碳酸铯(Cs₂CO₃)概述

基本属性

碳酸铯(化学式：Cs₂CO₃)是一种无机化合物，属于碱金属碳酸盐。它是一种白色结晶性固体，具有强碱性，且能在水中较为容易地溶解。碳酸铯的分子量约为325.81 g/mol，熔点约为654°C，沸点在高温下非常难以测定。其溶解度在水中的变化依赖于水的温度，较高的温度会使其溶解度增加。由于铯元素在化学活性上与钠和钾相似，因此碳酸铯在化学性质上也表现出一定的类似性。

碳酸铯名称

中文名： 碳酸铯

英文名： Cesium carbonate

CAS号： 534-17-8

碳酸铯物理化学性质

密度： 4.072

沸点： 333.6ºC at 760 mmHg

熔点： 610 °C (dec.)(lit.)

分子式： CCs2O3

分子量： 325.820

闪点： 169.8ºC

精确质量： 325.795624

PSA： 63.19000

外观性状： 白色结晶粉末

储存条件

1.储存于阴凉、干燥、通风良好的库房。远离火种、热源。防止阳光直射。包装密封。应与酸类、食用化学品分开存放，切忌混储。储区应备有合适的材料收容泄漏物。

2.密封干燥保存。

稳定性

1.按规格使用和贮存，不会发生分解，避免与氧化物接触。

水溶解性 261 g/100 mL (20 ºC)

碳酸铯与其他碱金属碳酸盐一样，在溶解过程中会分解为铯离子(Cs⁺)和碳酸根离子(CO₃²⁻)。这种化学品的碱性较强，因此具有一定的腐蚀性。

主要用途

1. **原子钟与光学实验**

碳酸铯被广泛应用于高精度的原子钟中。铯-133原子被用于制造最精确的时间测量仪器，碳酸铯在这种领域中发挥了重要作用。此外，碳酸铯还被用作在某些高精度光学实验中产生铯原子气体的源，帮助研究原子物理及量子计算相关技术。

2. **催化剂**

碳酸铯在某些化学反应中作为催化剂使用，尤其是在一些需要强碱性环境的反应中。它在有机合成中也有应用，能够促进某些反应的进行，例如酯化反应等。

3. **玻璃制造**

碳酸铯是制造某些特殊玻璃的重要原料，特别是在制造光学玻璃时使用。这类玻璃用于制作高精度光学仪器，如显微镜、望远镜等。由于铯的特殊电子性质，含铯的玻璃具有特殊的折射率和光学性能，适用于高端光学设备的生产。

4. **药物与生物医学领域**

在生物医学领域，碳酸铯作为某些药物的合成原料或作为放射治疗中的关键试剂(如放射性同位素铯-137)有一定的应用。虽然碳酸铯本身不常直接用作药物，但在放射性治疗领域，其衍生物的使用逐渐增多。

5. **高能物理研究**

由于铯元素的独特性质，碳酸铯在高能物理实验中有时被用作粒子探测的组成部分。在一些粒子加速器实验中，铯原子或铯化合物能帮助研究粒子的反应过程。

合成路线

碳酸铯的合成方法主要是通过直接化学反应将铯源与碳酸盐反应得到，常见的合成路线包括：

1. **铯氢氧化物与二氧化碳反应**

一种常见的合成方法是通过将铯氢氧化物(CsOH)与二氧化碳(CO₂)反应得到碳酸铯。这一反应的化学方程式为：

2. **铯氯化物与碳酸钠反应**

另一种常见方法是利用铯氯化物(CsCl)与碳酸钠(Na₂CO₃)在高温下反应生成碳酸铯。反应方程式为：

3. **铯化合物与氢氧化物反应**

另外，还可以通过铯化合物(如铯硝酸盐)与氢氧化钠反应来制备碳酸铯。该方法通过氢氧化钠与铯盐进行置换反应生成碳酸铯。

制备

该以铯矾为原料制备碳酸铯的方法，按下述步骤进行：第一步，铯矾重结晶，在去离子水中加入铯矾并加热溶解，溶解后冷却结晶并过滤，过滤后得到精铯矾;第二步，转型，在去离子水中加入精铯矾并加热溶解，溶解后得到精铯矾溶液，在精铯矾溶液中缓慢滴加石灰乳，经固液分离后得到硫酸铯净液;第三步，苛化，氢氧化钡溶液分2次至3次加入硫酸铯净液中，离心分离得到硫酸钡固体和苛化液;第四步，碳化浓缩蒸发，向苛化液中通入CO进行碳化，碳化至碳化液的pH为7至10，静置，将静置后的碳化上清液进行浓缩，冷却后得到浓缩液;第五步，一次精滤及烘干，浓缩液用高分子过滤装置过滤，过滤后的滤液经浓缩结晶并低温干燥，得到低温料;第六步，高温分解，低温料高温分解后，得到高温料;第七步，二次精滤，高温料用去离子水溶解，然后用高分子过滤装置过滤，过滤后得到滤后净液;第八步，净液浓缩烘干，滤后净液经浓缩烘干后，得到碳酸铯。本方法得到的碳酸铯的纯度为99.90%至99.99%;铯的收率为92%至96%，生产成本较现有技术降低了30%至50%。

使用注意事项

1. **腐蚀性**

碳酸铯具有较强的碱性，接触皮肤或眼睛时可能引起刺激或化学烧伤，因此在使用过程中应佩戴适当的防护设备，如手套、护目镜和防护衣物。

2. **避免吸入粉尘**

碳酸铯粉尘可对呼吸道造成刺激，尤其是在粉尘浓度较高的环境中。使用时应保持良好的通风条件，必要时佩戴防尘口罩。

3. **避免与酸反应**

碳酸铯与酸反应时会释放二氧化碳气体，产生气体膨胀，因此在储存和处理过程中应避免与酸接触。

4. **贮存条件**

碳酸铯应储存在阴凉、干燥的地方，避免暴露于潮湿环境中。由于其强碱性，应远离易燃、易爆和有毒物质。

运输与存储

1. **运输**

碳酸铯通常以固体颗粒或结晶形式运输。在运输过程中，必须确保包装完好，避免泄漏。运输时应使用防潮包装，避免湿气导致碳酸铯结块。

2. **储存条件**

储存碳酸铯时，应选择干燥、通风良好的环境，避免阳光直射。应避免与酸、强氧化剂等物质一起存放，以防发生不必要的化学反应。其存储容器应严密封闭，防止吸潮和污染。

3. **应急处理**

若发生泄漏，必须立即用干燥的工具将碳酸铯清理，并避免与水接触，因为水与碱性物质反应可能引发问题。泄漏区域应及时清理并保持通风，确保没有残留粉尘。

总结

碳酸铯(Cs₂CO₃)作为一种重要的化学品，广泛应用于原子钟、高能物理实验、催化剂、玻璃制造和药物合成等多个领域。它的合成方法相对简单，主要通过与二氧化碳或碳酸钠反应获得。尽管碳酸铯的应用领域非常广泛，但在使用过程中必须小心处理，因为其强碱性具有一定的腐蚀性。合理的运输和存储是保证碳酸铯质量和安全性的关键。