Полисульфиды цезия

Полисульфиды цезия — бинарные неорганические соединения цезия и серы общей формулы Cs₂Sₙ, где n = 2÷6. Молекулярная основа этих веществ — полианионы Sₙ²⁻, представляющие собой цепочки из n атомов серы, скреплённые ковалентными связями S–S. Цезий в этих соединениях всегда одновалентен (Cs⁺). Совокупность соединений охватывает дисульфид, трисульфид, тетрасульфид, пентасульфид и гексасульфид дицезия.

Разновидности полисульфидов цезия: формулы и характеристики

В системе Cs–S охарактеризованы пять полисульфидных фаз. Каждой из них соответствует своё значение n в формуле Cs₂Sₙ, своя кристаллическая структура и набор физических свойств. Ниже приведены верифицированные данные по каждому соединению.

Физические свойства

Кристаллическая структура

Все охарактеризованные полисульфиды цезия кристаллизуются в ромбической сингонии, хотя относятся к разным структурным типам. Cs₂S₂ принадлежит к пространственной группе Immm (параметры ячейки a = 0,6992 нм, b = 0,9615 нм, c = 0,5232 нм, Z = 2). Cs₂S₃ кристаллизуется в пространственной группе Cmc2₁ (a = 0,7712 нм, b = 1,0939 нм, c = 0,8111 нм, Z = 4) и изоструктурен трисульфиду дикалия K₂S₃. Cs₂S₅ принадлежит к пространственной группе P2₁2₁2₁ (a = 0,7148 нм, b = 1,848 нм, c = 0,6780 нм, Z = 4) по типу K₂S₅. Cs₂S₃ является диамагнетиком, что соответствует парному заполнению электронных оболочек в анионе S₃²⁻.

Растворимость и гидролиз

Все полисульфиды цезия хорошо растворяются в воде. В водном растворе анионы Sₙ²⁻ частично диспропорционируют с образованием сульфид-иона S²⁻ и элементарной серы; скорость этого процесса возрастает при подкислении среды. Cs₂S₂ и ряд высших полисульфидов образуют кристаллогидраты: Cs₂S₂·H₂O и Cs₂S₅·H₂O.

Безводный сульфид цезия Cs₂S — предшественник полисульфидов — пирофорен на воздухе; сами полисульфиды на воздухе менее реакционноспособны, однако требуют хранения в герметичной таре без влаги.

Получение полисульфидов цезия

Основной промышленный путь — сплавление сульфида цезия Cs₂S со стехиометрическим количеством серы в инертной атмосфере:

Cs₂S + nS → Cs₂S(n+1)

Состав продукта регулируется соотношением компонентов и температурой реакции. Прямой синтез из элементарных цезия и серы также возможен и даёт те же продукты, однако требует особых мер безопасности ввиду высокой химической активности металлического цезия. Реакцию можно проводить и в полярных апротонных растворителях. В природе полисульфиды цезия не встречаются в концентрациях, пригодных для добычи.

Применение полисульфидов цезия

Аналитическая химия

Полисульфиды щелочных металлов, в том числе цезия, применяются как качественные реагенты на катионы тяжёлых металлов. При взаимодействии с растворами солей меди, свинца, мышьяка, сурьмы, олова и ряда других металлов образуются характерно окрашенные или растворимые в избытке реагента тиосоли, что позволяет идентифицировать присутствие этих элементов в анализируемом образце.

Органический синтез и химия серы

Полисульфидные анионы Sₙ²⁻ выступают нуклеофильными сульфирующими агентами в реакциях с алкилгалогенидами и другими электрофилами, позволяя вводить сульфидные или полисульфидные фрагменты в органические молекулы. Эти реакции используются при синтезе тиоэфиров, дитиоланов и соединений с полисульфидными мостиками.

Подробнее о дисульфиде дицезия Cs₂S₂ — наиболее распространённом представителе группы — и о тетрасульфиде цезия Cs₂S₄ читайте на соответствующих страницах каталога.

Формы поставки

Полисульфиды цезия поставляются в виде кристаллического порошка в герметичной упаковке. Конкретный состав (значение n в Cs₂Sₙ) согласовывается по заявке. Хранение — в сухом месте, без доступа влаги и воздуха. Отгрузка по России.