Цезий двуххромовокислый (дихромат цезия)

Нужен дихромат цезия? Ждём подробную заявку!

Дихромат цезия (цезий двухромовокислый) — неорганическое соединение с формулой Cs₂Cr₂O₇, представляющее собой соль цезия и дихромовой кислоты. Регистрационный номер CAS — 13530-67-1. Внешне вещество выглядит как оранжевые кристаллы, слабо растворимые в воде. Дихромат цезия является одним из наименее растворимых соединений цезия наряду с перхлоратом, что отличает его от большинства других солей этого щелочного металла. Кристаллогидратов не образует. Основное промышленное назначение — металлотермический синтез высокочистого металлического цезия.

Физико-химические свойства дихромата цезия

Молярная масса Cs₂Cr₂O₇ составляет 481,8 г/моль. Ниже приведены основные физико-химические характеристики, подтверждённые справочной и научной литературой.

Параметр	Значение
Химическая формула	Cs2Cr2O7
Молярная масса	481,8 г/моль
Внешний вид	Оранжевые кристаллы
Температура плавления	384 °C (657 К)
Фазовый переход (твёрдофазный)	347 °C (620,5 К)
Растворимость в воде	Слабо растворим
Кристаллогидраты	Не образует
Теплоёмкость Cp (298,15 К)	231,5 Дж/(К·моль)
Энтропия S° (298,15 К)	330,1 Дж/(К·моль)
CAS	13530-67-1

Температура плавления и термодинамические характеристики определены методами адиабатической калориметрии (5–350 К) и высокотемпературной микрокалориметрии Кальве (335–826 К). При 347 °C зафиксирован твёрдофазный переход, связанный со структурными изменениями в кристаллической решётке. Энтальпия плавления составляет 17,0 кДж/моль, энтальпия фазового перехода — 15,6 кДж/моль.

Растворимость цезия двухромовокислого в воде

Дихромат цезия относится к труднорастворимым соединениям. В ряду дихроматов щелочных металлов (Li, Na, K, Rb, Cs) растворимость снижается с увеличением атомного номера катиона. Если дихромат калия K₂Cr₂O₇ растворяется при 20 °C в количестве около 120 г/л, то дихромат цезия — на порядок меньше. Именно низкая растворимость делает это соединение удобным промежуточным продуктом при выделении цезия из растворов сложного состава.

Термическое поведение и разложение

В жидкой фазе (выше 384 °C) дихромат цезия устойчив как минимум до 550 °C — это подтверждено калориметрическими измерениями вплоть до 826 К. При дальнейшем нагреве происходит термическое разложение по механизму, характерному для дихроматов щелочных металлов: образуются хромат цезия Cs₂CrO₄, оксид хрома(III) Cr₂O₃ и выделяется молекулярный кислород. Для сравнения, дихромат калия начинает разлагаться при температуре около 500 °C.

Окислительные свойства Cs₂Cr₂O₇

Как и все дихроматы, Cs₂Cr₂O₇ является сильным окислителем благодаря присутствию хрома в степени окисления +6. Дихромат-ион Cr₂O₇²⁻ способен окислять многие неорганические и органические вещества, восстанавливаясь при этом до соединений Cr(III). Это свойство определяет не только химическую активность вещества, но и его высокую токсичность. По классификации перевозки опасных грузов ООН соединение относится к классу 5.1 (окисляющие вещества, токсичные) — UN 3087.

Токсичность и класс опасности дихромата цезия

Дихромат цезия содержит хром в степени окисления +6. Все соединения шестивалентного хрома относятся к I классу опасности (чрезвычайно опасные вещества) по российской классификации и признаны канцерогенами группы 1 Международным агентством по изучению рака (МАИР/IARC) — то есть их канцерогенность для человека доказана безусловно.

Код опасности GHS	Расшифровка
H350	Может вызывать рак
H272	Может усиливать горение (окислитель)
H317	Может вызывать аллергическую реакцию кожи
H400	Высокотоксичен для водных организмов
H410	Токсичен для водных организмов с долгосрочными последствиями

Меры безопасности при работе с дихроматом цезия

При работе с Cs₂Cr₂O₇ обязательно применение полного комплекса средств индивидуальной защиты: респиратор (защита от вдыхания пыли), химически стойкие перчатки, защитные очки или лицевой щиток, спецодежда с длинными рукавами. Необходимо полностью исключить контакт с кожей и слизистыми оболочками. Хроническое вдыхание пыли соединений Cr(VI) приводит к поражению слизистых оболочек верхних дыхательных путей и повышает риск развития рака лёгких.

Хранение осуществляется в герметичной таре из химически инертных материалов (стекло, полиэтилен) в сухом проветриваемом помещении, отдельно от горючих, восстановительных и органических веществ. Утилизация — строго как отход I–II класса опасности в соответствии с действующими нормативными актами.

Применение дихромата цезия в промышленности

Металлотермический синтез металлического цезия

Основное промышленное применение Cs₂Cr₂O₇ — получение металлического цезия высокой чистоты методом металлотермического восстановления. Суть метода заключается в нагреве смеси дихромата (или хромата) цезия с восстановителем в глубоком вакууме. В качестве восстановителя применяют цирконий, кальций или литий. Цезий, обладающий сравнительно низкой температурой кипения (671 °C), испаряется и конденсируется в холодной зоне реактора в виде высокочистого металла.

Выбор именно дихромата цезия в качестве исходного сырья обусловлен двумя факторами: низкая растворимость позволяет получить его в чистом виде осаждением из растворов, а хром в составе соли после восстановления остаётся в твёрдом остатке и не загрязняет целевой продукт.

Аналитическая химия и лабораторная практика

Дихромат цезия применяется как аналитический реагент, в частности для гравиметрического определения цезия в растворах. Благодаря низкой растворимости осадок Cs₂Cr₂O₇ может служить весовой формой при количественном анализе. Кроме того, соединение используется как окислитель в лабораторном синтезе и для получения других соединений цезия и хрома.

Синтез хромата цезия

Из дихромата цезия получают хромат цезия Cs₂CrO₄ путём щелочной обработки раствором гидроксида цезия CsOH. Хромат цезия исторически применялся на завершающих этапах производства электровакуумных приборов для создания паров цезия в вакуумных трубках, где его восстанавливали кремнием, бором или титаном.

Формы поставки цезия двухромовокислого

Дихромат цезия поставляется в виде кристаллического порошка различной степени чистоты. Типичные квалификации: химически чистый (х.ч., содержание основного вещества не менее 99 %), а также высокочистые марки (99,9 %, 99,99 %) для специальных применений в аналитике и синтезе. Фасовка — в герметичные пластиковые или стеклянные ёмкости, при крупных партиях — в металлические барабаны с вакуумной упаковкой.

Химические реакции с участием Cs₂Cr₂O₇

Взаимодействие со щелочами

При действии гидроксида цезия на дихромат в водном растворе происходит переход дихромат-иона в хромат-ион с изменением окраски от оранжевой к жёлтой:

Cs₂Cr₂O₇ + 2CsOH → 2Cs₂CrO₄ + H₂O

Эта реакция обратима: в кислых растворах равновесие сдвигается в сторону дихромата, в щелочных — в сторону хромата. Принцип хромат-дихроматного равновесия одинаков для всех дихроматов щелочных металлов.

Термическое разложение

При нагреве выше температуры плавления и дальнейшем повышении температуры происходит распад с выделением кислорода. Механизм аналогичен термолизу других дихроматов щелочных металлов. Продукты разложения — хромат цезия и оксид хрома(III).

Окислительно-восстановительные реакции

Дихромат-ион Cr₂O₇²⁻ является сильным окислителем, особенно в кислой среде. Стандартный электродный потенциал пары Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺ в кислом растворе составляет +1,33 В, что делает дихроматы способными окислять многие неорганические восстановители и органические вещества.

Отличие дихромата от хромата цезия

Дихромат цезия Cs₂Cr₂O₇ и хромат цезия Cs₂CrO₄ — родственные, но различные соединения. Основные отличия:

Параметр	Дихромат Cs2Cr2O7	Хромат Cs2CrO4
Окраска	Оранжевая	Жёлтая
Анион	Cr2O72−	CrO42−
Растворимость в воде	Слабо растворим	Хорошо растворим
Среда устойчивости	Кислая	Щелочная / нейтральная
Т. плавления	384 °C	954–982 °C

Оба соединения содержат хром(VI) и обладают одинаково высокой токсичностью и канцерогенностью. В водном растворе между ними существует динамическое равновесие, положение которого определяется кислотностью среды.

Условия хранения и транспортировки

Дихромат цезия классифицируется как окисляющее токсичное твёрдое вещество (UN 3087, класс 5.1, группа упаковки III). Транспортировка осуществляется в соответствии с правилами перевозки опасных грузов. Тара — герметичные контейнеры из инертных материалов. При хранении и перевозке не допускается совместное размещение с горючими веществами, восстановителями и органическими соединениями. Попадание вещества в водоёмы, почву и канализацию недопустимо ввиду высокой экотоксичности соединений Cr(VI).