Гидрид цезия

Гидрид цезия (цезий моногидрид, цезий водородистый) — неорганическое ионное соединение цезия и водорода с химической формулой CsH. Молярная масса — 133,913 г/моль, регистрационный номер CAS 13772-47-9. Относится к группе гидридов щелочных металлов и является наиболее реакционноспособным среди стабильных щелочных гидридов. Представляет собой белое кристаллическое твёрдое вещество с выраженными основными свойствами — CsH классифицируется как суперосновние (суперщёлочь).

Кристаллическая структура гидрида цезия

При нормальных условиях гидрид цезия кристаллизуется в структурном типе NaCl (каменная соль) — гранецентрированная кубическая решётка (пространственная группа Fm3̄m). Ионы Cs⁺ и H⁻ чередуются в узлах решётки, каждый ион окружён шестью противоионами (октаэдрическая координация). Параметр решётки a ≈ 6,376 Å при комнатной температуре.

При давлении около 6,5 кбар происходит структурный фазовый переход из типа NaCl в тип CsCl с объёмным скачком порядка 8,6 %. Высокобарическая фаза при охлаждении до температуры жидкого азота остаётся метастабильной вплоть до атмосферного давления (параметр решётки CsCl-фазы a ≈ 3,820 Å при 100 K).

Физико-химические свойства CsH

Основные физические характеристики гидрида цезия приведены в таблице.

Параметр	Значение
Химическая формула	CsH
Молярная масса	133,913 г/моль
Внешний вид	Белое кристаллическое вещество
Кристаллическая структура	Тип NaCl (ГЦК), Fm3̄m
Параметр решётки	a ≈ 6,376 Å
Плотность	3,42 г/см³
Температура разложения	~170 °C
CAS	13772-47-9

Химическая активность

Гидрид цезия — чрезвычайно реакционноспособное соединение. Он бурно реагирует с водой, образуя гидроксид цезия и газообразный водород:

CsH + H₂O → CsOH + H₂↑

Реакция протекает с выделением большого количества теплоты. Выделяющийся водород может самовоспламеняться. Во влажном воздухе вещество способно самовозгораться. При контакте с кислотными растворами также происходит энергичное разложение с выделением водорода.

CsH растворяется в расплавленных солях и в жидком металлическом цезии. Как сильный восстановитель и суперщёлочь, гидрид цезия взаимодействует с галогенами (хлор, фтор), кислородом и рядом других окислителей. Реакции протекают, как правило, энергично, нередко со взрывом или воспламенением.

Получение гидрида цезия

Получить гидрид цезия в чистом виде — нетривиальная задача. Основной лабораторный метод — нагревание карбоната цезия с металлическим магнием в атмосфере водорода при температуре 580–620 °C. Возможен также прямой синтез из элементов:

2Cs + H₂ → 2CsH

Прямое взаимодействие металлического цезия с водородом протекает при повышенных температурах и давлении. Сложность получения связана с высокой реакционной способностью как исходного цезия (воспламеняется на воздухе), так и продукта.

Безопасность и условия обращения

Гидрид цезия относится к веществам, опасным при контакте с водой: при попадании влаги выделяет легковоспламеняющийся газ (водород), который может самопроизвольно воспламениться. По международной классификации опасных грузов CsH попадает под номер ООН 1409 «Гидриды металлов, реагирующие с водой, н.у.к.», класс опасности 4.3, группа упаковки II.

При работе с гидридом цезия обязательны средства индивидуальной защиты: герметичные защитные очки, химстойкие перчатки, защитная одежда. Все операции выполняются в инертной атмосфере (аргон, азот) в вытяжном шкафу или перчаточном боксе. Категорически исключается контакт с водой, влажным воздухом, кислотами и спиртами.

Хранение — в герметичных контейнерах в сухом месте под инертным газом. Транспортировка — в соответствии с правилами перевозки опасных грузов класса 4.3.

Применение гидрида цезия

Практическое использование CsH ограничено из-за его высокой реакционной способности, сложности получения в чистом виде и стоимости сырья. Основные области применения:

В органическом синтезе CsH используется как сильное ненуклеофильное основание (суперщёлочь) для реакций депротонирования, где требуется высокая основность без побочных нуклеофильных атак. Применение ограничено малыми количествами.

В исследованиях ионных двигателей гидрид цезия изучался в ранних работах по ионным двигательным установкам для космических аппаратов как потенциальный источник рабочего тела.

В области водородной энергетики CsH исследуется как катализатор дегидрирования в системах хранения водорода на основе амидов и имидов лёгких металлов.

В физике твёрдого тела и спектроскопии — гидрид цезия представляет интерес для изучения фазовых переходов при высоких давлениях, а также в экспериментах по спин-обменной оптической накачке (SEOP) для гиперполяризации ядер цезия в ЯМР.

Формы поставки

Гидрид цезия поставляется в виде порошка или гранул, расфасованных в герметичные ёмкости под инертным газом. Доступны различные степени чистоты — от реактивной до высокочистой. Фасовка — от единиц до сотен граммов в зависимости от потребности заказчика. Условия отгрузки и объёмы уточняйте у наших менеджеров.

Также на нашем сайте представлены другие соединения цезия: оксид цезия и нитрид цезия Cs₃N.