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수산화 세슘

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목차

1. 개요

수산화 세슘(CsOH)은 세슘 이온과 수산화물 이온으로 이루어진 무색의 조해성이 강한 고체이다. 물에 대한 용해도가 알칼리 금속 수산화물 중에서 가장 크며, 강한 염기성을 나타낸다. 금속 세슘을 물과 반응시켜 얻거나 황산 세슘 수용액과 수산화 바륨 수용액의 복분해 반응을 통해 합성할 수 있다. 수산화 세슘은 강염기로서 폴리우레탄 합성 촉매, 실리콘 에칭액 등으로 사용되지만, 다른 알칼리 금속 수산화물로 대체 가능한 경우가 많다.

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수산화 세슘 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
수산화 세슘 일수화물
수산화 세슘 일수화물
화학식CsOH
몰 질량149.912 g/mol
외형흰색-노란색의 조해성 결정
밀도3.675 g/cm3
녹는점272 °C
용해도30 °C에서 300 g/100 mL
다른 용매에 대한 용해도에탄올에 용해됨
pKb-1.76 (CsOH(aq) = Cs+ + OH–)
구조
배위해당사항 없음
결정 구조해당사항 없음
열화학
표준 생성 엔탈피−416.2 kJ·mol−1
엔트로피104.2 J·K−1·mol−1
열용량69.9 J·mol−1·K−1
위험성
NFPA 704건강: 3
화재: 0
반응성: 1
기타: ALK
물질안전보건자료 (SDS)ICSC 1592
인화점가연성 없음
LD50 (반수 치사량)570 mg/kg (경구, 쥐)
PEL (허용 노출 기준)없음
REL (권장 노출 기준)TWA 2 mg/m3
IDLH (즉시 생명 또는 건강에 위험한 농도)N.D.
GHS 신호어위험
GHS 그림 문자
H 문구H302: 삼키면 유해함
H314: 피부에 심한 화상과 눈 손상을 일으킴
H361: 생식 능력 또는 태아에 유해할 수 있음
H373: 장기간 또는 반복 노출되면 장기에 손상을 줄 수 있음
P 문구P201: 사용 전 특별한 지침을 얻을 것.
P202: 모든 안전 예방 조치를 읽고 이해할 때까지 취급하지 말 것.
P260: 분진/흄/가스/미스트/증기/스프레이를 흡입하지 말 것.
P264: 취급 후에는 손을 철저히 씻을 것.
P270: 이 제품을 사용할 때에는 먹거나, 마시거나 흡연하지 말 것.
P280: 보호 장갑/보호 의류/눈 보호구/안면 보호구를 착용할 것.
P281: 필요한 경우 개인 보호 장비 사용을 위한 지침을 구할 것.
P301+312: 삼켰을 시: 기분이 좋지 않으면 의료기관/의사에게 연락할 것.
P301+330+331: 삼켰을 시: 입을 헹굴 것. 토하게 하지 말 것.
P303+361+353: 피부(또는 머리카락)에 묻었을 시: 오염된 모든 의복은 즉시 벗을 것. 피부를 물/샤워로 헹굴 것.
P304+340: 흡입했을 시: 사람을 신선한 공기가 있는 곳으로 옮기고 호흡하기 편하게 할 것.
P305+351+338: 눈에 묻었을 시: 몇 분 동안 물로 조심스럽게 헹굴 것. 콘택트 렌즈가 있다면 제거하기 쉬운 경우 제거할 것. 계속 헹굴 것.
P308+313: 노출되었거나 노출이 우려될 시: 의학적인 조언/진찰을 받을 것.
P310: 즉시 의료기관에 연락할 것.
P314: 기분이 좋지 않으면 의학적인 조언/진찰을 받을 것.
P321: 특별한 치료가 필요함 (안전 보건 자료 참조).
P330: 입을 헹굴 것.
P363: 오염된 의복은 세탁 후 재사용할 것.
P405: 잠금장치가 있는 곳에 보관할 것.
P501: 내용물/용기는 관련 규정에 따라 폐기할 것.
관련 화합물
다른 음이온산화 세슘
플루오린화 세슘
다른 양이온수산화 리튬
수산화 나트륨
수산화 칼륨
수산화 루비듐
CAS 등록번호
CAS 등록번호21351-79-1
일수화물 CAS 등록번호35103-79-8

2. 합성

수산화 세슘은 금속 세슘을 물과 반응시키거나, 황산 세슘 수용액에 수산화 바륨 수용액을 첨가하여 복분해 반응을 통해 수용액으로 얻을 수 있다.

2. 1. 전통적인 합성법

금속 세슘을 물과 반응시키면 수용액으로 얻을 수 있지만, 이 반응은 소량으로도 폭발적이며 극히 위험하다. 얼음조차도 -116°C 이상에서 반응할 수 있다.

: 2Cs + 2H2O -> 2CsOH + H2

황산 세슘 수용액에 계산된 양의 수산화 바륨 수용액을 첨가하여 생성된 황산 바륨 침전을 제거하는, 즉 복분해 반응을 통해 수용액을 얻을 수 있다.

:{Cs2SO4} + Ba(OH)2 -> {2CsOH} + BaSO4 \downarrow

3. 성질

수산화 나트륨 및 수산화 칼륨 등 다른 알칼리 금속의 수산화물과 유사한 성질을 보인다. 수용액 중에서는 거의 완전히 전리하여 희박 수용액에서는 염기 강도에 큰 차이가 없지만, 농후 용액이나 융해 상태에서는 강한 염기성을 나타낸다. 이는 세슘 이온의 이온 반지름이 커서 수산화물 이온과의 정전기적 상호작용이 작기 때문이다[11]。

기상에서는 다른 알칼리 금속의 수산화물처럼 주로 이량체(CsOH)2를 형성하며, 기상에서의 양성자 친화력은 LiOH부터 CsOH까지 증가한다. 이러한 차이는 물과 같은 극성 용매에서 용매 효과로 인해 더 두드러지게 나타난다[12]。

고체 및 수용액 상태에서 이산화 탄소를 흡수하여 탄산 세슘을 생성하는데, 탄산 세슘의 용해도가 높아 흡수력이 강하다. 또한 유리를 서서히 부식시키는 등 강염기의 성질을 보인다.

:2CsOH + CO2 -> Cs2CO3 + H2O

3. 1. 물리적 성질

무색의 극히 조해성이 강한 고체이며, 세슘 이온 및 수산화물 이온으로 이루어진 이온 결정이다. 물에 대한 용해도, 수화열 및 용해열은 알칼리 금속의 수산화물 중에서 가장 크며[9][10], 이는 염기 강도가 가장 큰 것과 관계가 있다.

:{CsOH(s)} + H2O(l) <=> CsOH \cdot H2O(s),　　　 \mathit{\Delta} H^\circ = -50.98 \mbox{kJ mol}^{-1}

:CsOH(s) <=> Cs^+(aq) + {OH^-}(aq),　　　 \mathit{\Delta} H^\circ = -71.04 \mbox{kJ mol}^{-1}

메탄올 및 에탄올 등 프로톤성 용매에도 잘 녹는다.

3. 2. 화학적 성질

수산화 세슘은 무색의 극히 조해성이 강한 고체이며, 세슘 이온 및 수산화물 이온으로 이루어진 이온 결정이다. 물에 대한 용해도, 수화열 및 용해열은 알칼리 금속의 수산화물 중에서 가장 크며[9][10], 이는 염기 강도가 가장 큰 것과 관계가 있다.

:{CsOH(s)} + H2O(l) <=> CsOH \cdot H2O(s),　　　 \mathit{\Delta} H^\circ = -50.98 \mbox{kJ mol}^{-1}

:CsOH(s) <=> Cs^+(aq) + {OH^-}(aq),　　　 \mathit{\Delta} H^\circ = -71.04 \mbox{kJ mol}^{-1}

메탄올 및 에탄올 등 프로톤성 용매에도 잘 녹는다.

수산화 세슘의 일반적인 성질은 수산화 나트륨 및 수산화 칼륨 등 다른 알칼리 금속의 수산화물과 유사하다. 수용액 중에서는 거의 완전히 전리하는 등 희박 수용액 중의 염기 강도에 차이는 거의 없지만, 농후 용액 및 융해 상태에서는 현저한 차이가 나타나 더 강한 염기성이 된다. 이는 세슘 이온의 이온 반지름이 크고, 수산화물 이온과의 정전기적 상호 작용이 작기 때문에 염기성을 충분히 발휘할 수 있기 때문이다[11]。

기상 중에서는 다른 알칼리 금속의 수산화물과 마찬가지로 주로 이량체(CsOH)2를 형성하며, 기상 중에서의 양성자 친화력은 LiOH부터 CsOH에 걸쳐 증대하는 것으로 알려져 있다. 그 차이는 용매 효과로 감소하는 물을 시작으로 하는 극성 용매 중에서 더 현저하게 나타난다[12]。

고체 및 수용액은 이산화 탄소를 흡수하며, 생성되는 탄산 세슘도 물에 대한 용해도가 높기 때문에 흡수력은 더 강하다. 또한 유리를 서서히 부식시키는 등 일반적인 강염기에 보이는 성질을 현저하게 나타낸다.

:2CsOH + CO2 -> Cs2CO3 + H2O

4. 용도

강염기로서의 용도로 사용되지만, 성질은 수산화 칼륨 등과 거의 유사하여 대부분의 경우 이것으로 대체 가능하다. 세슘 화합물은 고가이므로 대한민국에서는 연구용 및 특수한 용도에 한정된다.[1] 공업적으로는 폴리우레탄의 원료인 폴리올 합성 촉매로 사용된다.[1] 또한 단결정 실리콘 에칭액으로 사용되며, 주로 결정의 정팔면체 평면([111] 면)을 노출시키는 이방성이 높은 에칭에 사용된다.[1] 이러한 이방성 에칭 작용은 수산화 칼륨 등으로 수행하는 것보다 더욱 현저하다.[1]

참조

[1] 웹사이트 ICSC 1592 - Cesium Hydroxide http://www.inchem.or[...]
[2] 서적 Handbook of Chemistry and Physics CRC Press
[3] 웹사이트 Sortierte Liste: pKb-Werte, nach Ordnungszahl sortiert. – Das Periodensystem online http://www.periodens[...]
[4] 서적 Handbook of Chemistry and Physics CRC Press
[5] 간행물 Gigiena Truda i Professional'nye Zabolevaniya. Labor Hygiene and Occupational Diseases. 1977
[6] 문서 PGCH|0111
[7] 서적 Van Nostrand's Scientific Encyclopedia https://books.google[...] Springer Science & Business Media 2013-12-11
[8] 웹사이트 CsOH is a very strong base that attacks the silica framework of glass under fusion conditions. Cesium Hydroxide Fusion Dissolution of Analytical Reference Glass-1 in Both Powder and Shard Form https://digital.libr[...] Westinghouse Savannah River Company 1998-04
[9] 논문 The NBS tables of chemical thermodynamics properties 1982
[10] 문서 水酸化フランシウムFrOHが存在するならば、さらに[[塩基]]として強力であることが予想されるが、[[フランシウム]]自体は不安定核種しか存在せず、最も[[半減期]]の長い[[同位体]]223Frであっても22分程度であるため、化学的性質がセシウムと類似し、同様に挙動することが判っている程度である。
[11] 서적 基礎化学選書8　酸と塩基 裳華房
[12] 서적 コットン・ウィルキンソン無機化学 培風館
[13] 웹인용 ICSC 1592 - Cesium Hydroxide http://www.inchem.or[...]
[14] 서적 Handbook of Chemistry and Physics CRC Press
[15] 웹인용 Sortierte Liste: pKb-Werte, nach Ordnungszahl sortiert. – Das Periodensystem online http://www.periodens[...]
[16] 서적 Handbook of Chemistry and Physics CRC Press
[17] 웹인용 ChemIDplus - 21351-79-1 - HUCVOHYBFXVBRW-UHFFFAOYSA-M - Cesium hydroxide - Similar structures search, synonyms, formulas, resource links, and other chemical information. http://chem.sis.nlm.[...]
[18] 문서 PGCH|0111


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