Диртутьцезий

Диртутьцезий (CsHg₂) — бинарное интерметаллическое соединение цезия и ртути с фиксированной стехиометрией, традиционно называемое амальгамой цезия. В двойной системе Cs–Hg это соединение является конгруэнтно плавящейся фазой с наибольшей температурой плавления среди всех образующихся в данной системе интерметаллидов.

Состав и физические свойства диртутьцезия

Химическая формула — CsHg₂: один атом цезия и два атома ртути. Молярная масса — 534 г/моль (Cs: 132,9; Hg: 200,6 × 2). Массовая доля ртути в соединении составляет около 75% по массе.

Внешний вид — чёрные кристаллы с характерным пурпурным металлическим блеском. Для сравнения: соседняя по фазовой диаграмме фаза CsHg (эквиатомная амальгама, другое соединение) имеет золотистый цвет и иные физические свойства.

Свойство	Значение
Химическая формула	CsHg₂
Молярная масса	534 г/моль
Внешний вид	Чёрные кристаллы с пурпурным металлическим блеском
Кристаллическая система	Ромбическая (Imma, пр. гр. № 74)
Температура плавления	208°C (481 K)

Кристаллическая структура CsHg₂

CsHg₂ кристаллизуется в ромбической сингонии, пространственная группа Imma (№ 74). Атом цезия находится в 12-координационном окружении из 12 атомов ртути; расстояния Cs–Hg составляют 3,90–4,22 Å. Каждый атом ртути координирован с шестью атомами цезия и четырьмя атомами ртути, расстояния Hg–Hg — 3,20–3,41 Å.

По типу химической связи CsHg₂ относится к полярным металлическим соединениям, которые принято рассматривать в рамках концепции фаз Цинтля. Высокоэлектроположительный цезий частично переносит электронную плотность на более электроотрицательную ртуть, что формирует протяжённую ртутную подрешётку с металло-металлическими Hg–Hg-связями. Связи Cs–Hg и Hg–Hg в структуре сочетают металлический, ионный и ковалентный характер.

Химические свойства

CsHg₂ — твёрдое вещество при нормальных условиях. Соединение нестабильно в воде: цезиевый компонент реагирует с водой, что ведёт к разложению интерметаллида. Взаимодействует с концентрированными кислотами. Выше температуры плавления (208°C) переходит в жидкую металлическую фазу; в жидком состоянии ведёт себя как расплав металлов с соответствующими электрохимическими свойствами.

В системе Cs–Hg активность цезия демонстрирует значительные отрицательные отклонения от идеального поведения, что указывает на сильное межатомное взаимодействие. Теплоты смешения цезия с ртутью велики и отрицательны — соединение термодинамически стабильно относительно чистых компонентов.

Токсичность и требования к обращению

Диртутьцезий содержит около 75% ртути по массе. Ртуть и её неорганические соединения относятся к 1-му классу опасности (чрезвычайно опасные вещества) согласно ГОСТ 12.1.007. ПДК паров ртути в воздухе рабочей зоны — 0,01 мг/м³ (ГОСТ 12.1.005). При нагреве выше точки плавления (208°C) давление паров ртути над расплавом резко возрастает.

Обязательные меры при работе с CsHg₂:

• вытяжная вентиляция рабочего помещения;
• средства индивидуальной защиты органов дыхания (фильтрующий противоаэрозольный респиратор), защитные перчатки, очки;
• исключение контакта материала с водой и водными растворами;
• хранение в герметичной таре;
• утилизация — в соответствии с требованиями к ртутьсодержащим отходам.

Встречающиеся в ряде коммерческих источников утверждения о принадлежности диртутьцезия к 4-му классу опасности («абсолютно безопасен», «специальных инструкций не требуется») не соответствуют требованиям действующих российских нормативных документов по ртути и её соединениям.

Получение диртутьцезия

В природе соединение не обнаружено. Лабораторный синтез — прямое сплавление стехиометрических количеств цезия металлического и ртути в инертной атмосфере (аргон) при температуре выше 208°C. Реакция экзотермична. Высокая реакционная способность металлического цезия требует строгого соблюдения условий синтеза: исключение влаги, кислорода, использование герметичного реакционного сосуда с арматурой под инертный газ.

Альтернативный путь синтеза — электролитический: электролиз раствора иодида цезия в полярном апротонном растворителе (диметилформамид) на ртутном катоде при охлаждении. Этим методом, в частности, получают ртутно-богатые фазы системы Cs–Hg, включая интерметаллиды состава, отличного от CsHg₂.

Применение амальгамы цезия

Основные области применения диртутьцезия и жидких цезиевых амальгам:

• Восстановитель в неорганическом синтезе. Цезиевая амальгама — сильный восстановитель, менее агрессивный и более управляемый по сравнению с металлическим цезием. Применяется при восстановлении неорганических субстратов, требующих мягких условий.
• Жидкий катод в электролитических процессах. Расплавы цезиевых амальгам используются в качестве жидких катодов при электролитическом выделении щелочных и ряда редких металлов. Роль амальгамы — электрод (катод), а не катализатор.
• Научные исследования. Термодинамические свойства системы Cs–Hg и электродвижущая сила цезиево-амальгамных ячеек изучались применительно к высокотемпературным электрохимическим системам. Цезий является одним из наиболее растворимых металлов в ртути, что делает его модельным объектом для изучения амальгамных равновесий.

Форма поставки

Диртутьцезий поставляется в виде кристаллического порошка. Упаковка — герметичная тара в соответствии с требованиями к перевозке ртутьсодержащих материалов. Количество и условия поставки согласовываются индивидуально. Для уточнения наличия и параметров партии обращайтесь к менеджеру.

Смотрите также: полисульфиды цезия — другие соединения цезия в нашем каталоге.