otros haluros alcalinos tienen la estructura de cloruro de sodio (sal de roca). [8] Cuando ambos iones son de tamaño similar (Cs + radio iónico 174 pm para este número de coordinación, Cl - 181 pm) se adopta la estructura de CsCl, cuando son diferentes (Na + radio iónico 102 pm, Cl - 181 pm) el cloruro de sodio estructura se adoptó. Al calentarse por encima de 445 ° C, la estructura normal de cloruro de cesio (α-CsCl) se convierte en la forma β-CsCl con la estructura de sal de roca ( grupo espacial Fm 3 m ). [5] La estructura de la sal de roca también se observa en condiciones ambientales en películas de CsCl delgadas en nanómetros que crecen en sustratos de mica , LiF, KBr y NaCl. [9]
Propiedades físicas
El cloruro de cesio es incoloro en forma de cristales grandes y blanco cuando se pulveriza. Se disuelve fácilmente en agua con una solubilidad máxima que aumenta de 1865 g / L a 20 ° C a 2705 g / L a 100 ° C. [10] Los cristales son muy higroscópicos y se desintegran gradualmente en condiciones ambientales. [11] El cloruro de cesio no forma hidratos . [12]
Т (° C) | 0 | 10 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
S (% en 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 |
A diferencia del cloruro de sodio y el cloruro de potasio , el cloruro de cesio se disuelve fácilmente en ácido clorhídrico concentrado. [14] [15] El cloruro de cesio también tiene una solubilidad relativamente alta en ácido fórmico (1077 g / L a 18 ° C) e hidracina ; solubilidad media en metanol (31,7 g / L a 25 ° C) y baja solubilidad en etanol (7,6 g / L a 25 ° C), [12] [15] [16] dióxido de azufre (2,95 g / L a 25 ° C) ), amoniaco (3,8 g / L a 0 ° C), acetona (0,004% a 18 ° C), acetonitrilo (0,083 g / L a 18 ° C), [15] acetatos de etilo y otros éteres complejos , butanona , acetofenona , piridina y clorobenceno . [17]
A pesar de su amplio intervalo de banda de aproximadamente 8,35 eV a 80 K, [2] el cloruro de cesio conduce débilmente la electricidad y la conductividad no es electrónica sino iónica . La conductividad tiene un valor del orden de 10 −7 S / cm a 300 ° C. Ocurre a través de saltos de vacantes de celosía de vecino más cercano, y la movilidad es mucho mayor para las vacantes Cl - que Cs + . La conductividad aumenta con la temperatura hasta aproximadamente 450 ° C, con una energía de activación que cambia de 0,6 a 1,3 eV a aproximadamente 260 ° C. Luego cae bruscamente en dos órdenes de magnitud debido a la transición de fase de la fase α-CsCl a la fase β-CsCl. La conductividad también se suprime mediante la aplicación de presión (una disminución de aproximadamente 10 veces a 0,4 GPa) que reduce la movilidad de los huecos de celosía. [18]
Concentración, % en peso | Densidad, kg / L | Concentración, mol / L | índice de refracción (a 589 nm) | Depresión del punto de congelación , ° С relativo al agua | Viscosidad , 10 −3 Pa · s |
---|---|---|---|---|---|
0,5 | - | 0,030 | 1.3334 | 0,10 | 1.000 |
1.0 | 1,0059 | 0,060 | 1.3337 | 0,20 | 0,997 |
2.0 | 1.0137 | 0,120 | 1.3345 | 0,40 | 0,992 |
3,0 | 0,182 | 1.3353 | 0,61 | 0,988 | |
4.0 | 1.0296 | 0,245 | 1.3361 | 0,81 | 0,984 |
5,0 | 0.308 | 1.3369 | 1.02 | 0,980 | |
6.0 | 1.0461 | 0.373 | 1.3377 | 1,22 | 0,977 |
7.0 | 0.438 | 1.3386 | 1,43 | 0,974 | |
8.0 | 1.0629 | 0.505 | 1.3394 | 1,64 | 0,971 |
9.0 | 0.573 | 1.3403 | 1,85 | 0,969 | |
10.0 | 1.0804 | 0,641 | 1.3412 | 2,06 | 0,966 |
12,0 | 1.0983 | 0,782 | 1.3430 | 2.51 | 0,961 |
14.0 | 1.1168 | 0,928 | 1.3448 | 2,97 | 0,955 |
16,0 | 1.1358 | 1.079 | 1.3468 | 3,46 | 0,950 |
18,0 | 1,1555 | 1.235 | 1.3487 | 3,96 | 0,945 |
20,0 | 1.1758 | 1.397 | 1.3507 | 4,49 | 0,939 |
22,0 | 1.1968 | 1.564 | 1.3528 | - | 0,934 |
24,0 | 1.2185 | 1.737 | 1.3550 | - | 0,930 |
26,0 | 1.917 | 1.3572 | - | 0,926 | |
28,0 | 2.103 | 1.3594 | - | 0,924 | |
30,0 | 1.2882 | 2.296 | 1.3617 | - | 0,922 |
32,0 | 2.497 | 1.3641 | - | 0,922 | |
34,0 | 2.705 | 1.3666 | - | 0,924 | |
36,0 | 2.921 | 1.3691 | - | 0,926 | |
38,0 | 3.146 | 1,3717 | - | 0,930 | |
40,0 | 1,4225 | 3.380 | 1.3744 | - | 0,934 |
42,0 | 3.624 | 1.3771 | - | 0,940 | |
44,0 | 3.877 | 1.3800 | - | 0,947 | |
46,0 | 4.142 | 1.3829 | - | 0,956 | |
48,0 | 4.418 | 1,3860 | - | 0,967 | |
50,0 | 1.5858 | 4.706 | 1.3892 | - | 0,981 |
60,0 | 1.7886 | 6.368 | 1.4076 | - | 1.120 |
64,0 | 7.163 | 1.4167 | - | 1.238 |
Reacciones
El cloruro de cesio se disocia completamente al disolverse en agua y los cationes Cs + se solvatan en solución diluida. El CsCl se convierte en sulfato de cesio al calentarlo en ácido sulfúrico concentrado o con hidrógeno sulfato de cesio a 550–700 ° C: [21]
- 2 CsCl + H 2 SO 4 → Cs 2 SO 4 + 2 HCl
- CsCl + CsHSO 4 → Cs 2 SO 4 + HCl
El cloruro de cesio forma una variedad de sales dobles con otros cloruros. Los ejemplos incluyen 2CsCl · BaCl 2 , [22] 2CsCl · CuCl 2 , CsCl · 2CuCl y CsCl·LiCl, [23] y con compuestos interhalogenados : [24]
Ocurrencia y producción
El cloruro de cesio se encuentra naturalmente como una impureza en los minerales de haluro carnalita (KMgCl 3 · 6H 2 O con hasta 0,002% de CsCl), [26] silvita (KCl) y kainita (MgSO 4 · KCl · 3H 2 O), [27] y en aguas minerales. Por ejemplo, el agua del balneario de Bad Dürkheim , que se utilizó como aislamiento de cesio, contenía aproximadamente 0,17 mg / L de CsCl. [28] Ninguno de estos minerales es comercialmente importante.
A escala industrial, el CsCl se produce a partir del mineral polucita , que se pulveriza y se trata con ácido clorhídrico a temperatura elevada. El extracto se trata con cloruro de antimonio , monocloruro de yodo o cloruro de cerio (IV) para dar la sal doble poco soluble, por ejemplo: [29]
- CsCl + SbCl 3 → CsSbCl 4
El tratamiento de la sal doble con sulfuro de hidrógeno da CsCl: [29]
- 2 CsSbCl 4 + 3 H 2 S → 2 CsCl + Sb 2 S 3 + 8 HCl
El CsCl de alta pureza también se produce a partir de (y ) por descomposición térmica: [30]
Solo alrededor de 20 toneladas de compuestos de cesio, con una contribución importante del CsCl, se producían anualmente alrededor de los años setenta [31] y 2000 en todo el mundo. [32] El cloruro de cesio enriquecido con cesio-137 para aplicaciones de radioterapia se produce en una sola instalación Mayak en la región de los Urales de Rusia [33] y se vende internacionalmente a través de un distribuidor del Reino Unido. La sal se sintetiza a 200 ° C debido a su naturaleza higroscópica y se sella en un recipiente de acero en forma de dedal que luego se encierra en otra carcasa de acero. El sellado es necesario para proteger la sal de la humedad. [34]
Métodos de laboratorio
En el laboratorio, el CsCl se puede obtener tratando hidróxido , carbonato , bicarbonato de cesio o sulfuro de cesio con ácido clorhídrico:
- CsOH + HCl → CsCl + H 2 O
- Cs 2 CO 3 + 2 HCl → 2 CsCl + 2 H 2 O + CO 2
Usos
Precursor del metal Cs
El cloruro de cesio es el principal precursor del cesio metálico por reducción a alta temperatura: [31]
- 2 CsCl (l) + Mg (l) → MgCl 2 (s) + 2 Cs (g)
Una reacción similar - calentar CsCl con calcio al vacío en presencia de fósforo - fue reportada por primera vez en 1905 por el químico francés ML Hackspill [35] y todavía se usa industrialmente. [31]
El hidróxido de cesio se obtiene por electrólisis de una solución acuosa de cloruro de cesio: [36]
- 2 CsCl + 2 H 2 O → 2 CsOH + Cl 2 + H 2
Soluto para ultracentrifugación
El cloruro de cesio se usa ampliamente en la centrifugación en una técnica conocida como centrifugación isopícnica . Las fuerzas centrípetas y de difusión establecen un gradiente de densidad que permite la separación de mezclas en función de su densidad molecular. Esta técnica permite la separación de ADN de diferentes densidades (por ejemplo, fragmentos de ADN con diferente contenido de AT o GC). [31] Esta aplicación requiere una solución con alta densidad y, sin embargo, una viscosidad relativamente baja, y CsCl se adapta a ella debido a su alta solubilidad en agua, alta densidad debido a la gran masa de Cs, así como la baja viscosidad y alta estabilidad de las soluciones de CsCl. . [29]
Química Orgánica
El cloruro de cesio rara vez se usa en química orgánica. Puede actuar como reactivo catalizador de transferencia de fase en reacciones seleccionadas. Una de estas reacciones es la síntesis de derivados del ácido glutámico.
donde TBAB es bromuro de tetrabutilamonio (catalizador de interfase) y CPME es un ciclopentilmetiléter (disolvente). [37]
Otra reacción es la sustitución de tetranitrometano [38]
donde DMF es dimetilformamida (disolvente).
Química analítica
El cloruro de cesio es un reactivo en la química analítica tradicional que se utiliza para detectar iones inorgánicos a través del color y la morfología de los precipitados. La medición cuantitativa de la concentración de algunos de estos iones, por ejemplo, Mg 2+ , con espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente , se utiliza para evaluar la dureza del agua. [39]
Ion | Reactivos acompañantes | Residuo | Morfología | Límite de detección (μg) |
---|---|---|---|---|
AsO 3 3− | KI | Cs 2 [AsI 5 ] o Cs 3 [AsI 6 ] | Hexágonos rojos | 0,01 |
Au 3+ | AgCl , HCl | Cs 2 Ag [AuCl 6 ] | Cruces gris-negras, estrellas de cuatro y seis rayos | 0,01 |
Au 3+ | NH 4 SCN | Cs [Au (SCN) 4 ] | Agujas de color amarillo anaranjado | 0.4 |
Bi 3+ | KI , HCl | Cs 2 [BiI 5 ] o 2,5H 2 O | Hexágonos rojos | 0,13 |
Cu 2+ | (CH 3 COO) 2 Pb, CH 3 COOH, KNO 2 | Cs 2 Pb [Cu (NO 2 ) 6 ] | Pequeños cubos negros | 0,01 |
En 3+ | - | Cs 3 [InCl 6 ] | Pequeño octaedro | 0,02 |
[IrCl 6 ] 3− | - | Cs 2 [IrCl 6 ] | Pequeño octaedro rojo oscuro | - |
Mg 2+ | Na 2 HPO 4 | CsMgPO 4 o 6H 2 O | Pequeño tetraedro | - |
Pb 2+ | KI | Cs [PbI 3 ] | Agujas de color verde amarillento | 0,01 |
Pd 2+ | NaBr | Cs 2 [PdBr 4 ] | Prismas y agujas de color rojo oscuro | - |
[ReCl 4 ] - | - | Cs [ReCl 4 ] | Rombos rojo oscuro, bipirámides | 0,2 |
[ReCl 6 ] 2− | - | Cs 2 [ReCl 6 ] | Pequeño octaedro amarillo verdoso | 0,5 |
ReO 4 - | - | CsReO 4 | Bipirámides tetragonales | 0,13 |
Rh 3+ | KNO 2 | Cs 3 [Rh (NO 2 ) 6 ] | Cubos amarillos | 0,1 |
Ru 3+ | - | Cs 3 [RuCl 6 ] | Agujas rosas | - |
[RuCl 6 ] 2− | - | Cs 2 [RuCl 6 ] | Pequeños cristales de color rojo oscuro | 0,8 |
Sb 3+ | - | Cs 2 [SbCl 5 ] · n H 2 O | Hexágonos | 0,16 |
Sb 3+ | NaI | o | Hexágonos rojos | 0,1 |
Sn 4+ | - | Cs 2 [SnCl 6 ] | Pequeño octaedro | 0,2 |
TeO 3 3− | HCl | Cs 2 [TeCl 6 ] | Octaedro amarillo claro | 0,3 |
Tl 3+ | NaI | Hexágonos o rectángulos de color rojo anaranjado | 0,06 |
También se utiliza para la detección de los siguientes iones:
Ion | Reactivos acompañantes | Detección | Límite de detección (μg / mL) |
---|---|---|---|
Al 3+ | K 2 SO 4 | Se forman cristales incoloros en medios neutros después de la evaporación. | 0,01 |
Ga 3+ | KHSO 4 | Se forman cristales incoloros al calentar | 0,5 |
Cr 3+ | KHSO 4 | Los cristales de color violeta pálido precipitan en un medio ligeramente ácido. | 0,06 |
Medicamento
La Sociedad Estadounidense del Cáncer afirma que "la evidencia científica disponible no respalda las afirmaciones de que los suplementos de cloruro de cesio no radiactivo tengan algún efecto sobre los tumores". [40] La Administración de Drogas y Alimentos ha advertido sobre los riesgos de seguridad, incluida la toxicidad cardíaca significativa y la muerte, asociados con el uso de cloruro de cesio en la medicina naturopática. [41] [42]
Medicina nuclear y radiografía
El cloruro de cesio compuesto de radioisótopos como 137 CsCl y 131 CsCl, [43] se usa en medicina nuclear , incluido el tratamiento del cáncer ( braquiterapia ) y el diagnóstico de infarto de miocardio . [44] [45] En la producción de fuentes radiactivas , es normal elegir una forma química del radioisótopo que no se dispersaría fácilmente en el medio ambiente en caso de accidente. Por ejemplo, los generadores radiotermales (RTG) a menudo usan titanato de estroncio , que es insoluble en agua. Para teleterapia fuentes, sin embargo, la densidad radiactivo ( Ci en un volumen dado) tiene que ser muy alta, lo que no es posible con los compuestos de cesio insolubles conocidos. Un recipiente con forma de dedal de cloruro de cesio radiactivo proporciona la fuente activa.
Aplicaciones misceláneas
El cloruro de cesio se utiliza en la preparación de vidrios conductores de electricidad [43] [46] y pantallas de tubos de rayos catódicos. [31] Junto con gases raros, el CsCl se utiliza en lámparas excimer [47] [48] y láseres excimer . Otros usos incluyen la activación de electrodos en soldadura; [49] fabricación de agua mineral, cerveza [50] y lodos de perforación ; [51] y soldaduras de alta temperatura. [52] Los monocristales de CsCl de alta calidad tienen un amplio rango de transparencia desde los rayos UV hasta el infrarrojo y, por lo tanto, se han utilizado para cubetas, prismas y ventanas en espectrómetros ópticos; [31] este uso se interrumpió con el desarrollo de materiales menos higroscópicos.
El CsCl es un potente inhibidor de los canales de HCN, que transportan la corriente h en células excitables como las neuronas. [53] Por lo tanto, puede ser útil en experimentos de electrofisiología en neurociencia.
Toxicidad
El cloruro de cesio tiene una baja toxicidad para humanos y animales. [54] Su dosis letal mediana (DL 50 ) en ratones es de 2300 mg por kilogramo de peso corporal para administración oral y 910 mg / kg para inyección intravenosa. [55] La leve toxicidad del CsCl está relacionada con su capacidad para reducir la concentración de potasio en el cuerpo y sustituirlo en parte en los procesos bioquímicos. [56] Sin embargo, cuando se toma en grandes cantidades, puede causar un desequilibrio significativo en el potasio y provocar hipopotasemia , arritmia y paro cardíaco agudo . [57] Sin embargo, el polvo de cloruro de cesio puede irritar las membranas mucosas y causar asma . [51]
Debido a su alta solubilidad en agua, el cloruro de cesio es muy móvil e incluso puede difundirse a través del hormigón. Este es un inconveniente por su forma radiactiva que insta a la búsqueda de materiales radioisotópicos más estables. Las fuentes comerciales de cloruro de cesio radiactivo están bien selladas en un recinto de acero doble. [34] Sin embargo, en el accidente de Goiânia en Brasil , una fuente de este tipo que contenía alrededor de 93 gramos de 137 CsCl, fue robada de un hospital abandonado y forzada a abrir por dos carroñeros. El resplandor azul emitido en la oscuridad por el cloruro de cesio radiactivo atrajo a los ladrones y sus familiares que desconocían los peligros asociados y esparcieron el polvo. Esto resultó en uno de los peores accidentes por derrames de radiación en el que 4 personas murieron en el plazo de un mes debido a la exposición, 20 mostraron signos de enfermedad por radiación , 249 personas se contaminaron con cloruro de cesio radiactivo y alrededor de mil recibieron una dosis superior a la cantidad anual de Radiación de fondo. Más de 110.000 personas abrumaron los hospitales locales y varias manzanas de la ciudad tuvieron que ser demolidas en las operaciones de limpieza. En los primeros días de la contaminación, varias personas experimentaron trastornos estomacales y náuseas debido a la enfermedad por radiación, pero solo después de varios días una persona asoció los síntomas con el polvo y llevó una muestra a las autoridades. [58] [59]
Ver también
- Lista de tratamientos contra el cáncer ineficaces
Referencias
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