硫酸水素セシウム

硫酸水素セシウム
名前
	その他の名前亜硫酸水素セシウム; 硫酸水素セシウム;
識別子
CAS番号	7789-16-4;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
PubChem CID	23677635;
CompToxダッシュボード（EPA）	DTXSID301045981;
	InChI InChI=1S/Cs.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+1;/p-1 キー: MEAHOQPOZNHISZ-UHFFFAOYSA-M;
	笑顔 OS(=O)(=O)[O-].[Cs+];
プロパティ
化学式	セシウムH O 4 S
モル質量	229.97 g·mol −1
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。情報ボックスの参照

化合物

重硫酸セシウムまたは硫酸水素セシウムは、化学式CsHSO _4で表される無機化合物です。重硫酸セシウム塩は、 Cs ₂ SO ₄とH ₂ SO ₄を反応させることで得られる無色の固体です。^[1]

プロパティ

141℃以上では、CsHSO4_は超イオン伝導体となる。^[1]特にこの温度域では、プロトンの活性が高いため、イオン伝導が急激に増加する。^[2]

X線結晶構造解析の結果によると、その構造はセシウムイオンを架橋する四面体硫酸塩中心から構成されており、陽子は硫酸塩上の酸素と結合している。^[3]

CsHSO _{4 は}、相III、相II、相Iと呼ばれる3つの結晶相を経る。^[4] CsHSO ₄は、室温21℃では最初は相IIIにある。相IIIの温度範囲は21℃から90℃で、相IIIと相IIの間の転移温度は90℃から100℃である。相IIの温度範囲は90℃から140℃である。140℃で、CsHSO ₄は相IIから相Iへと相転移を起こす。^[5]

相III（21℃～90℃）および相II（90℃～140℃）は単斜晶系相と呼ばれ、CsHSO ₄のプロトン伝導性は最も低くなります。結晶構造の温度が上昇すると、単位胞体積と水素結合の配置が変化し、CsHSO ₄結晶構造におけるプロトンの置換能力が変化します。

141 °C で、CsHSO _{4 の結晶構造は単斜晶系相 II から}正方晶系相 Iへと構造変化を起こします。相 I は結晶の対称性が向上し、格子寸法が広がります。相 I は超プロトン相（強伝導相）と呼ばれ、プロトン伝導性が 4 桁も急激に増加し、10 mS/cm に達します。これにより、CsHSO _{4の伝導性は}塩化ナトリウム水溶液の 10 倍になります。超プロトン相では、SO ₄四面体の動きによって水素結合ネットワークが破壊され、プロトンの移動が加速されます。^[5]構造中に存在する正方晶アニオンが、移動するプロトンと水素結合の配置を決定します。^[6]

潜在的な用途

_{純粋なCsHSO 4}の最大伝導率は10 mS/cmであり、実用には低すぎます。SiO ₂、TiO ₂、Al ₂ O _{3との複合材料では、}相転移温度以下でのプロトン伝導率は数桁向上します。^[7]

_{水和プロトン伝導体とは異なり、CsHSO 4}は水を含まないため、熱的および電気化学的に安定しています。加湿酸素濃淡電池を用いた起電力（EMF）測定により、超プロトン相におけるCsHSO _{4の高いイオン性が確認されました。}^[8]熱回転に基づくと、測定中、特に高温において、電圧は85時間以上にわたって一定に保たれました。^[8]これらの結果は、湿度環境からの熱的独立性を示しています。さらに、CsHSO ₄の結晶構造は、より小さな荷電イオンの迅速な輸送を可能にし、電気化学デバイスにおける効率的なエネルギー伝達をもたらします。

参考文献

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^ マヤ・ムロシュコフスカ＝シェルセン、マチェイ・シエキェルスキ、ラファウ・レトマノフスキ、ミハウ・ピシュチュ、レナータ・チチャ＝ショット、リディア・ドゥデク、スワウォミール・ファルコヴィチ、グラジナ・ジュコフスカ、マグダ・ドゥデク。「CsHSO4/リンケイ酸ガラス複合材料の機械合成プロセスで得られる超イオン相の長期温度安定性の分光学的検証」石油ガス研究所、ウルス。 Lubicz 25a, 31-503 クラクフ、ポーランド/ワルシャワ工科大学化学、無機化学、固体技術部門 Ul.Noakowskiego 3, 00-640 ポーランド、ワルシャワ 3AGH – 科学技術大学、燃料エネルギー学部、Al。 Mickiewicza 30, 30-059 クラクフ、ポーランド、ウェブ。
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^ チャン・ウィン・キー. 燃料電池用ナノ複合固体酸における水素の構造とダイナミクス. デルフト工科大学, デルフト工科大学, 2011年.
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[Haile-1] Haile, Sossina M.; Boysen, Dane A.; Chisholm, Calum RI; Merle, Ryan B. (2001). 「燃料電池電解質としての固体酸」(PDF) . Nature . 410 (6831): 910– 913. Bibcode :2001Natur.410..910H. doi :10.1038/35073536. PMID 11309611. S2CID 4430178.

[2] Sinitsyn, VV (2010). 「MeHAO4超陽子伝導体（A = S, Se、Me = NH4, Rb, Cs）における相転移に対する圧力効果」. Journal of Materials Chemistry . 20 (30): 6226– 6234. doi :10.1039/c0jm00052c.

[3] バラグロフ、午前;ベスクロヴヌイ、AI;サヴェンコ、BN;メリノフ、BV;ドルーハ、M.ヴラチスラフ、S.ジラック (1987)。「重水素化CsHSO ₄およびCsHSeO ₄の室温構造」。フィジカステータスソリッド A。100 (1): 3–7。書誌コード:1987PSSAR.100....3B。土井：10.1002/pssa.2211000146。

[4] マヤ・ムロシュコフスカ＝シェルセン、マチェイ・シエキェルスキ、ラファウ・レトマノフスキ、ミハウ・ピシュチュ、レナータ・チチャ＝ショット、リディア・ドゥデク、スワウォミール・ファルコヴィチ、グラジナ・ジュコフスカ、マグダ・ドゥデク。「CsHSO4/リンケイ酸ガラス複合材料の機械合成プロセスで得られる超イオン相の長期温度安定性の分光学的検証」石油ガス研究所、ウルス。 Lubicz 25a, 31-503 クラクフ、ポーランド/ワルシャワ工科大学化学、無機化学、固体技術部門 Ul.Noakowskiego 3, 00-640 ポーランド、ワルシャワ 3AGH – 科学技術大学、燃料エネルギー学部、Al。 Mickiewicza 30, 30-059 クラクフ、ポーランド、ウェブ。

[Otomo-5] 大友純一郎; 重岡仁; 永本英俊; 高橋宏 (2005). 「硫酸水素セシウム/シリカ複合体における相転移挙動とプロトン伝導機構」. Journal of Physics and Chemistry of Solids . 66 (1): 21– 30. Bibcode :2005JPCS...66...21O. doi :10.1016/j.jpcs.2004.07.006.

[6] チャン・ウィン・キー. 燃料電池用ナノ複合固体酸における水素の構造とダイナミクス. デルフト工科大学, デルフト工科大学, 2011年.

[7] 室山浩樹、松井俊明、菊池隆二、江口耕一. 「中温におけるCsHSO4電解質の構造とプロトン伝導性に対する複合効果」 (nd): n. pag. 京都大学大学院工学研究科エネルギー・炭化水素化学専攻、京都市西京区、〒615-8510、日本、2006年4月13日。ウェブサイト。

[Uda-8] 宇田哲也、デーン・A・ボイセン、ソッシーナ・M・ハイル。「CsHSO 4の熱力学的、熱機械的、および電気化学的評価。」固体イオニクス 176.1 (2005): 127-133。