El cloruro de cesio o cloruro de cesio es el compuesto inorgánico de fórmula Cs Cl . Esta sal incolora es una fuente importante de iones de cesio en una variedad de aplicaciones específicas. Su estructura cristalina forma un tipo estructural importante donde cada ion de cesio está coordinado por 8 iones de cloruro. El cloruro de cesio se disuelve en agua. El CsCl cambia a la estructura de NaCl al calentarse. El cloruro de cesio se produce naturalmente como impurezas en carnalita (hasta 0,002%), silvita y kainita . Anualmente se producen en todo el mundo menos de 20 toneladas de CsCl, principalmente a partir de una polucita mineral que contiene cesio . [7]
El cloruro de cesio se usa ampliamente en la centrifugación isopícnica para separar varios tipos de ADN . Es un reactivo en química analítica , donde se utiliza para identificar iones por el color y morfología del precipitado. Cuando está enriquecido en radioisótopos , como 137 CsCl o 131 CsCl, el cloruro de cesio se utiliza en aplicaciones de medicina nuclear , como el tratamiento del cáncer y el diagnóstico del infarto de miocardio . Se estudió otra forma de tratamiento del cáncer utilizando CsCl convencional no radiactivo. Mientras que el cloruro de cesio convencional tiene una toxicidad bastante baja para los seres humanos y los animales, la forma radiactiva contamina fácilmente el medio ambiente debido a la alta solubilidad del CsCl en agua. La dispersión de 137 polvo de CsCl desde un contenedor de 93 gramos en 1987 en Goiânia , Brasil, provocó uno de los peores accidentes por derrame de radiación de la historia, matando a cuatro personas y afectando directamente a 249 personas.
La estructura del cloruro de cesio adopta una red cúbica primitiva con una base de dos átomos, donde ambos átomos tienen una coordinación óctuple. Los átomos de cloruro se encuentran en los puntos de la red en las esquinas del cubo, mientras que los átomos de cesio se encuentran en los agujeros del centro de los cubos; una 'configuración' alternativa y exactamente equivalente tiene los iones de cesio en las esquinas y el ion cloruro en el centro. Esta estructura se comparte con CsBr y CsI y muchas aleaciones metálicas binarias . Por el contrario, los otros haluros alcalinos tienen la estructura de cloruro de sodio (sal gema). [8] Cuando ambos iones son similares en tamaño (Cs + radio iónico 174 pm para este número de coordinación, Cl − 181 pm) se adopta la estructura CsCl, cuando son diferentes (Na + radio iónico 102 pm, Cl − 181 pm) Se adopta la estructura del cloruro de sodio . Al calentarse por encima de 445 °C, la estructura normal del cloruro de cesio (α-CsCl) se convierte a la forma β-CsCl con la estructura de sal gema ( grupo espacial Fm 3 m ). [5] La estructura de la sal gema también se observa en condiciones ambientales en películas de CsCl de espesor nanométrico cultivadas sobre sustratos de mica , LiF, KBr y NaCl. [9]
El cloruro de cesio es incoloro en forma de grandes cristales y blanco en forma de polvo. Se disuelve fácilmente en agua y su solubilidad máxima aumenta de 1865 g/l a 20 °C a 2705 g/l a 100 °C. [10] Los cristales son muy higroscópicos y se desintegran gradualmente en condiciones ambientales. [11] El cloruro de cesio no forma hidratos . [12]
A diferencia del cloruro de sodio y el cloruro de potasio , el cloruro de cesio se disuelve fácilmente en ácido clorhídrico concentrado. [14] [15] El cloruro de cesio también tiene una solubilidad relativamente alta en ácido fórmico (1077 g/l a 18 °C) e hidracina ; solubilidad media en metanol (31,7 g/L a 25 °C) y baja solubilidad en etanol (7,6 g/L a 25 °C), [12] [15] [16] dióxido de azufre (2,95 g/L a 25 °C ), amoníaco (3,8 g/l a 0 °C), acetona (0,004 % a 18 °C), acetonitrilo (0,083 g/l a 18 °C), [15] acetato de etilo y otros éteres complejos , butanona , acetofenona , piridina y clorobenceno . [17]
A pesar de su amplia banda prohibida de aproximadamente 8,35 eV a 80 K, [2] el cloruro de cesio conduce débilmente la electricidad y la conductividad no es electrónica sino iónica . La conductividad tiene un valor del orden de 10 −7 S/cm a 300 °C. Ocurre a través de saltos de vacantes de red al vecino más cercano, y la movilidad es mucho mayor para las vacantes Cl − que para las vacantes Cs + . La conductividad aumenta con la temperatura hasta aproximadamente 450 °C, con una energía de activación que cambia de 0,6 a 1,3 eV a aproximadamente 260 °C. Luego cae bruscamente en dos órdenes de magnitud debido a la transición de fase de α-CsCl a β-CsCl. La conductividad también se suprime mediante la aplicación de presión (una disminución de aproximadamente 10 veces a 0,4 GPa), lo que reduce la movilidad de las vacantes de la red. [18]
El cloruro de cesio se disocia completamente al disolverse en agua y los cationes Cs + se solvatan en una solución diluida. El CsCl se convierte en sulfato de cesio al calentarse en ácido sulfúrico concentrado o al calentarse con hidrogenosulfato de cesio a 550–700 °C: [21]
El cloruro de cesio forma diversas sales dobles con otros cloruros. Los ejemplos incluyen 2CsCl·BaCl 2 , [22] 2CsCl·CuCl 2 , CsCl·2CuCl y CsCl·LiCl, [23] y con compuestos interhalógenos : [24]
El cloruro de cesio se produce naturalmente como una impureza en los minerales haluros carnalita (KMgCl 3 ·6H 2 O con hasta 0,002% de CsCl), [26] silvita (KCl) y kainita (MgSO 4 ·KCl·3H 2 O), [27] y en aguas minerales. Por ejemplo, el agua del balneario de Bad Dürkheim , que se utilizó aisladamente con cesio, contenía aproximadamente 0,17 mg/l de CsCl. [28] Ninguno de estos minerales es comercialmente importante.
A escala industrial, el CsCl se produce a partir del mineral polucita , que se pulveriza y se trata con ácido clorhídrico a temperatura elevada. El extracto se trata con cloruro de antimonio , monocloruro de yodo o cloruro de cerio (IV) para obtener una sal doble poco soluble, por ejemplo: [29]
El tratamiento de la sal doble con sulfuro de hidrógeno da CsCl: [29]
El CsCl de alta pureza también se produce a partir de recristalizado (y ) por descomposición térmica: [30]
Alrededor de los años 1970 [31] y 2000 en todo el mundo sólo se producían anualmente unas 20 toneladas de compuestos de cesio, con una importante contribución de CsCl. [32] El cloruro de cesio enriquecido con cesio-137 para aplicaciones de radioterapia se produce en una única instalación de Mayak en la región de los Urales de Rusia [33] y se vende internacionalmente a través de un distribuidor del Reino Unido. La sal se sintetiza a 200 °C debido a su naturaleza higroscópica y se sella en un recipiente de acero con forma de dedal que luego se encierra en otra carcasa de acero. El sellado es necesario para proteger la sal de la humedad. [34]
En el laboratorio, el CsCl se puede obtener tratando hidróxido , carbonato , bicarbonato de cesio o sulfuro de cesio con ácido clorhídrico:
El cloruro de cesio es el principal precursor del cesio metálico mediante reducción a alta temperatura: [31]
Una reacción similar (calentar CsCl con calcio al vacío en presencia de fósforo ) fue descrita por primera vez en 1905 por el químico francés ML Hackspill [35] y todavía se utiliza industrialmente. [31]
El hidróxido de cesio se obtiene por electrólisis de una solución acuosa de cloruro de cesio: [36]
El cloruro de cesio se utiliza ampliamente en la centrifugación en una técnica conocida como centrifugación isopícnica . Las fuerzas centrípetas y difusivas establecen un gradiente de densidad que permite la separación de mezclas en función de su densidad molecular. Esta técnica permite la separación de ADN de diferentes densidades (por ejemplo, fragmentos de ADN con diferente contenido de AT o GC). [31] Esta aplicación requiere una solución con alta densidad pero con una viscosidad relativamente baja, y el CsCl es adecuado debido a su alta solubilidad en agua, alta densidad debido a la gran masa de Cs, así como baja viscosidad y alta estabilidad de las soluciones de CsCl. . [29]
El cloruro de cesio rara vez se utiliza en química orgánica. Puede actuar como reactivo catalizador de transferencia de fase en reacciones seleccionadas. Una de estas reacciones es la síntesis de derivados del ácido glutámico.
donde TBAB es bromuro de tetrabutilamonio (catalizador de interfase) y CPME es un éter ciclopentilmetílico (disolvente). [37]
Otra reacción es la sustitución de tetranitrometano [38]
donde DMF es dimetilformamida (disolvente).
El cloruro de cesio es un reactivo de la química analítica tradicional que se utiliza para detectar iones inorgánicos a través del color y la morfología de los precipitados. La medición cuantitativa de la concentración de algunos de estos iones, por ejemplo Mg 2+ , con espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente , se utiliza para evaluar la dureza del agua. [39]
También se utiliza para la detección de los siguientes iones:
La Sociedad Estadounidense del Cáncer afirma que "la evidencia científica disponible no respalda las afirmaciones de que los suplementos de cloruro de cesio no radiactivo tengan algún efecto sobre los tumores". [40] La Administración de Alimentos y Medicamentos ha advertido sobre los riesgos de seguridad, incluida la toxicidad cardíaca significativa y la muerte, asociados con el uso de cloruro de cesio en la medicina naturopática. [41] [42]
El cloruro de cesio, compuesto de radioisótopos como 137 CsCl y 131 CsCl, [43] se utiliza en medicina nuclear , incluido el tratamiento del cáncer ( braquiterapia ) y el diagnóstico del infarto de miocardio . [44] [45] En la producción de fuentes radiactivas , es normal elegir una forma química del radioisótopo que no se dispersaría fácilmente en el medio ambiente en caso de accidente. Por ejemplo, los generadores radiotérmicos (RTG) suelen utilizar titanato de estroncio , que es insoluble en agua. Sin embargo, para las fuentes de teleterapia la densidad radiactiva ( Ci en un volumen determinado) debe ser muy alta, lo que no es posible con los compuestos de cesio insolubles conocidos. Un recipiente en forma de dedal de cloruro de cesio radiactivo proporciona la fuente activa.
El cloruro de cesio se utiliza en la preparación de vidrios conductores de electricidad [43] [46] y pantallas de tubos de rayos catódicos. [31] Junto con gases raros, el CsCl se utiliza en lámparas excimer [47] [48] y láseres excimer . Otros usos incluyen la activación de electrodos en soldadura; [49] fabricación de agua mineral, cerveza [50] y lodos de perforación ; [51] y soldaduras de alta temperatura. [52] Los monocristales de CsCl de alta calidad tienen un amplio rango de transparencia desde UV hasta infrarrojo y, por lo tanto, se han utilizado para cubetas, prismas y ventanas en espectrómetros ópticos; [31] este uso se suspendió con el desarrollo de materiales menos higroscópicos.
El CsCl es un potente inhibidor de los canales de HCN, que transportan la corriente h en células excitables como las neuronas. [53] Por lo tanto, puede ser útil en experimentos de electrofisiología en neurociencia.
El cloruro de cesio tiene una baja toxicidad para los seres humanos y los animales. [54] Su dosis letal media (LD50 ) en ratones es de 2300 mg por kilogramo de peso corporal para administración oral y 910 mg/kg para inyección intravenosa. [55] La toxicidad leve del CsCl está relacionada con su capacidad para reducir la concentración de potasio en el cuerpo y sustituirlo parcialmente en procesos bioquímicos. [56] Sin embargo, cuando se toma en grandes cantidades, puede causar un desequilibrio significativo en el potasio y provocar hipopotasemia , arritmia y paro cardíaco agudo . [57] Sin embargo, el polvo de cloruro de cesio puede irritar las membranas mucosas y causar asma . [51]
Debido a su alta solubilidad en agua, el cloruro de cesio es muy móvil e incluso puede difundirse a través del hormigón. Este es un inconveniente para su forma radiactiva que insta a buscar materiales radioisótopos químicamente menos móviles. Las fuentes comerciales de cloruro de cesio radiactivo están bien selladas en un doble recinto de acero. [34] Sin embargo, en el accidente de Goiânia en Brasil , una fuente que contenía alrededor de 93 gramos de 137 CsCl fue robada de un hospital abandonado y dos carroñeros la abrieron a la fuerza. El brillo azul que emite en la oscuridad el cloruro de cesio radiactivo atrajo a los ladrones y a sus familiares, que desconocían los peligros que conllevaba y esparcieron el polvo. Esto resultó en uno de los peores accidentes por derrame de radiación en el que 4 personas murieron dentro de un mes de la exposición, 20 mostraron signos de enfermedad por radiación , 249 personas fueron contaminadas con cloruro de cesio radiactivo y alrededor de mil recibieron una dosis que excedió la cantidad anual de Radiación de fondo. Más de 110.000 personas inundaron los hospitales locales y varias manzanas de la ciudad tuvieron que ser demolidas en las operaciones de limpieza. En los primeros días de la contaminación, varias personas sufrieron malestares estomacales y náuseas debido a la enfermedad por radiación, pero sólo después de varios días una persona asoció los síntomas con el polvo y llevó una muestra a las autoridades. [58] [59]
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![{\displaystyle \overbrace {{\ce {C(NO2)4}}} ^{\text{tetranitrometano}}+{\ce {CsCl ->[{\ce {DMF}}] {C(NO2)3Cl} + CsNO2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ddc9c983cd359a8ffceb4f8aeb9a0aa392b3f0da)
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