Нитрат цезия

Нитрат цезия (азотнокислый цезий) — неорганическая соль щелочного металла цезия и азотной кислоты. Химическая формула — CsNO₃. Регистрационный номер CAS 7789-18-6, номер EC (EINECS) 232-146-8. Молярная масса — 194,91 г/моль. При нормальных условиях представляет собой бесцветный (белый) гигроскопичный кристаллический порошок без запаха. Вещество хорошо растворимо в воде, является окислителем. Применяется в пиротехнике, ИК-спектроскопии, производстве специальных оптических стёкол и сцинтилляционных счётчиков.

Физические свойства нитрата цезия

Азотнокислый цезий — типичная ионная соль с высокой температурой плавления и значительной плотностью. Ниже приведены основные физические характеристики, подтверждённые справочными данными (CRC Handbook, NIST WebBook, регистрационное досье ECHA).

Кристаллическая структура CsNO₃

При комнатной температуре нитрат цезия кристаллизуется в гексагональной сингонии (пространственная группа P6̄m2). Параметры элементарной ячейки: a = 1,074 нм, c = 0,768 нм. Растворимость CsNO₃ в воде сильно зависит от температуры: при нагревании от 0 до 100 °C она возрастает приблизительно в 8–9 раз, что характерно для большинства нитратов щелочных металлов.

Растворимость нитрата цезия в воде

Нитрат цезия хорошо растворим в воде, причём растворимость резко возрастает при повышении температуры. В холодной воде (около 0 °C) одна часть CsNO₃ растворяется примерно в 4–5 частях воды. В кипящей воде растворимость достигает примерно 197 г на 100 мл раствора. В водном растворе CsNO₃ полностью диссоциирует на ионы Cs⁺ и NO₃⁻. Кроме воды, нитрат цезия растворим в ацетоне и слабо растворим в этаноле.

Химические свойства азотнокислого цезия

Нитрат цезия — стабильное при нормальных условиях вещество. Однако он проявляет выраженные окислительные свойства, что определяет его поведение при нагревании и взаимодействии с другими веществами.

Окислительные свойства CsNO₃

Как и другие нитраты щелочных металлов, CsNO₃ является окислителем. При контакте с горючими материалами, восстановителями, серой, фосфором и органическими веществами существует риск возгорания и взрыва. В расплавленном состоянии нитрат цезия — сильный окислитель: он разрушающе действует на кварц, платину и многие другие металлы. По этой причине при работе с расплавом CsNO₃ требуются специальные тигли из химически стойких материалов.

Термическое разложение нитрата цезия

При нагревании выше температуры плавления нитрат цезия разлагается поэтапно. На первом этапе (при умеренном нагреве) происходит восстановление нитрата до нитрита цезия с выделением кислорода:

2CsNO₃ → 2CsNO₂ + O₂↑

При дальнейшем нагревании до ~700 °C разложение протекает глубже с образованием оксида цезия:

4CsNO₃ → 2Cs₂O + 2N₂↑ + 5O₂↑

В вакууме при 450–500 °C нитрат цезия способен возгоняться (сублимировать) без разложения. Это свойство используется для глубокой очистки вещества.

Образование кристаллогидратов и сольватов

Из водных растворов нитрат цезия может выделяться в виде кристаллогидратов: CsNO₃·H₂O (температура плавления около 100 °C) и CsNO₃·2H₂O (температура плавления 32–36 °C). При смешении концентрированных растворов нитрата цезия и азотной кислоты образуются кислые нитраты — сольваты состава CsNO₃·nHNO₃ (n = 1–2).

Нитрат цезия восстанавливается атомарным водородом до нитрита:

CsNO₃ + H → CsNO₂ + OH

Квалификации чистоты нитрата цезия как химического реактива

В Российской Федерации классификация чистоты химических реактивов регулируется ГОСТ 13867-68 «Продукты химические. Обозначение чистоты». Согласно этому стандарту, нитрат цезия поставляется в следующих квалификациях:

Выбор квалификации определяется задачами потребителя. Для препаративных и технологических работ, как правило, достаточно квалификации «ч.» или «ч.д.а.». Для прецизионных аналитических методов и научных исследований применяется реактив квалификации «х.ч.». Для задач, требующих минимального содержания микропримесей (оптическое стекловарение, сцинтилляционные кристаллы), используется квалификация «ос.ч.» с указанием числа контролируемых примесей и порогового уровня их суммарного содержания.

Применение нитрата цезия в промышленности и науке

Области применения CsNO₃ определяются его окислительными свойствами, спектральными характеристиками цезия и высокой растворимостью в воде.

Пиротехника и сигнальные средства

Нитрат цезия входит в состав пиротехнических композиций в качестве окислителя и красителя. При горении атомы цезия излучают в ближней инфракрасной области спектра — на длинах волн 852,1 нм и 894,3 нм (резонансные линии Cs). Это свойство используется в осветительных ракетах, сигнальных средствах и ИК-ловушках (тепловых имитаторах) военного назначения.

Оптика, спектроскопия и сцинтилляционная техника

Призмы из нитрата цезия применяются в инфракрасной спектроскопии благодаря прозрачности в ИК-диапазоне. CsNO₃ также используется в рентгеновских люминофорах и в сцинтилляционных счётчиках для регистрации ионизирующих излучений. Кроме того, нитрат цезия применяется как компонент шихты при варке специальных оптических стёкол, модифицирующий показатель преломления и улучшающий оптические характеристики.

Аналитическая химия и получение других соединений цезия

В аналитической практике нитрат цезия используется как реагент при микроанализе натрия. Также он служит исходным веществом для синтеза других соединений цезия — в частности, хлорида цезия, карбоната, гидроксида и прочих солей, востребованных в различных отраслях промышленности. Высокая растворимость в воде делает CsNO₃ удобным прекурсором для получения цезийсодержащих растворов заданной концентрации.

Безопасность и условия обращения с нитратом цезия

Нитрат цезия относится к окислителям и требует соблюдения мер безопасности при хранении, транспортировке и работе.

Транспортная классификация

Согласно международным правилам перевозки опасных грузов, нитрат цезия имеет следующую транспортную классификацию:

Маркировка опасности по СГС (GHS)

В соответствии с Согласованной глобальной системой классификации и маркировки (GHS/СГС), нитрату цезия присвоены следующие коды опасности:

По данным токсикологических исследований, LD₅₀ при пероральном введении у крыс составляет 2390 мг/кг, что соответствует категории умеренной острой токсичности (Acute Tox. 4 по классификации GHS).

Требования к хранению нитрата цезия

Нитрат цезия хранят в герметично закрытой заводской таре в сухих, проветриваемых складских помещениях. Основные требования к условиям хранения:

— Температура хранения — без резких перепадов, в пределах, определённых паспортом безопасности.

— Исключить контакт с горючими и легковоспламеняющимися материалами, восстановителями, органическими веществами, серой, фосфором.

— Исключить воздействие прямого нагрева и источников искрового воспламенения.

— Защитить от влаги (вещество гигроскопично).

— Хранить отдельно от кислот, щелочей и несовместимых химикатов.

Меры безопасности при работе с азотнокислым цезием

При работе с нитратом цезия необходимо использовать средства индивидуальной защиты: защитные очки, перчатки из химически стойких материалов, лабораторный халат. При риске образования пыли или аэрозоля следует применять респиратор. Рабочее место должно быть оборудовано вытяжной вентиляцией. В случае попадания вещества на кожу или в глаза необходимо немедленно промыть поражённый участок большим количеством воды и обратиться за медицинской помощью.

Утилизация отходов нитрата цезия и загрязнённой тары выполняется в соответствии с действующими нормативами через специализированные организации, имеющие лицензию на обращение с отходами соответствующего класса.

Формы поставки нитрата цезия

Нитрат цезия поставляется в виде кристаллического порошка белого (бесцветного) цвета. Фасовка — в стеклянные или полимерные банки, герметичные пакеты, а также в промышленную тару (барабаны, контейнеры) в зависимости от объёма заказа. Доступные квалификации — от «чистый» (ч.) до «особо чистый» (ос.ч.). Помимо нитрата цезия, для решения смежных задач могут быть востребованы другие соединения: нитрат рубидия — аналогичная соль близкого по свойствам щелочного металла.

Условия поставки, объёмы и конкретные квалификации чистоты — по запросу.