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| 名前 | |
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| IUPAC名
塩化セシウム
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| その他の名前
塩化セシウム
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| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.028.728 |
| EC番号 |
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パブケム CID
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| 塩化セシウム | |
| モル質量 | 168.36グラム/モル |
| 外観 | 白色固体 、吸湿性 |
| 密度 | 3.988 g/cm3 [ 1] |
| 融点 | 646 °C (1,195 °F; 919 K) [1] |
| 沸点 | 1,297 °C (2,367 °F; 1,570 K) [1] |
| 1910 g/L（25℃）[1] | |
| 溶解度 | エタノールに可溶[1] |
| バンドギャップ | 8.35 eV (80 K) [2] |
磁化率（χ）
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-56.7·10 −6 cm 3 /モル[3] |
屈折率( n D )
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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] |
| 構造 | |
| CsCl、cP2 | |
| 午後3時221分[5] | |
a = 0.4119nm
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格子体積（V）
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0.0699nm 3 |
数式単位( Z )
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1 |
| 立方晶 (Cs + ) 立方晶 (Cl − ) | |
| 危険 | |
| GHSラベル: | |
 
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| 警告 | |
| H302、H341、H361、H373 | |
| P201、P202、P260、P264、P270、P281、P301+P312、P308+P313、P314、P330、P405、P501 | |
| 致死量または濃度（LD、LC）： | |
LD 50 (平均投与量)
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2600 mg/kg（経口、ラット）[6] |
| 関連化合物 | |
その他の陰イオン
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フッ化 セシウム 臭化セシウム ヨウ化セシウム アスタチドセシウム |
その他の陽イオン
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塩化リチウム 塩化ナトリウム 塩化カリウム 塩化ルビジウム 塩化 フランシウム |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
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塩化セシウムまたは塩化セシウムは、化学式Cs Clの無機化合物です。この無色の塩は、さまざまなニッチな用途でセシウムイオンの重要な供給源です。その結晶構造は、各セシウムイオンが 8 つの塩化物イオンによって配位されている主要な構造型を形成します。塩化セシウムは水に溶解します。CsCl は加熱すると NaCl 構造に変化します。塩化セシウムは、カーナライト(最大 0.002%)、シルバイト、カイナイトに不純物として自然に存在します。世界中で毎年 20トン未満の CsCl が生産されており、そのほとんどはセシウムを含む鉱物ポルサイトから生産されています。[7]
塩化セシウムは、さまざまな種類のDNA を分離するための等密度遠心分離で広く使用されています。これは分析化学の試薬であり、沈殿物の色と形態によってイオンを識別するために使用されます。137 CsCl や131 CsClなどの放射性同位元素が濃縮されている場合、塩化セシウムは、癌の治療や心筋梗塞の診断などの核医学用途に使用されます。従来の非放射性 CsCl を使用した別の形態の癌治療が研究されました。従来の塩化セシウムは人間や動物に対する毒性がかなり低いのに対し、放射性形態は CsCl が水によく溶けるため、環境を容易に汚染します。1987年にブラジルのゴイアニアで 93 グラムの容器から137 CsCl の粉末が拡散し、史上最悪の放射能流出事故の 1 つとなり、4 人が死亡、249 人が直接影響を受けました。
結晶構造
塩化セシウムの構造は、2原子を基本とする原始立方格子を採用しており、両方の原子が8配位しています。塩化物原子は立方体の角の格子点に位置し、セシウム原子は立方体の中心の穴にあります。別の、そして全く同等の「設定」では、角にセシウムイオン、中心に塩化物イオンがあります。この構造は、CsBrやCsI、および多くの二元金属合金で共有されています。対照的に、他のアルカリハロゲン化物は塩化ナトリウム（岩塩）構造を持っています。[8]両方のイオンのサイズが似ている場合（この配位数の場合、 Cs + イオン半径は174 pm、Cl - 181 pm）、CsCl構造が採用され、異なる場合（Na + イオン半径は102 pm、Cl - 181 pm）は塩化ナトリウム構造が採用されます。 445℃以上に加熱すると、通常の塩化セシウム構造（α-CsCl）は岩塩構造（空間群 Fm 3 m）を持つβ-CsCl形態に変換されます。[5]岩塩構造は、雲母、LiF、KBr、NaCl基板上に成長したナノメートル薄のCsCl膜でも常温で観察されています。[9]
物理的特性
塩化セシウムは大きな結晶の状態で無色で、粉末にすると白色です。水に容易に溶け、最大溶解度は20℃で1865g/L、100℃で2705g/Lに増加します。[10]結晶は吸湿性が非常に高く、常温で徐々に崩壊します。[11]塩化セシウムは水和物を形成しません。[12]
塩化ナトリウムや塩化カリウムとは対照的に、塩化セシウムは濃塩酸に容易に溶解します。[14] [15]塩化セシウムは、ギ酸（18℃で1077 g/L）やヒドラジンにも比較的高い溶解度を示します。メタノールへの溶解度は中程度（25℃で31.7 g/L）、エタノールへの溶解度は低い（25℃で7.6 g/L）[12] [15] [16] 、 二酸化硫黄（25℃で2.95 g/L）、アンモニア（0℃で3.8 g/L）、アセトン（18℃で0.004%）、アセトニトリル（18℃で0.083 g/L）[15] 、 酢酸エチルおよびその他の複合エーテル、ブタノン、アセトフェノン、ピリジン、クロロベンゼン[17]。
80 K で約 8.35 eV の広いバンドギャップにもかかわらず[2] 、塩化セシウムは電気を弱く伝導し、その伝導性は電子的ではなくイオン的である。伝導性は 300 °C で 10 −7 S/cmのオーダーである。これは格子空孔の最隣接ジャンプによって発生し、移動度はCs +空孔よりもCl −空孔の方がはるかに高い。伝導性は温度とともに約 450 °C まで増加し、活性化エネルギーは約 260 °C で 0.6 eV から 1.3 eV に変化する。その後、α-CsCl 相から β-CsCl 相への相転移により、伝導性は 2 桁急激に低下する。伝導性は圧力を加えることによっても抑制され (0.4 GPa で約 10 分の 1 に低下)、格子空孔の移動度が低下する。[18]
反応
塩化セシウムは水に溶解すると完全に解離し、Cs + 陽イオンは希薄溶液中で溶媒和する。CsClは濃硫酸中で加熱するか、硫酸水素セシウムとともに550～700℃で加熱すると硫酸セシウムに変換される。 [21]
- 2 CsCl + H 2 SO 4 → Cs 2 SO 4 + 2 HCl
- CsCl + CsHSO 4 → Cs 2 SO 4 + HCl
塩化セシウムは他の塩化物と様々な複塩を形成する。例としては、2CsCl·BaCl 2、[22] 2CsCl·CuCl 2、CsCl·2CuCl、CsCl·LiCl [23]などがあり、ハロゲン間化合物とも以下の複塩を形成する: [24]
![{\displaystyle {\ce {CsCl + ICl3 -> Cs[ICl4]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b106856bd4fcba7764e52dc61de8ec0049b4a3e)
発生と生成
塩化セシウムは、ハロゲン化鉱物であるカーナライト（KMgCl 3 ·6H 2 O、最大0.002%のCsClを含む）[26] 、 シルバイト（KCl）、カイナイト（MgSO 4 ·KCl·3H 2 O）[27] 、および鉱水に不純物として自然に存在します。たとえば、セシウムの分離に使用されたバート・デュルクハイム温泉の水には、約0.17 mg/LのCsClが含まれていました。[28]これらの鉱物はいずれも商業的に重要ではありません。
工業規模では、CsClは鉱物ポルサイトから製造され、粉末にされ、高温で塩酸で処理される。抽出物は塩化アンチモン、一塩化ヨウ素、または塩化セリウム(IV)で処理され、難溶性の複塩が得られる。例：[29]
- CsCl + SbCl 3 → CsSbCl 4
複塩を硫化水素で処理するとCsClが得られる。[29]
- 2 CsSbCl 4 + 3 H 2 S → 2 CsCl + Sb 2 S 3 + 8 HCl
高純度のCsClは、熱分解によって再結晶化（および）されたCsClからも生成される。 [30]
![{\displaystyle {\ce {Cs[ICl2]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/179cfcb1c479f90128c3ac48e2906b3f844d8781)
![{\displaystyle {\ce {Cs[ICl4]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7ae265895d0004997e064fbc7fa581ef0db7a2c4)
![{\displaystyle {\ce {Cs[ICl2] -> {CsCl}+ ICl}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7824fed40e3efe7816a0e91633974ab54eb1aa87)
1970年代[31]から2000年代にかけて、世界中で年間約20トンのセシウム化合物が生産されていましたが、その大部分はCsClでした。 [32]放射線治療用のセシウム137を濃縮した塩化セシウムは、ロシアのウラル地方にあるマヤックの単一施設で生産されており、 [33]英国のディーラーを通じて国際的に販売されています。この塩は吸湿性があるため200℃で合成され、指ぬき型の鋼鉄容器に密封され、さらに別の鋼鉄ケースに入れられます。塩を湿気から守るために密封が必要です。[34]
実験方法
実験室では、水酸化セシウム、炭酸セシウム、重炭酸セシウム、または硫化セシウムを塩酸で 処理することで CsCl を得ることができます。
- CsOH + HCl → CsCl + H 2 O
- Cs 2 CO 3 + 2 HCl → 2 CsCl + 2 H 2 O + CO 2
用途
Cs金属の前駆体
塩化セシウムは高温還元によってセシウム金属の主な前駆物質となる。[31]
- 2 CsCl (l) + Mg (l) → MgCl 2 (s) + 2 Cs (g)
同様の反応（リンの存在下で真空中でCsClとカルシウムを加熱する）は、1905年にフランスの化学者MLハックスピルによって初めて報告され[35]、現在でも工業的に使用されています。[31]
水酸化セシウムは塩化セシウム水溶液の電気分解によって得られる。 [36]
- 2 CsCl + 2 H 2 O → 2 CsOH + Cl 2 + H 2
超遠心分離用溶質
塩化セシウムは、等密度遠心分離法と呼ばれる遠心分離法で広く使用されています。求心力と拡散力によって密度勾配が形成され、分子密度に基づいて混合物を分離することができます。この技術により、密度の異なるDNA（ATまたはGC含有量の異なるDNA断片など）を分離することができます。[31]この用途では、高密度でありながら比較的粘度の低い溶液が必要であり、CsClは水への溶解度が高く、Csの質量が大きいため密度が高く、CsCl溶液は粘度が低く安定性が高いため適しています。[29]
有機化学
塩化セシウムは有機化学ではあまり使用されません。特定の反応において相間移動触媒試薬として作用します。これらの反応の1つはグルタミン酸誘導体 の合成です。
![{\displaystyle \overbrace {\ce {CH2=CHCOOCH3}} ^{\text{アクリル酸メチル}}+{\ce {ArCH=N-CH(CH3)-COOC(CH3)3->[{\ce {TBAB ,\ CsCl,\ K2CO3}}][{\ce {CPME,\ 0^{\circ }C}}]{ArCH=NC(C2H4COOCH3)(CH3)-COOC(CH3)3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5f20c83eb7669c6266c0cc534608d0b13cef0f5a)
ここでTBABはテトラブチルアンモニウムブロミド（相間触媒）であり、CPMEはシクロペンチルメチルエーテル（溶媒）である。[37]
もう一つの反応はテトラニトロメタンの置換反応である[38]
![{\displaystyle \overbrace {{\ce {C(NO2)4}}} ^{\text{テトラニトロメタン}}+{\ce {CsCl ->[{\ce {DMF}}] {C(NO2)3Cl}+ CsNO2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ddc9c983cd359a8ffceb4f8aeb9a0aa392b3f0da)
ここで、DMF はジメチルホルムアミド（溶媒）です。
分析化学
塩化セシウムは、沈殿物の色と形態を介して無機イオンを検出するために使用される伝統的な分析化学の試薬です。誘導結合プラズマ質量分析法によるMg 2+などの一部のイオンの定量濃度測定は、水の硬度を評価するために使用されます。[39]
以下のイオンの検出にも使用されます。
薬
アメリカ癌協会は、「入手可能な科学的証拠は、非放射性塩化セシウムサプリメントが腫瘍に何らかの効果があるという主張を裏付けていない」と述べている。[40]食品医薬品局は、 自然療法における塩化セシウムの使用に関連する重大な心臓毒性や死亡などの安全上のリスクについて警告している。[41] [42]
核医学と放射線検査
塩化セシウムは137 CsClや131 CsClなどの放射性同位元素から構成され[43] 、がんの治療（密封小線源治療）や心筋梗塞の診断を含む核医学で使用されている。[44] [45]放射性線源の製造では、事故の際に環境に容易に拡散しない放射性同位元素の化学形態を選択するのが一般的である。例えば、放射熱発生装置（RTG）では水に不溶性のチタン酸ストロンチウムがよく使用される。しかし、遠隔治療線源の場合、放射性密度（所定体積中のCi）を非常に高くする必要があり、これは既知の不溶性セシウム化合物では不可能である。放射性塩化セシウムの指ぬき型の容器が活性線源となる。
その他のアプリケーション
塩化セシウムは、導電性ガラス[43] [46]やブラウン管のスクリーン[31]の製造に使用されています。希ガスと組み合わせて、CsCl はエキシマランプ[47] [48]やエキシマレーザーに使用されています。その他の用途には、溶接時の電極の活性化[49] 、ミネラルウォーター、ビール[50]、掘削泥水の製造[51]、高温はんだ[52]などがあります。高品質の CsCl 単結晶は、紫外線から赤外線までの広い透過範囲を持っているため、光学分光計のキュベット、プリズム、窓に使用されていましたが、[31]吸湿性の低い材料の開発により、この用途は中止されました。
CsClは、ニューロンなどの興奮性細胞でh電流を運ぶHCNチャネルの強力な阻害剤です。[53]そのため、神経科学における電気生理学実験に有用です。
毒性
塩化セシウムはヒトや動物に対する毒性が低い。[54]マウスにおける半数致死量（LD 50 ）は、経口投与で体重1kgあたり2300mg、静脈注射で910mg/kgである。[55] CsClの毒性が弱いのは、体内のカリウム濃度を下げ、生化学的プロセスで部分的にカリウムを代替する能力に関係している。[56]しかし、大量に摂取するとカリウムの著しい不均衡を引き起こし、低カリウム血症、不整脈、急性心停止を引き起こす可能性がある。[57]しかし、塩化セシウムの粉末は粘膜を刺激し、喘息を引き起こす可能性がある。[51]
塩化セシウムは水への溶解度が高いため、非常に移動しやすく、コンクリートを透過して拡散することもある。これは放射性形態の欠点であり、化学的に移動性の低い放射性同位元素物質の探索が必要である。市販の放射性塩化セシウム源は、二重の鋼鉄製の容器にしっかりと密封されている。[34]しかし、ブラジルのゴイアニア事故では、約93グラムの137 CsClを含むそのような源が廃病院から盗まれ、2人の清掃人によってこじ開けられた。放射性塩化セシウムが暗闇で発する青い光に引き寄せられた窃盗犯とその親族は、関連する危険性を知らずに粉末をまき散らした。この結果、最悪の放射能流出事故の1つが発生し、被曝から1ヶ月以内に4人が死亡し、20人が放射線障害の兆候を示し、249人が放射性塩化セシウムに汚染され、約1,000人が年間の背景放射線量を超える線量を受けた。 11万人以上の人々が地元の病院に押し寄せ、清掃作業で数ブロックが破壊された。汚染の最初の数日間、放射線障害による胃の不調や吐き気を訴える人が数人いたが、数日後に1人の人が症状を粉末と関連づけ、サンプルを当局に持ち込んだ。[58] [59]
参照
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文献
ウィキメディア・コモンズには、塩化セシウムに関連するメディアがあります。
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