Цезий молибденовокислый (цезий молибдат)

Молибдат цезия (цезий молибденовокислый) — неорганическое соединение с химической формулой Cs₂MoO₄. Представляет собой белый или бесцветный кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде и обладающий выраженной гигроскопичностью. Вещество относится к классу нормальных молибдатов щелочных металлов и является наиболее термически устойчивым среди цезиевых молибдатов серии Cs₂Mo_nO_3n+1. Применяется в катализе, оптоэлектронике, исследованиях ядерного топлива и синтезе функциональных материалов.

Идентификация и номенклатура молибдата цезия

Синонимы: цезий молибденовокислый, дицезиймолибдат, Cesium molybdate, Dicesium molybdate, Cesium molybdenum oxide.

Физико-химические свойства Cs₂MoO₄

Основные физические характеристики

Молибдат цезия хорошо растворим в воде. Вещество сильно гигроскопично; полное обезвоживание адсорбированной влаги достигается при нагревании выше 200 °C. Плавление происходит конгруэнтно, без термического разложения. Среди цезиевых молибдатов состава Cs₂Mo_nO_3n+1 (n = 1–5, 7) именно Cs₂MoO₄ обладает наиболее высокой температурой плавления и наибольшей термодинамической стабильностью.

В расплавленном состоянии Cs₂MoO₄ способен взаимодействовать с благородными металлами — платиной, золотом и иридием. Это необходимо учитывать при выборе тигельных материалов для высокотемпературных экспериментов.

Кристаллическая структура и полиморфизм молибдата цезия

При комнатной температуре молибдат цезия кристаллизуется в орторомбической сингонии (пространственная группа Pnma), изоструктурной с Cs₂SO₄ и Cs₂CrO₄. Структура содержит изолированные тетраэдрические анионы MoO₄²⁻ и катионы Cs⁺.

При нагревании до ~572 °C (845 К) происходит обратимый фазовый переход из орторомбической (α-форма) в гексагональную модификацию (β-форма, пространственная группа P6₃/mmc). В высокотемпературной гексагональной фазе тетраэдры MoO₄ разупорядочены, а связи Cs–O формируют двумерные слои. Это обуславливает резко анизотропное тепловое расширение: коэффициент линейного расширения в диапазоне 500–800 °C достигает 50–70×10⁻⁶ °C⁻¹ вдоль оси c, что значительно превышает расширение перпендикулярных направлений.

При фазовом переходе наблюдается скачкообразное изменение теплопроводности: в высокотемпературной фазе она выше, чем в низкотемпературной.

Способы получения цезия молибденовокислого

Наиболее распространённым лабораторным и промышленным методом синтеза молибдата цезия является твердофазная реакция карбоната цезия с оксидом молибдена(VI):

Cs₂CO₃ + MoO₃ → Cs₂MoO₄ + CO₂↑

Смесь исходных компонентов нагревают ступенчато: предварительный прогрев при 200 °C с последующим отжигом при 700 °C в течение 12 часов. Контроль чистоты продукта проводится методом рентгенофазового анализа.

Другой описанный в литературе метод — обменная реакция в расплаве:

2CsCl + Ag₂MoO₄ → Cs₂MoO₄ + 2AgCl↓

После сплавления реагентов продукт извлекают водным выщелачиванием с последующим выпариванием раствора. Также возможен синтез из растворов гидроксида цезия и триоксида молибдена:

2CsOH + MoO₃ → Cs₂MoO₄ + H₂O

Монокристаллы молибдата цезия выращивают из расплава методом Чохральского при низком градиенте температуры.

Применение молибдата цезия

Исследования в области ядерного топлива

Цезий и молибден входят в число наиболее распространённых твёрдых продуктов деления ядерного топлива. В условиях работы реакторов на быстрых нейтронах (БН-реакторы) молибдат цезия Cs₂MoO₄ формируется на периферии топливных таблеток в зоне контакта с оболочкой твэла. Из всех цезиевых молибдатов он является единственным, который остаётся в твёрдом состоянии при рабочих температурах поверхности топлива. Изучение термического расширения, фазовых переходов и термомеханического поведения Cs₂MoO₄ критически важно для оценки целостности топливных оболочек и прогнозирования выхода радионуклидов ¹³⁵Cs и ¹³⁷Cs в аварийных ситуациях.

Катализ

Молибдат цезия используется как компонент каталитических систем. Молибденсодержащие катализаторы находят применение в процессах гидрообессеривания, деазотирования нефтепродуктов, а также в окислительном катализе (получение акриловой кислоты, акрилонитрила).

Функциональные материалы

Кристаллы на основе Cs₂MoO₄ и его твёрдых растворов исследуются в качестве: ионных проводников (твёрдых электролитов); нелинейно-оптических материалов; сегнетоэлектриков. Тройные молибдаты на основе Cs₂MoO₄ с двух- и трёхвалентными металлами представляют интерес как перспективные функциональные материалы с управляемыми электрофизическими свойствами.

Использование в качестве растворителя-расплава

Димолибдат цезия Cs₂Mo₂O₇ (плавится при ~470 °C) и сам молибдат цезия применяются как низкоплавкие растворители для выращивания монокристаллов сложных молибдатов методом спонтанной раствор-расплавной кристаллизации.

Иммобилизация радиоактивных отходов

Изучается включение молибдата цезия в состав железофосфатных стёкол для долговременного хранения ядерных отходов, содержащих Cs₂O и MoO₃.

Формы поставки цезия молибденовокислого

Молибдат цезия производится с квалификацией чистоты «ч» (чистый, ≥99%) и «х.ч.» (химически чистый). Для специальных применений доступен реактив с чистотой 99,9% (по металлической основе). Типичная форма поставки — порошок фракции −200 меш (менее 74 мкм). Субмикронные и нанопорошковые формы производятся под заказ.

Упаковка: герметичные полиэтиленовые пакеты в банках из тёмного стекла или полиэтиленовых ёмкостях. Торговых и транспортных ограничений не предусмотрено. Также у нас представлен вольфрамат цезия — аналогичное соединение из группы цезиевых солей кислородных кислот переходных металлов VI группы.

Требования безопасности при работе с молибдатом цезия

Классификация опасности по GHS

Меры предосторожности

Данные о выраженной системной токсичности и коррозионной активности молибдата цезия в научной литературе отсутствуют. Тем не менее при работе с порошком необходимо соблюдать стандартные меры защиты от пылевого воздействия.

Хранение молибдата цезия

Учитывая сильную гигроскопичность вещества, хранение осуществляется в плотно закрытых ёмкостях, исключающих доступ влаги, в закрытых отапливаемых складских помещениях. Запрещается совместное хранение с пищевыми продуктами. При длительном контакте с воздухом порошок поглощает влагу, что может повлиять на его стехиометрию и реакционную способность.

Утилизация

Не допускается попадание молибдата цезия в канализацию и утилизация совместно с бытовыми отходами. Утилизация проводится в соответствии с требованиями законодательства об обращении с химическими отходами. Упаковку допускается использовать повторно после трёхкратной промывки.