اقرأ في هذا المقال
- كربونات السيزيوم
- تحضير مركب كربونات السيزيوم
- تطبيقات على مركب كربونات السيزيوم
- تفاعلات كيميائية لكربونات السيزيوم
- معلومات عامة
في الكيمياء يعد مركب كربونات السيزيوم عبارة عن مصدر السيزيوم غير القابل للذوبان في الماء، والذي يمكن تحويله بسهولة إلى مركبات السيزيوم الأخرى، مثل أكسيد السيزيوم بالتسخين (التكليس)، كما أن أحد التطبيقات الحديثة لمادة كربونات السيزيوم هو زيادة كفاءة الخلايا الشمسية البوليمرية، علما أنه تتوفر مادة كربونات السيزيوم بشكل عام على الفور في معظم الأحجام.
كربونات السيزيوم
إن مركب كربونات السيزيوم عبارة عن مركب صلب بلوري أبيض، كما وتتميز مادة كربونات السيزيوم بقابلية عالية للذوبان في المذيبات القطبية مثل الماء والكحول و (DMF)، ولكن تكون قابليته للذوبان أعلى في المذيبات العضوية مقارنة بالكربونات الأخرى مثل كربونات البوتاسيوم وكربونات الصوديوم، وعلى الرغم من أنه لا يزال غير قابل للذوبان تمامًا في المذيبات العضوية الأخرى مثل التولوين والزيلين والكلوروبنزين، كما ويستخدم هذا المركب في التخليق العضوي كقاعدة، وله تطبيقات في تحويل الطاقة.
تحضير مركب كربونات السيزيوم
من الممكن أن يتم تحضير وإنتاج مادة كربونات السيزيوم باستعمال عملية التحلل الحراري لمادة أكسالات السيزيوم، وعندما تتم عملية التسخين فإنه يتم تحويل مادة أكسالات السيزيوم إلى مركب كربونات السيزيوم مع انبعاث أول أكسيد الكربون كما في المعادلة التالية:
Cs2C2O4 → Cs2CO3 + CO
من الممكن أيضًا أن يتم تصنيعه عن طريق التفاعل بين مركب هيدروكسيد السيزيوم مع ثاني أكسيد الكربون كما في المعادلة التالية:
2CsOH + CO2 → Cs2CO3 + H2O
إن مادة كربونات السيزيوم عبارة عن قاعدة غير عضوية قوية وتستعمل على نطاق واسع في عمليات التخليق العضوي، وهو عبارة عن محفز انتقائي كيميائي محتمل من أجل تقليل الألدهيدات والكيتونات إلى كحول، كما ويتم استخدامه كقاعدة لتفاعل اقتران (Heck لـ 4-trifluoromethyl-1-chlorobenzene و aryl chlorides).
تطبيقات على مركب كربونات السيزيوم
من الممكن أن يتم استعمال مادة كربونات السيزيوم كقاعدة في تفاعلات اقتران (C-C) و (C-N) مثل تفاعلات (Suzuki-Miyaura) وتفاعلات (Heck) وتفاعلات (Buchwald-Hartwig amination)، كما وأنها تستخدم كقاعدة في تفاعلات الألكلة، كما ويعزز كفاءة ألكلة O للكحول لتكوين كربونات ألكيل مختلطة.
تفاعلات كيميائية لكربونات السيزيوم
تعتبر مادة كربونات السيزيوم مهمة جدًا لألكلة (N) للمركبات مثل السلفوناميدات والأمينات والمركبات الحلقية غير المتجانسة، والإيميدات العطرية المستبدلة بـ (N)، والعديد من المركبات الأخرى المماثلة، إذ ركزت الأبحاث حول هذه المركبات على تركيبها ونشاطها البيولوجي.
في ظل وجود مركب رباعي كلورورات الصوديوم (NaAuCl4)، تعد مادة كربونات السيزيوم عبارة عن أداة فعالة يشكل كبير للأكسدة الهوائية، لأنواع مختلفة من الكحوليات إلى كيتونات وألدهيدات في درجة حرارة الغرفة بدون مركبات بوليمرية إضافية، علما أنه لا يوجد تكوين حمضي ينتج عند استخدام الكحوليات الأولية.
لقد كانت عملية الأكسدة الانتقائية للكحولات للكربونيل صعبة للغاية بسبب الطابع المحب للنيوكليوفيلي لوسط الكربونيل، وفي الماضي لقد تم استخدام كواشف (Cr (VI) و Mn (VII)) من أجل أكسدة الكحولات ومع ذلك فإن هذه الكواشف سامة ومكلفة نسبيًا.
من الممكن أيضًا استخدام كربونات السيزيوم في تفاعلات تصنيع (Suzuki) وتفاعلات (Heck) وتفاعلات (Sonogashira)، علما أنه تنتج كربونات السيزيوم كربونيل للكحوليات وكربامين للأمينات بكفاءة أعلى من بعض الآليات التي تم إدخالها في الماضي، ومن الممكن أن يتم استخدام كربونات السيزيوم للتخليق الحساس عند الحاجة إلى قاعدة قوية متوازنة.
معلومات عامة
هناك طلب متزايد على السيزيوم ومركباته لأجهزة تحويل الطاقة مثل المولدات المغناطيسية الهيدروديناميكية والبواعث الحرارية وخلايا الوقود، ويتم بناء الخلايا الشمسية البوليمرية الفعالة نسبيًا عن طريق التلدين الحراري لكربونات السيزيوم، كما وتزيد كربونات السيزيوم من فعالية الطاقة من أجل تحويل الطاقة للخلايا الشمسية وتعزز فترات حياة المعدات.
تكشف الدراسات التي أجريت على (UPS و XPS) أن النظام سوف يقوم بعمل أقل بسبب التلدين الحراري لطبقة (Cs2CO3) إذ تتحلل مادة كربونات السيزيوم إلى (Cs2O و Cs2O2) من خلال التبخر الحراري، ولقد تم اقتراح أنه عندما يتحد كلا من (Cs2O مع Cs2O2) فإنهما ينتجان (dopes) من النوع n الذي يوفر إلكترونات موصلة إضافية للأجهزة المضيفة.
ينتج عن ذلك خلية مقلوبة عالية الكفاءة يمكن استخدامها لتحسين كفاءة الخلايا الشمسية البوليمرية أو لتصميم خلايا كهروضوئية مناسبة متعددة الوصلات، ويمكن استخدام طبقات البنية النانوية لـ (Cs2CO3) ككاثودات للمواد الإلكترونية العضوية نظرًا لقدرتها على زيادة الطاقة الحركية للإلكترونات.
لقد تم فحص طبقات البنية النانوية لمادة كربونات السيزيوم في مجالات متعدة باستعمال تقنيات متعددة، وتشمل المجالات مثل الدراسات الكهروضوئية وقياسات الجهد الحالي والتحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية والتحليل الطيفي للأشعة السينية والتحليل الطيفي للمقاومة.
تتفاعل أشباه الموصلات من النوع n الناتج عن التبخر الحراري لـ (Cs2CO3) بشكل مكثف مع معادن مثل (Al و Ca) في الكاثود، وسيؤدي هذا التفاعل إلى قطع عمل معادن الكاثود، كما وتخضع الخلايا الشمسية البوليمرية القائمة على معالجة المحلول لدراسات مكثفة بسبب ميزتها في إنتاج خلايا شمسية منخفضة التكلفة.
