Гидрофосфат цезия Cs₂HPO₄

Гидрофосфат цезия — белый или бесцветный кристаллический порошок, обладающий следующими характеристиками:

• Химическая формула: Cs₂HPO₄
• Молекулярная масса: 361,81 г/моль
• Растворимость: высокая в воде ~135–160 г/100 мл при 20–25°C.
• Гигроскопичность: поглощает влагу из воздуха, что требует герметичного хранения.
• Температура плавления: ~231–233°C.
• Термическая стабильность: стабилен до ~250°C, выше начинается дегидратация с образованием CsPO₃.

Промышленное применение

Cs₂HPO₄ применяется в узкоспециализированных процессах благодаря высокой протонной проводимости, щелочному характеру и химической стабильности.

Топливные элементы (твердые электролиты)

Cs₂HPO₄ используется как протонно-проводящий материал в мембранах топливных элементов среднего температурного диапазона (100–250°C). Его высокая проводимость (до 10⁻² См/см при 200°C) обусловлена подвижностью протонов в кристаллогидрате (Cs₂HPO₄·2H₂O).

Применение

• В системах Cs₂HPO₄–CsH₂PO₄ для водородных или метанольных топливных элементов.
• Обеспечивает стабильную передачу протонов без необходимости дорогостоящих катализаторов, таких как платина.

Ограничения

• Требуется поддержание влажности для сохранения кристаллогидрата, иначе проводимость падает.
• Высокая стоимость цезия ограничивает массовое внедрение.
• Промышленное использование ограничено НИОКР.

Катализ в органическом синтезе

Cs₂HPO₄ применяется как мягкое основание в реакциях алкилирования, конденсации и гидрирования, особенно в нишевых процессах синтеза фармацевтических прекурсоров.

Применение

• Восстановление ароматических нитросоединений.
• Конверсия молочной кислоты в акриловую кислоту с использованием Cs₂HPO₄ на кремнеземе.
• Парофазное обезвоживание 1,2-пропандиола до аллилового спирта.

Ограничения

• Применение ограничено лабораторными и пилотными установками.
• В коммерческих процессах чаще используются Pd/C или Ni-катализаторы.

Буферные растворы

Cs₂HPO₄ используется в высокоплотных буферных растворах для калибровки pH-метров в сверхщелочных средах (pH >12), где натриевые или калиевые фосфаты неэффективны.

Применение: эталонные растворы для лабораторного и промышленного оборудования.

Ограничения: нишевое применение, высокая стоимость ограничивает масштабирование.

Специализированные покрытия и сенсоры

Cs₂HPO₄ применяется в сенсорах (например, датчиках влажности) и композитных материалах для электроники благодаря электропроводности и стабильности.

Применение: включение в керамические или полимерные композиты для повышения коррозионной устойчивости.

Ограничения: промышленное внедрение минимально из-за экономических факторов.

Техника безопасности и хранение

• Класс опасности: 3 (умеренно опасный, ГОСТ 12.1.007-2015).
• Хранение: герметичная тара (HDPE с десикантом), избегать контакта с кислотами (выделение PH₃).
• ПДК: 1 мг/м³ (аэрозоль, NFPA 704).
• Меры предосторожности: защита от влаги, использование СИЗ при работе с порошком.

Технические ограничения

• Необходимость поддержания влажности для протонной проводимости.
• Ограниченная термостабильность (>250°C).
• Деградация в реальных условиях топливных элементов за 100–200 часов.

Гидрофосфат цезия (Cs₂HPO₄) — перспективное соединение для топливных элементов, катализа, буферных растворов и сенсоров, но его применение ограничено нишевыми процессами из-за высокой стоимости и технических ограничений.