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

Параметр	Значение
Систематическое наименование IUPAC	Цезия молибдат(VI)
Химическая формула	Cs2MoO4
Молярная масса	425,75 г/моль
Регистрационный номер CAS	13597-64-3
Номер EINECS	237-056-2

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

Физико-химические свойства Cs₂MoO₄

Основные физические характеристики

Свойство	Значение
Внешний вид	Белый или бесцветный кристаллический порошок
Температура плавления	956 °C (1229 K)
Температура фазового перехода	~572 °C (845 K)
Растворимость в воде (18 °C)	67 г на 100 г воды
Теплопроводность	0,3–0,6 Вт·м−1·К−1 (от комнатной до 800 °C)
Теплоёмкость Cp (298,15 К)	148,67 Дж·К−1·моль−1
Энтропия S° (298,15 К)	248,35 Дж·К−1·моль−1
Энергия Гиббса образования ΔGf°	−1407,1 кДж/моль
Гигроскопичность	Сильно гигроскопичен

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

Код	Описание
H315	Вызывает раздражение кожи
H319	Вызывает серьёзное раздражение глаз
H335	Может вызвать раздражение дыхательных путей

Меры предосторожности

Код	Описание
P261	Избегать вдыхания пыли
P264	После работы тщательно вымыть руки
P271	Использовать в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе
P280	Использовать СИЗ: защитные перчатки, очки, спецодежду

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.