Бромид цезия

Бромид цезия
Общие
Систематическое наименование	Бромид цезия
Традиционные названия	Бромид цезия, бромистый цезий
Хим. формула	CsBr
Рац. формула	CsBr
Физические свойства
Состояние	твёрдое
Примеси	Rb, Ca, Na
Молярная масса	212,81 г/моль
Плотность	4,43[1]
Термические свойства
Температура
• плавления	637[1]
• кипения	1297[1] °C
Энтальпия
• образования	−406 кДж/моль[2]
Оптические свойства
Показатель преломления	1,6984[3]
Классификация
Рег. номер CAS	7787-69-1
PubChem	24592
Рег. номер EINECS	232-130-0
SMILES	[Cs+].[Br-]
InChI	InChI=1S/BrH.Cs/h1H;/q;+1/p-1 LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M
RTECS	FK9275000
ChemSpider	22994
Безопасность
Предельная концентрация	2 мг/м³
ЛД50	1400 мг/кг [4]
Токсичность	умеренно-токсичен, ирритант
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Броми́д це́зия (цезий бромистый) — CsBr, неорганическое бинарное соединение цезия и брома, цезиевая соль бромоводородной кислоты. Бесцветное (в кристаллическом виде) вещество с ионной структурой; нелетучее, термически устойчивое, хорошо растворимое в воде. Кристаллическая решётка CsBr — кубическая примитивная типа CsCl.

Молекулярная и кристаллическая структура

Бромид цезия — соединение с ярко выраженной ионной структурой (ионный кристалл), где каждый ион цезия Cs⁺ окружен восемью ионами брома Br⁻. Энергия ионизации, I = 7,78 эВ^{[1]:[стр. 373]}. Энергия атомизации (E_св) равна 395 кДж/моль^{[1]:[стр. 380]}. Бромид цезия в газообразном состоянии содержит молекулы димера Cs₂Br₂ плоской ромбической формы^[5].

Структура решётки CsBr

Кристаллическая решётка соединения кубическая, примитивная (α-CsBr), пространственная группа P m3m, a = 0,429 нм, Z = 1.

При нагревании α-CsBr переходит в гранецентрированную модификацию β-CsBr (тип NaCl)^{[6]:[стр. 91]}. Пространственная группа F m3m, a = 0,723 нм, Z = 4. Энергия кристаллической решётки U = 625,9 кДж/моль^{[6]:[стр. 101]}. Длина связи Cs—Br в газообразном состоянии составляет 307 пм^[5], в жидком — 355 пм, твёрдом — 362 пм^[7]. При температуре жидкого гелия в кристаллах бромида цезия происходит скольжение дислокации, приводящее к аномальной пластичности и тягучести соединения^[8].

Элементный состав соединения: Cs 62,45 %, Br 37,55 %.

Физические свойства

Бромид цезия в нормальных условиях представляет собой бесцветное (в крупно-кристаллическом виде) или белое (в виде порошка) соединение, хорошо растворимое в воде — 123,3 грамм CsBr в 100 г H₂O при 50 °С, 214 г при 80 °С^{[1]:[стр. 620]}. Теплота растворения в воде при комнатной температуре составляет −25,96 кДж/моль^[9]. Не образует кристаллогидратов^[10]. Из водных растворов кристаллизуется в виде безводных кубических кристаллов или безводных кристаллов в форме ромбических додекаэдров^{[6]:[стр. 100]}.

Плотность водного раствора CsBr при 20 °C^{[1]:[стр. 645]}:

	1 %	2 %	4 %	6 %	8 %	10 %	12 %	14 %
Плотность, г/л	1006,1	1014,1	1030,5	1047,3	1064,7	1082,7	1101,2	1120,3
	16 %	18 %	20 %	22 %	24 %	30 %	35 %	40 %
	1140,1	1160,5	1181,7	1203,6	1226,3	1299,7	1367,6	1442,8

Соединение растворимо в метаноле, этаноле; хорошо растворимо в муравьиной кислоте и гидразине; плохо растворимо в ацетоне, пиридине, эфире, ацетонитриле, нитробензоле^[10].

Хорошо растворим в бромоводородной кислоте. Зависимость максимальной концентрации CsBr (по массе) в водном растворе HBr различной концентрации при 25 °C^[10]:

Концентрация HBr, %	5 %	10 %	15%	20 %	25 %
Концентрация CsBr, %	49,0	40,6	33,3	27,9	23,4

Основные термодинамические характеристики[1]^:[стр. 462, 532]: в газообразном состоянии: стандартная энтальпия образования, ΔH^o298 = −208 кДж/моль; стандартная энтропия образования, S^o298 = 267 Дж/(моль·K); стандартная энергия Гиббса образования, ΔG^o298 = −240 кДж/моль. в кристаллическом состоянии: стандартная энтальпия образования, ΔH^o298 = −392 кДж/моль; стандартная энтропия образования, S^o298 = 117 Дж/(моль·K); стандартная энергия Гиббса образования, ΔG^o298 = −379 кДж/моль.

Получение

В лабораторных условиях бромид цезия может быть получен взаимодействием гидроксида, карбоната, гидрокарбоната или сульфида цезия с бромистоводородной кислотой:

${\displaystyle {\mathsf {CsOH+HBr=CsBr+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Cs_{2}CO_{3}+2HBr=2CsBr+CO_{2}\uparrow +H_{2}O}}}$

Возможный альтернативный вариант — обменная реакция карбоната цезия с бромидом кальция или бария:

${\displaystyle {\mathsf {Cs_{2}CO_{3}+CaBr_{2}=2CsBr+CaCO_{3}\downarrow }}}$

Химические свойства

Бромид цезия — термически довольно устойчивое соединение. В отсутствие воды в газообразном состоянии при температуре 2100—2400 K степень диссоциации молекул CsBr не превышает 0,025^[11].

Концентрированный водный раствор бромида цезия реагирует с жидким бромом с образованием дибромобромата(I) цезия^[12]:

${\displaystyle {\mathsf {CsBr+Br_{2}=Cs[Br(Br)_{2}]}}}$

Действием увлажнённого хлора на тонкоизмельченный бромид цезия можно получить дихлоробромат(I) цезия^[13]:

${\displaystyle {\mathsf {CsBr+Cl_{2}=Cs[Br(Cl)_{2}]}}}$

Соединение в водных растворах вступает в традиционные реакции ионного обмена, например:

${\displaystyle {\mathsf {CsBr+AgNO_{3}=CsNO_{3}+AgBr\downarrow }}}$

Применение

• Входит в состав люминофоров для люминесцентных экранов, используемых в рентгене^[14];
• Источник щелочного металла (основа специальных таблеток) для термоионных детекторов, используемых в селективной газовой хроматографии;

Комментарии

Примечания

1. Лидин Р. А., Андреева Л. Л., Молочко В. А. Константы неорганических веществ: справочник / Под редакцией проф. Р.А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп.. — М.: «Дрофа», 2006. — 685 с. — ISBN 5-7107-8085-5.
2. Wiberg N. Anorganische Chemie — Берлин: Walter de Gruyter, 2017. — Т. 1. — С. 1509.
3. Таблица неорганических и координационных соединений  (неопр.). Новый справочник химика и технолога. Основные свойства неорганических, органических и элементоорганических соединений. ChemAnalytica.com. Дата обращения: 15 апреля 2011. Архивировано 24 марта 2013 года.
4. Safety data for caesium bromide (англ.). Chemical and Other Safety Information. The Physical and Theoretical Chemistry Laboratory Oxford University. Дата обращения: 15 апреля 2011. Архивировано 28 июля 2012 года.
5. Турова Н. Я. Неорганическая химия в таблицах. — М.: Высший химический колледж РАН, 1997. — С. 85.
6. Плющев В. Е., Стёпин Б. Д. Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия. — М.: «Химия», 1970. — 406 с.
7. Danek V. Physico-Chemical Analysis of Molten Electrolytes. — First edition. — Elsevier, 2006. — P. 11. — 449 p. — ISBN 0-444-52116-X.
8. Koizumi H., Suzuki T. Dislocation Motion in Alkali-Halides with CsCl Structure // Dislocations in Solids / Edited by Suzuki H., Ninomiya T., Sumino K., Takeuchi Sh.. — University of Tokio Press: Yamada Science Foundation, 1985. — P. 479. — 672 p. — (Yamada Conference IX). — ISBN 4-13-068113-3.
9. Mullin J. W. Crystallization. — Fourth edition. — Oxford: Butterworth-Heinemann, 2001. — P. 521. — 594 p. — ISBN 0-7506-4833-3.
10. Цезия галогениды // Химическая энциклопедия / Главный редактор И. Л. Кнунянц. — М.: «Советская энциклопедия», 1998. — Т. 5. — С. 657. — ISBN 5-85270-310-9.
11. Шумилов А. А. Термодинамические расчёты фазового состава летучих продуктов деления в топливной полости, МЭЗ и ВЦС // Материалы 13-й Международной телекоммуникационной конференции молодых ученых и студентов «Молодежь и наука». Секция 1.12: Физика, химия и компьютерная разработка материалов. — 2009. Архивировано 4 марта 2016 года.
12. Степин Б. Д., Плющев В. Е., Факеев А. А. Анионгалогенааты щелочных металлов и аммония (рус.) // Успехи химии. — Российская академия наук, 1965. — Т. 34, № 11. — С. 1890.
13. Цезий - фотографии  (рус.). Химия и Химики № 3 2012. Журнал Химия и Химики. Дата обращения: 29 июля 2012. Архивировано 14 октября 2012 года.
14. Vandenbroucke D. A. N., Leblans P. J. R. CR Mammography: Image Quality Measurement and Model Calculation for Needle vs. Powder Imaging Plate (англ.) // Digital Mammography: Lecture Notes in Computer Science. — 2010. — Vol. 6136. — P. 219—226. — doi:10.1007/978-3-642-13666-5_30.