염화 세슘

3. 물리적 성질

염화 세슘은 큰 결정 형태에서는 무색이고, 분말 형태에서는 흰색을 띤다. 물에 쉽게 녹으며, 20 °C에서 1865 g/L, 100 °C에서 2705 g/L의 용해도를 보인다.^[10] 결정은 매우 흡습성이 강해 주위 환경에서 서서히 붕괴된다.^[37] 염화 세슘은 수화물을 형성하지 않는다.^[35]

염화 나트륨 및 염화 칼륨과는 달리 진한 염산에 쉽게 녹는다.^[41][28] 개미산(18 °C에서 1077 g/L)과 히드라진에 비교적 높은 용해도를 가지며, 메탄올(25 °C에서 31.7 g/L)에는 중간 용해도, 에탄올(25 °C에서 7.6 g/L),^[35][28][12] 이산화 황(25 °C에서 2.95 g/L), 암모니아(0 °C에서 3.8 g/L), 아세톤(18 °C에서 0.004%), 아세토니트릴(18 °C에서 0.083 g/L),^[28] 에틸 아세테이트 및 기타 복잡한 에테르, 부타논, 아세토페논, 피리딘 및 클로로벤젠에는 낮은 용해도를 가진다.^[42]

약 80 K에서 약 8.35 eV의 넓은 띠 간격에도 불구하고,^[3] 염화 세슘은 전기를 약하게 전도하며, 이는 전자 전도성이 아닌 이온 전도도이다. 전도성은 300 °C에서 10⁻⁷ S/cm 정도의 값을 가진다. 격자 공공의 가장 가까운 이웃 점프를 통해 발생하며, 이동성은 Cs⁺ 공공보다 Cl⁻ 공공에서 훨씬 높다. 전도성은 약 450 °C까지 온도에 따라 증가하며, 활성화 에너지는 약 260 °C에서 0.6에서 1.3 eV로 변한다. 그런 다음 α-CsCl에서 β-CsCl 상으로의 상 전이로 인해 두 자릿수만큼 급격히 감소한다. 전도성은 또한 격자 공공의 이동성을 감소시키는 압력(0.4 GPa에서 약 10배 감소)의 적용에 의해 억제된다.^[30]

4. 화학적 성질

염화 세슘은 물에 녹으면 완전히 해리되어 Cs⁺ 양이온이 희석된 용액에서 용매화된다. 염화 세슘은 농축된 황산에서 가열하거나 550–700°C에서 황산 수소 세슘과 함께 가열하면 황산 세슘으로 변환된다.^[45]

:2 CsCl + H₂SO₄ → Cs₂SO₄ + 2 HCl

:CsCl + CsHSO₄ → Cs₂SO₄ + HCl

염화 세슘은 다른 염화물과 다양한 이중 염을 형성한다. 예로는 2CsCl·BaCl₂,^[46] 2CsCl·CuCl₂, CsCl·2CuCl, CsCl·LiCl,^[48] 및 할로겐간 화합물이 있다:^[47]

:CsCl + ICl3 -> Cs[ICl4]

5. 생성 및 제조

염화 세슘은 카날라이트(KMgCl₃·6H₂O, 최대 0.002% CsCl 함유)^[36], 실바이트(KCl), 카이 나이트(MgSO₄·KCl·3H₂O)와 같은 할라이드 광물에 불순물로 자연적으로 존재하며,^[16] 광천수에서도 발견된다. 예를 들어, 세슘을 분리하는 데 사용된 바트 뒤르크하임 온천의 물에는 약 0.17mg의 CsCl이 포함되어 있었다.^[17]

산업 규모에서 CsCl은 폴루사이트 광물을 분말화하여 고온에서 염산으로 처리하여 생산한다. 추출물은 염화 안티몬, 일염화 요오드, 또는 세륨(IV) 염화물로 처리하여 용해도가 낮은 이중염을 생성한다.^[49]

:CsCl + SbCl₃ → CsSbCl₄

이중염을 황화 수소로 처리하면 CsCl이 생성된다.^[49]

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

고순도 CsCl은 또한 재결정된 Cs[ICl₂]을 열분해하여 생산된다.^[18]

실험실에서는 수산화 세슘, 탄산염, 중탄산 세슘 또는 황화 세슘을 염산으로 처리하여 CsCl을 얻을 수 있다.

:CsOH + HCl → CsCl + H₂O

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

수산화 세슘 또는 탄산 세슘과 염산의 반응으로 조제된다. 얻어진 염은 재결정하여 정제한다.

6. 용도

염화 세슘은 전도성 유리 제조에 사용된다.^[43][23] 또한, DNA 원심 분리에 널리 사용되는 등밀도 원심 분리법은 염화 세슘 용액을 원심 분리하여 원심력과 분산력에 의해 원심관 내에 농도 구배를 만드는 기술이다. 이 용액을 사용하여 DNA를 원심 분리하면, DNA의 각 단편은 용액 중에서 밀도가 같은 부분으로 각각 이동하며, 이 현상을 이용하여 밀도가 다른 DNA를 분리할 수 있다.

비방사성 염화 세슘은 암의 대체 치료에 이용할 수 있다고 주장되지만, 과학적 근거는 없다. 캐나다 보건부에 따르면, 지속적인 세슘 화합물(주로 염화 세슘)의 사용은 생명을 위협하는 심장병의 위험을 초래할 수 있다.^[60]

6. 1. 세슘 금속 전구체

6. 2. 초원심분리

6. 3. 유기 화학

• >[\ce{TBAB,\ CsCl,\ K2CO3}][\ce{CPME,\ 0^\circ C}]

6. 4. 분석 화학

다음 이온의 검출에도 사용된다.

6. 5. 의학

6. 6. 기타 응용

7. 독성

염화 세슘은 인간과 동물에게 낮은 독성을 보인다.^[67][33] 쥐를 이용한 실험에서 중간 치사량(LD₅₀)은 경구 투여 시 체중 킬로그램 당 2300mg, 정맥 주사 시 910mg/kg이다.^[40] 염화 세슘의 약한 독성은 체내 칼륨 농도를 낮추고 생화학적 과정에서 칼륨을 부분적으로 대체하는 능력과 관련이 있다.^[44] 그러나 다량 섭취하면 칼륨의 심각한 불균형을 유발하여 저칼륨혈증, 부정맥, 급성 심정지를 일으킬 수 있다.^[26] 또한, 염화 세슘 분말은 점막을 자극하여 천식을 유발할 수 있다.^[32]

염화 세슘은 물에 잘 녹고 이동성이 매우 높아 콘크리트도 통과할 수 있다. 이는 방사성 동위 원소 물질의 화학적 이동성을 낮춰야 하는 방사성 형태에서는 단점으로 작용한다. 방사성 염화 세슘의 상업적 공급원은 이중 강철 용기에 잘 밀봉되어 있다.^[31] 그러나 브라질의 고이아니아 방사능 사고에서는 약 93g의 ¹³⁷CsCl을 포함하는 방사선원이 버려진 병원에서 도난당해 강제로 개봉되었다. 방사성 염화 세슘이 어둠 속에서 내는 푸른 빛은 위험을 알지 못했던 도둑과 그 친척들을 매료시켰고, 분말을 퍼뜨리는 결과를 낳았다. 이 사고로 4명이 한 달 안에 사망했고, 20명이 방사선 질환 증세를 보였으며, 249명이 방사성 염화 세슘에 오염되었고, 약 1000명이 연간 배경 방사선량을 초과하는 선량을 받았다. 110,000명 이상의 사람들이 지역 병원에 몰려들었고, 정화 작업을 위해 여러 도시 블록을 철거해야 했다. 오염 초기 며칠 동안 여러 사람이 방사선 질환으로 인한 위장 장애와 메스꺼움을 경험했지만, 며칠 후 한 사람이 증상을 분말과 연관시켜 당국에 샘플을 가져갔다.^[38][27]

참조

_[1] 문서 Haynes, p. 4.57
_[2] 문서 Haynes, p. 10.240
_[3] 논문 Relaxation of excitons in wide-gap CsCl crystals
_[4] 문서 Haynes, p. 4.132
_[5] 논문 The transition mechanism between the CsCl-type and NaCl-type structures in CsCl
_[6] 웹사이트 Cesium chloride https://chem.nlm.nih[...]
_[7] 서적 Chemistry of the Elements Butterworth-Heinemann
_[8] 서적 Structural Inorganic Chemistry Oxford Science Publications
_[9] 논문 Polymorphism of cesium and thallium halides
_[10] 문서 Lidin, p. 620
_[11] 문서 Haynes, p. 5.191
_[12] 문서 Plyushev, p. 97
_[13] 문서 Haynes, p. 5.126
_[14] 문서 Lidin, p. 645
_[15] 논문 Atomic structure and dynamic behaviour of truly one-dimensional ionic chains inside carbon nanotubes
_[16] 문서 Plyushev, pp. 210–211
_[17] 문서 Plyushev, p. 206
_[18] 문서 Plsyushev, pp. 357–358
_[19] 간행물 "Cesium: Radionuclide" in Encyclopedia of Inorganic Chemistry Wiley-VCH, Weinheim
_[20] 문서 Plyushev, p. 90
_[21] 웹사이트 FDA alerts health care professionals of significant safety risks associated with cesium chloride https://www.fda.gov/[...] Food and Drug Administration 2018-07-23
_[22] 웹사이트 FDA blacklists cesium chloride, ineffective and dangerous naturopathic cancer treatment https://sciencebased[...] 2018-08-02
_[23] 논문 Optical absorption and composition of the nearest environment of neodymium in glasses based on the gallium-germanium-chalcogen system
_[24] 논문 Luminescence of XeCl* and XeBr* exciplex molecules initiated by a longitudinal pulsed discharge in a three-component mixture of Xe with CsCl and CsBr vapors
_[25] 논문 Hyperpolarization-Activated Cation Channels: From Genes to Function
_[26] 논문 Clinical effects of cesium intake 2010-06
_[27] 뉴스 The Worst Nuclear Disasters https://web.archive.[...] 2009
_[28] 서적 Аналитическая химия рубидия и цезия Nauka
_[29] 웹사이트 Cesium Chloride http://www.cancer.or[...] American Cancer Society 2008-11-30
_[30] 서적 Solid state physics: advances in research and applications https://books.google[...] Academic Press
_[31] 서적 Radiation source use and replacement: abbreviated version https://books.google[...] National Academies Press 2008-01
_[32] 웹사이트 Cesium Chloride MSDS http://www.cabot-cor[...] Cabot Corporation
_[33] 웹사이트 Chemical Safety Data: Caesium chloride http://cartwright.ch[...] Physical and Theoretical Chemistry Laboratory, Oxford University
_[34] 논문 The direct diagnosis of myocardial infarction by photoscanning after administration of cesium-131 http://deepblue.lib.[...]
_[35] 서적 Химическая энциклопедия (Chemical encyclopedia) Soviet Encyclopedia
_[36] 서적 Химическая энциклопедия (Chemical encyclopedia) Soviet Encyclopedia
_[37] 웹사이트 ЭСБЕ/Цезий http://ru.wikisource[...] 2011-04-15
_[38] 서적 The Radiological Accident in Goiânia http://www-pub.iaea.[...] International Atomic Energy Agency
_[39] 논문 Cesium 131 Photoscan: Aid in the Diagnosis of Myocardial Infarction
_[40] 웹사이트 Safety data for caesium chloride https://web.archive.[...] The Physical and Theoretical Chemistry Laboratory Oxford University 2011-04-08
_[41] 서적 Неорганическая химия в таблицах
_[42] 서적 Химия и технология редких и рассеянных элементов Vysshaya Shkola
_[43] 문서 Cesium http://minerals.usgs[...] U.S. Geological Survey
_[44] 서적 Khimiya
_[45] 서적 Химические свойства неорганических веществ Khimiya
_[46] 서적 Химическая энциклопедия Soviet Encyclopedia
_[47] 서적 Химическая энциклопедия Soviet encyclopedia
_[48] 서적 Consolidated Index of Selected Property Values: Physical Chemistry and Thermodynamics National Academy of Science
_[49] 서적 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology John Wiley & Sons
_[50] 서적 Alkali and Alkaline Earth Metals https://books.google[...] Infobase Publishing
_[51] 간행물 Cesium and Cesium Compounds Wiley-VCH, Weinheim
_[52] 논문 Sur une nouvelle prepapratíon du rubidium et du cæsium http://gallica.bnf.f[...]
_[53] 논문 Rate Enhancement of Phase Transfer Catalyzed Conjugate Additions by CsCl
_[54] 서적 Synthesis: Carbon with Three or Four Attached Heteroatoms https://archive.org/[...] Elsevier
_[55] 서적 ГОСТ 52407-2005. Вода питьевая. Методы определения жесткости Стандартинформ
_[56] 논문 Electric-discharge UV radiation source based on a Xe-CsCl vapor-gas mixture
_[57] 웹사이트 Тугоплавкие и химически активные металлы http://www.migatroni[...] Migatronic 2011-02-24
_[58] 서적 Academic Press Dictionary of Science and Technology Academic Press
_[59] 서적 Industrial Minerals & Rocks: Commodities, Markets, and Uses Society for Mining, Metallurgy, and Exploration
_[60] 뉴스 Health Canada Warns Canadians of Cardiac Risks Associated with Cesium ChlorideWarning 2009-153 /September 10, 2009 For immediate release / http://www.hc-sc.gc.[...] Health Canada 2009-09-10
_[61] 문서 Haynes, p. 4.57
_[62] 문서 Haynes, p. 10.240
_[63] 저널 Relaxation of excitons in wide-gap CsCl crystals
_[64] 문서 Haynes, p. 4.132
_[65] 저널 The transition mechanism between the CsCl-type and NaCl-type structures in CsCl
_[66] 웹사이트 Cesium chloride http://chem.sis.nlm.[...]
_[67] 웹인용 Chemical Safety Data: Caesium chloride http://cartwright.ch[...] Physical and Theoretical Chemistry Laboratory, Oxford University 2011-04-08