Цезий гидросульфат

Систематическое наименование по ИЮПАК: цезия гидросульфат. Синонимы: цезий бисульфат, цезий сернокислый кислый, caesium hydrogen sulfate, caesium bisulfate.

Параметр	Значение
Химическая формула	CsHSO4
Молекулярная формула	CsHO4S
Молярная масса	229,976 г/моль
CAS	7789-16-4
Плотность (кристаллы, 16 °C)	3,352 г/см3
Температура плавления	211 °C
Растворимость в воде	растворим

Физические свойства. Полиморфизм

CsHSO₄ — бесцветное кристаллическое вещество. При атмосферном давлении существует в трёх полиморфных модификациях. При комнатной температуре устойчива фаза III (моноклинная). При нагреве до 90–100 °C она переходит в фазу II (также моноклинную), а при 141 °C — в высокосимметричную тетрагональную фазу I. При охлаждении обратный переход идёт через фазу II, фаза III не восстанавливается. Точка плавления — 211 °C.

Соединение хорошо растворяется в воде; водный раствор имеет кислую реакцию. В абсолютном этаноле и диэтиловом эфире нерастворимо.

Химические свойства и термическое поведение

При нагреве выше 150 °C начинается конденсация с выделением воды и образованием пиросульфата (дисульфата) цезия Cs₂S₂O₇:

2 CsHSO₄ → Cs₂S₂O₇ + H₂O

Реакция протекает в диапазоне 150–270 °C; при дальнейшем нагреве пиросульфат разлагается до сульфата Cs₂SO₄ с выделением SO₃. В сильно восстановительной атмосфере (водород) при температурах выше 620 °C сульфат цезия восстанавливается до сульфида Cs₂S.

Суперпротонная проводимость

Фаза I, устойчивая выше 141 °C, является суперпротонным проводником: при фазовом переходе ионная проводимость скачком возрастает на четыре порядка и достигает ~10 мС/см. Механизм — быстрая переориентация тетраэдрических групп SO₄, разрывающая и восстанавливающая водородные связи и обеспечивающая прыжковый перенос протонов (механизм Гроттгуса). В отличие от полимерных протонопроводящих мембран CsHSO₄ не требует увлажнения и работоспособен в диапазоне 141–200 °C.

Основное практическое ограничение чистого соединения — относительно невысокая максимальная проводимость (~10 мС/см). В композитах с наночастицами SiO₂, TiO₂ и Al₂O₃ проводимость в подпереходной области существенно выше. Совместимость с водородом (восстановление при высоких температурах) остаётся нерешённой задачей для применения в анодных ячейках.

Применение

Основная область применения — научно-исследовательские и образовательные лаборатории. Практическое использование:

• модельное соединение для изучения суперпротонных твёрдых электролитов и топливных элементов промежуточного температурного диапазона (140–200 °C);
• прекурсор в синтезе других солей цезия;
• аналитическая химия — реагент для перевода труднорастворимых соединений в растворимые сульфаты методом кислотного плавления.

Крупнотоннажного промышленного применения соединение не имеет. Транспортных ограничений при поставках по России нет.

Смотрите также: гидросульфат рубидия RbHSO₄ — структурный аналог в ряду щелочных металлов с аналогичным суперпротонным переходом; ацетат цезия — другой широко применяемый реагент на основе цезия.

Квалификация реагента

Поставляется в квалификации Ч (чистый). Содержание основного вещества — не менее 99%.

Требования безопасности

Класс опасности, ПДК и ОБУВ в действующих нормативных документах Российской Федерации не установлены. Данных о системной токсичности в стандартных паспортах безопасности MSDS не приводится.

Вещество может оказывать раздражающее действие на кожу, слизистые оболочки и дыхательные пути, вызывать аллергические реакции. При работе обязательны: защитные перчатки, очки, халат. Помещение оборудовать приточно-вытяжной вентиляцией.

Хранение и утилизация

Хранить в закрытом сухом помещении в герметичной таре. Не допускать попадания в канализацию и смешивания с бытовыми отходами. Утилизация — согласно требованиям действующего российского законодательства об обращении с отходами.