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Poudre de chlorure de césium, également connu sous le nom de sel de chlorure de césium, est un composé inorganique de formule chimique CsCl, CAS 7647-17-8. Il existe sous forme de solide cristallin blanc dans des conditions standard, présentant un point de fusion et une stabilité élevés. Il est hautement soluble dans l’eau, ce qui le rend utile dans diverses applications allant de la recherche aux processus industriels. Ce composé se distingue par sa structure cristalline unique, connue sous le nom de structure chlorure de césium ou structure cubique centrée (BCC), où les ions césium (Cs+) occupent les coins et le centre d'un cube, tandis que les ions chlorure (Cl-) sont situés au centre de chaque face. Cet arrangement confère à CsCl une apparence et des propriétés distinctives.
Dans la recherche médicale, il a suscité un intérêt en raison de son potentiel en tant qu'approche thérapeutique alternative, en particulier dans le domaine du traitement du cancer. Cependant, son utilisation dans ce contexte reste controversée et non prouvée, les essais cliniques et les preuves scientifiques faisant défaut pour étayer son efficacité et sa sécurité.
De plus, il trouve des applications dans les réacteurs nucléaires comme absorbeur de neutrons et en spectroscopie grâce à son émission de rayons gamma lors de l'irradiation. En chimie, il sert de source d’ions césium pour diverses expériences et synthèses.
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Formule chimique |
CLC |
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Masse exacte |
167.87 |
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Poids moléculaire |
168.36 |
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m/z |
167.87 (100.0%), 169.87 (32.0%) |
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Analyse élémentaire |
Cl, 21.06 ; Cs, 78,94 |
En dessous de 445 degrés, la cellule au chlorure de césium est une cellule principale (qui peut être considérée comme une simple accumulation cubique d'ions chlorure, et les ions césium remplissent l'espace cubique). Les composés ayant cette structure cristalline comprennent CSCL, CSBR, CSI, tlcl, TlBr et NH4Cl. Lorsque la température est supérieure à 445 degrés, il présente également une structure cubique à faces centrées avec un numéro de coordination de 8.
Poudre de chlorure de césium(Numéro CAS : 7647-17-8), en tant que composé inorganique, a montré une grande valeur d'application dans plusieurs domaines en raison de ses propriétés physiques et chimiques uniques. Sa structure cristalline cubique incolore, son point de fusion élevé (645 degrés), son point d'ébullition élevé (1290 degrés) et sa solubilité facile dans l'eau et les solvants polaires en font un matériau clé indispensable dans la recherche scientifique et la production industrielle.
1. Séparation biomédicale et moléculaire
L'application dans le domaine biomédical se concentre sur la technologie de centrifugation par gradient de densité, dont le principe fondamental est de construire des gradients de concentration discontinus de chlorure de césium et d'obtenir une séparation efficace en utilisant les différences de densité de différentes biomolécules.
Séparation de l'ADN et de l'ARN : lors du clonage et du séquençage de gènes, une solution de chlorure de césium peut former un gradient de densité stable, permettant à l'ADN et à l'ARN d'être superposés en fonction de la densité pendant la centrifugation. Par exemple, grâce à l'ultracentrifugation, l'ADN se dépose dans les zones présentant des concentrations plus élevées de chlorure de césium, tandis que l'ARN reste dans des couches à plus faible concentration, permettant ainsi une séparation de haute-pureté.
Purification des virus et des protéines : la centrifugation sur gradient de chlorure de césium peut également être utilisée pour séparer les particules virales (telles que les adénovirus, les bactériophages) et les complexes protéiques. Son avantage est qu’il ne nécessite pas de modification chimique et permet de maintenir l’activité naturelle des biomolécules.
Purification des oocystes de Cryptosporidium : Dans la recherche sur les parasites, la centrifugation sur gradient de chlorure de césium est la méthode standard pour purifier les oocystes de Cryptosporidium. En contrôlant avec précision les conditions de centrifugation, des échantillons à haute activité et à faible contamination peuvent être obtenus.
2. Science des matériaux et préparation de matériaux fonctionnels
Les propriétés ioniques du chlorure de césium en font un « régulateur structurel » dans la science des matériaux, optimisant les propriétés des matériaux grâce à des méthodes telles que le dopage ionique et la modification d'interface.
Appareils photovoltaïques à pérovskite :
Stabilité du réseau : dans les cellules solaires à pérovskite (PSC), le chlorure de césium (CsE) peut être intégré dans le réseau FAPbI3 pour supprimer la transition de phase de l'alpha au delta, réduisant ainsi le taux de dégradation de l'efficacité de l'appareil de 45 % à 18 % après 500 heures à une température élevée de 85 degrés.
Passivation des défauts : les ions Cl ⁻ remplissent les lacunes du réseau pérovskite, réduisant la densité des états de défauts de 1,5 × 10 ¹⁶ cm ⁻ ³ à 7,2 × 10 ¹⁵ cm ⁻ ³ et augmentant l'efficacité de conversion photoélectrique (PCE) de 22,3 % à 24,1 %.
Optimisation PeLED de la lumière bleue : la largeur du demi-pic des points quantiques CsPbCl ∝ modifiés avec du chlorure de césium a été réduite de 28 nm à 22 nm, et le rendement quantique (PLQY) a augmenté de 65 % à 82 %, améliorant considérablement la pureté des couleurs et l'efficacité de la luminescence.
Champ catalytique :
Réduction du dioxyde de carbone : le chlorure de césium est chargé à la surface des catalyseurs à base de Cu, et l'effet de don d'électrons du Cs ⁺ peut réguler l'état électronique de surface du Cu, augmentant la sélectivité du CO de 58 % à 83 % tout en inhibant la génération de H ₂.
Production photocatalytique d'hydrogène : le chlorure de césium est introduit dans le photocatalyseur g-C ∝ N ₄, et Cs ⁺ est intercalé dans la couche intermédiaire, élargissant l'espacement intercouche et favorisant la séparation des charges photogénérées. Le taux de génération d'hydrogène est augmenté de 120 μ mol · g ⁻¹· h ⁻¹ à 280 μ mol · g ⁻¹· h ⁻¹, et le taux de rétention d'activité atteint 90 % après 10 cycles.
Synthèse de matériaux fonctionnels :
3. Science nucléaire et technologie énergétique
L’application du chlorure de césium dans le domaine de la science nucléaire repose principalement sur ses propriétés d’absorption des neutrons et de traceur radioactif.
Matériau de la source de neutrons et du détecteur : le chlorure de césium peut être utilisé comme absorbeur de neutrons pour la surveillance et le contrôle des réacteurs nucléaires. Sa haute densité (3,988 g/cm³) et son indice de réfraction élevé en font un matériau idéal pour les fenêtres optiques et les cristaux laser.
Préparation de radio-isotopes : En médecine nucléaire, le chlorure de césium peut être utilisé pour préparer des traceurs radioactifs, tels que des composés marqués au ¹³ ⁷ Cs, pour le diagnostic des tumeurs et la surveillance du traitement.
Production de plutonium par électrolyse de sels fondus : Dans l’industrie de l’énergie atomique, le chlorure de césium est associé au chlorure de plutonium pour extraire le plutonium métallique par électrolyse de sels fondus, qui est un maillon clé du cycle du combustible nucléaire.
4. Industrie électronique et appareils optiques
La conductivité et les propriétés optiques depoudre de chlorure de césiumle rendent important pour les applications dans l’industrie électronique.
Préparation du verre conducteur : le verre d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) dopé au chlorure de césium a une conductivité et une transparence plus élevées et est largement utilisé dans des domaines tels que les écrans à cristaux liquides (LCD) et les cellules solaires.
Phototube et écran à fluorescence X- : le chlorure de césium peut être utilisé comme dopant pour les matériaux optoélectroniques afin d'améliorer l'efficacité de la conversion photoélectrique. Dans les écrans à fluorescence X-, son numéro atomique élevé (Cs : 55) peut améliorer la capacité d'absorption des rayons X- et améliorer la résolution de l'imagerie.
5. Chimie analytique et essais industriels
Le chlorure de césium est principalement utilisé comme réactif de haute-pureté et comme fixateur chromatographique en chimie analytique.
Analyse goutte à goutte : utilisée pour la détection qualitative du chrome trivalent et du gallium, permettant une analyse rapide grâce à la formation de précipités caractéristiques ou de réactions colorées.
Phase stationnaire de chromatographie en phase gazeuse : convient à l'analyse chromatographique à haute-température du biphényle, du triphénylène, etc. Sa stabilité thermique (point de fusion 645 degrés) peut résister à des conditions de séparation à haute-température.
Réactif d'analyse spectrale : Le chlorure de césium peut être utilisé comme calibrateur de base ou étalon interne dans l'analyse au microscope et la spectroscopie d'absorption atomique pour améliorer la précision de l'analyse.
1. Adaptation à la pérovskite sans plomb-
En réponse au problème de l'oxydation facile et de la mauvaise stabilité des pérovskites à base d'étain sans plomb (telles que CsSnI3), le chlorure de césium peut inhiber l'oxydation du Sn ² ⁺ en formant une solution solide de CsSnCl3. Des recherches ont montré que les films minces de CsSnI3 dopés à 5 % de chlorure de césium conservent une efficacité initiale de 85 % après avoir été exposés à l'air pendant 100 heures, tandis que l'efficacité des échantillons non dopés diminue à 40 %. Cette avancée a jeté les bases de l'industrialisation des appareils à pérovskite sans plomb.
2. Régulation catalytique à plusieurs échelles
En combinant-techniques de caractérisation in situ telles que-XRD et XPS in situ, étudiez le mécanisme dynamique du chlorure de césium dans les réactions catalytiques.
Par exemple, dans la réaction d'hydrogénation du CO₂ en méthanol, la DRX in situ a révélé que le chlorure de césium peut stabiliser la phase active du catalyseur CuZnAl, augmentant ainsi la sélectivité du méthanol de 65 % à 82 %. Cette découverte fournit des idées de contrôle du niveau atomique pour la conception de catalyseurs.
3. Amélioration de l’imagerie biomédicale
Les matériaux fluorescents à base de chlorure de césium ont montré un grand potentiel dans le domaine de l'imagerie biologique. Par exemple, les nanocristaux CsPbBr ∝ peuvent être utilisés pour l'imagerie par fluorescence de tumeurs vivantes, avec leur longueur d'onde d'émission (520 nm) décalée de la longueur d'onde d'autofluorescence des tissus biologiques (450-500 nm), ce qui peut améliorer considérablement le rapport signal-sur bruit. De plus, la modification de surface du polyéthylène glycol (PEG) peut prolonger le temps de circulation des nanocristaux dans le sang et améliorer l’efficacité de l’administration ciblée.
Méthode de synthèse
Cs2CO3+ 2 HCl → 2 CsCl + 2 H2O + CO2
Lorsque le pH =3, faites bouillir pendant une demi-heure et ajoutez de l'hydroxyde de césium pour rendre le pH de la solution neutre. Après filtration, le filtrat est évaporé et concentré jusqu'à une grande quantité de cristallisation, refroidi à température ambiante, la liqueur mère est séparée, nettoyée et séchée à 100 ºC, ce qui donne le produit fini.
Dissoudre 15g dans 100ml d'eau en chauffant. Dissoudre les 24,2 g de chlorure mercurique stœchiométrique dans 25 ml d'acide chlorhydrique 4 moles. Ajoutez la solution hgcl2/hcl à la solution ci-dessus pendant qu’elle est chaude, remuez, mélangez et laissez refroidir pour précipiter les cristaux de cshgcl3. Absorber et filtrer, recueillir la cristallisation et jeter la liqueur mère. Dissoudre les cristaux dans 120 ml d'eau chaude et cristalliser à nouveau après refroidissement. Pour cette raison, le métal alcalin peut être réduit à moins de 0,01 % par recristallisation répétée 2 à 3 fois. Enfin, la cristallisation est dissoute dans de l’eau chaude, du gaz H2S est introduit pour saturer la solution et du HgS précipite. Une fois le HgS filtré, le filtrat est collecté et évaporé à sec, du chlorure de césium pur peut être obtenu.
Dissoudre 15g dans 100ml d'eau en chauffant. Dissoudre les 24,2 g de chlorure mercurique stœchiométrique dans 25 ml d'acide chlorhydrique 4 moles. Ajoutez la solution de HgCl2 et de HCl à la solution ci-dessus pendant qu'elle est chaude, remuez, mélangez et laissez refroidir pour précipiter les cristaux de cshgcl3. Absorber et filtrer, recueillir la cristallisation et jeter la liqueur mère. Dissoudre les cristaux dans 120 ml d'eau chaude et cristalliser à nouveau après refroidissement. Pour cette raison, le métal alcalin peut être réduit à moins de 0,01 % par recristallisation répétée 2 à 3 fois. Enfin, la cristallisation est dissoute dans de l’eau chaude, du gaz H2S est introduit pour saturer la solution et du HgS précipite. Après filtration du HgS, le filtrat est collecté et évaporé à sec, purpoudre de chlorure de césiumpeut être obtenu.
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