צזיום כלוריד, הידועה גם בשם צזיום כלוריד בסינית, היא אבקה גבישית לבנה או מעט צהובה עם משקל מולקולרי של 168.359 ונוסחה מולקולרית של ClCs. זהו גביש מעוקב חסר צבע ושקוף בעל טוהר של מעל 99.5%. בטמפרטורת החדר, הצפיפות של צסיום כלוריד היא 3.983 גרם/מ"ל, והוא מסיס בקלות במים עם מסיסות של עד 1860 גרם/ליטר. בנוסף, לצסיום כלורי יש גם נקודת רתיחה גבוהה של 1290 מעלות, ומסיסותו במים יורדת עם עליית הטמפרטורה. צזיום כלורי הוא תרכובת יונית, כאשר הקטיון הוא יון צסיום (Cs+) והאניון הוא יון כלורי (Cl -). בשל מסיסותו הגבוהה ותכונותיו היוניות, לצסיום כלוריד מוליכות מצוינת במים. בנוסף, בשל רדיוס הקטיונים הגדול יחסית שלו, צסיום כלוריד נוטה ליצור גבישים מעורבים כאשר הוא מעורבב עם יוני מתכת אחרים. מקדם השבירה של צסיום כלוריד הוא 1.6418, מה שהופך אותו לפעיל אופטית וניתן להשתמש בו למחקר אופטי. בנוסף, צסיום כלוריד צריך להיות מאוחסן בסביבה לחה ובטמפרטורה גבוהה כדי למנוע את התפרקותו ופירוקו.
(קישור למוצר: https://www.bloomtechz.com/chemical-reagent/laboratory-reagent/cesium-chloride-powder-cas-7647-17-8.html)
שיטה ראשונה היא להמיס צזיום קרבונט בכמות קטנה של מים, להוסיף לאט חומצה הידרוכלורית בצפיפות יחסית של 1.18 תוך ערבוב מתמשך ולחמם את התגובה. כאשר pH =3, הרתיחו במשך חצי שעה והוסיפו צזיום הידרוקסיד כדי להביא את ה-pH של התמיסה לנייטרלי. מסננים, מאדים ומרכזים את התסנין עד שמשקעים כמות גדולה של גבישים, מצננים לטמפרטורת החדר, מפרידים את ליקר האם, מנקים ומייבשים ב-100 מעלות לקבלת המוצר המוגמר.
השלבים הם כדלקמן:
(1) ממיסים צזיום קרבונט במים: מוסיפים לאט כמות מסוימת של אבקת צסיום קרבונט לכמות קטנה של מים, מערבבים כדי להמיס אותה במלואה. תהליך זה יפיק כמות גדולה של חום, ויש לקחת בחשבון את הבטיחות.
(2) הוסיפו חומצה הידרוכלורית: הוסיפו לאט כמות מסוימת של חומצת מלח לתמיסה הנ"ל תוך כדי ערבוב. כמות גדולה של גז תיווצר במהלך תהליך זה, ויש לנקוט באמצעי הגנה.
(3) תגובת חימום: מחממים את התערובת לעיל לרתיחה וממשיכים לערבב כדי להגיב באופן מלא.
(4) תמיסת נטרול: כאשר ערך ה-pH של תמיסת התגובה מגיע לסביבות 3, הפסק את החימום והוסף תמיסת נטרול צסיום הידרוקסיד כדי להפוך את ערך ה-pH של התמיסה לנייטרלי.
(5) סינון: סנן את התמיסה לעיל כדי להסיר מוצקים וזיהומים שלא הגיבו.
(7) התגבשות באידוי: מניחים את התסנין בכלי אידוי, מחממים ומאדים תוך כדי ערבוב עד שמשקעים כמות גדולה של גבישים.
קירור והפרדה: מצננים את התערובת הנ"ל לטמפרטורת החדר, הפרידו את משקה האם והגבישים והשג מוצר צזיום כלורי.
משוואת התגובה הכימית העיקרית של שיטה זו היא:
Cs2CO3+2HCl → 2CsCl+CO2 ↑+H2O
תגובה זו היא תגובת חילופי יונים המתבצעת בתמיסה מימית, כאשר Cs2CO3 ו-HCl מייצגים את צורות היונים של צסיום קרבונט וחומצה הידרוכלורית, בהתאמה. התגובה יצרה צזיום כלורי, פחמן דו חמצני ומים.
שיטה 2 כוללת תגובה של כספית ומימן כלורי: חימום של 15 גרם צזיום כלורי והמסתו ב-100 מ"ל מים. ממיסים 24.2 גרם של כלורי כספית סטוכיומטרי ב-25 מ"ל של 4מול חומצה הידרוכלורית. הוסף את תמיסת HgCl/HCl זו לתמיסה שלעיל בעודה חמה, מערבבים ומערבבים ומצננים כדי לזרז גבישי CsHgCl. מסננים, אוספים גבישים וזורקים את משקה האם. ממיסים את הגבישים ב-120 מ"ל של מים חמים, ולאחר הקירור, הגבישים יישרדו שוב.
השלבים ליצירת צזיום כלוריד באמצעות התגובה של כספית ומימן כלורי הם כדלקמן:
(1) תמיסת הכנה: ממיסים כמות מסוימת של צזיום כלורי במים להכנת תמיסה רוויה.
(2) הוספת כספית: מוסיפים לתמיסה הנ"ל כמות מסוימת של כספית ומערבבים עד שהיא באה במגע מלא.
(3) החדרת מימן כלורי: הזרקת מימן כלורי לתערובת הנ"ל דרך צינור תוך כדי ערבוב. כאשר התגובה מגיעה לשיווי משקל, הפסק להחדיר מימן כלורי.
(4) הפרדה וטיהור: הפרד את התערובת לעיל לקבלת גבישי צזיום כלורי. ניתן לעשות שימוש חוזר במשקאות האם.
משוואת התגובה הכימית העיקרית של שיטה זו היא:
Hg+HCl+CsCl → CsCl+HgCl2
תגובה זו היא תגובת עקירה אופיינית, שבה כספית מגיבה עם מימן כלורי לייצור כספית כלורי (HgCl2) וגם צזיום כלוריד (CsCl) נעקר.
בנוסף לשתי השיטות הנ"ל, שיטה נפוצה נוספת היא שימוש במתכת צזיום כדי להגיב עם גז כלור ליצירת צזיום כלוריד. להלן השלבים המפורטים והמשוואות הכימיות של שיטה זו:
1. הכן חומרי גלם
מתכת צזיום: מתכת צזיום הוא יסוד מתכת פעיל בעל צפיפות גבוהה ומוליכות טובה. בתגובה זו, מתכת צסיום פועלת כחומר מפחית.
כלור: כלור הוא גז ירוק צהוב בעל תכונות חמצון חזקות וצריך להפעיל אותו במנדף.
2, שלבי פעולה
(1) הכנת תמיסה: הוסף כמות מסוימת של מים לצזיום מתכת להכנת תמיסה רוויה.
(2) הזרקת גז כלור: הזרקת גז כלור לתמיסה הנ"ל דרך צינור תוך כדי ערבוב. כאשר התגובה מגיעה לשיווי משקל, הפסק להחדיר גז כלור.
(3) הפרדה וטיהור: הפרד את התערובת לעיל לקבלת גבישי צזיום כלורי. ניתן לעשות שימוש חוזר במשקאות האם.
3. משוואה כימית
משוואת התגובה הכימית העיקרית של שיטה זו היא:
2Cs+Cl2 → 2CsCl
תגובה זו היא תגובת עקירה אופיינית, שבה מתכת צזיום מגיבה עם גז כלור לייצור צזיום כלוריד (CsCl).
יצוין כי בשיטה זו נעשה שימוש בגז מתכת פעיל בצסיום ובגז כלור בעלי תכונות חמצון חזקות, ודורשת הדרכה של צוות מקצועי על מנת להבטיח בטיחות. במקביל, יש צורך לטהר עוד יותר ולייבש את מוצר הצזיום כלוריד שנוצר כדי לענות על הצרכים של יישומים מעשיים.