Chlorek cynku
|
|
|
|
| Nazwy | |
|---|---|
|
nazwa IUPAC
Chlorek cynku
|
|
| Inne nazwy Chlorek cynku(II) Obojętny chlorek cynku (1:2) Masło cynkowe Dwuchlorek cynku (archaiczny) |
|
| Identyfikatory | |
|
|
|
Model 3D ( JSmol )
|
|
| CHEBI | |
| CHEMBL | |
| ChemSpider | |
| Bank Leków | |
| Karta informacyjna ECHA | 100.028.720 |
| Numer WE |
|
|
Identyfikator klienta PubChem
|
|
| Numer RTECS |
|
| UNII | |
| Numer ONZ | 2331 |
|
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Nieruchomości | |
| ZnCl 2 | |
| Masa cząsteczkowa | 136,315 g/mol |
| Wygląd |
białe krystaliczne ciało stałe higroskopijne i bardzo rozpływające się |
| Zapach | bezwonny |
| Gęstość | 2,907 g/ cm3 |
| Temperatura topnienia | 290 ° C (554 ° F; 563 K) |
| Temperatura wrzenia | 732 ° C (1350 ° F; 1005 K) |
| 432,0 g/ 100 g (25°C) | |
| Rozpuszczalność | rozpuszczalny w etanolu , glicerolu i acetonie |
| Rozpuszczalność w etanolu | 430,0 g/100 ml |
| −65,0·10 −6 cm 3 /mol | |
| Struktura | |
| Czworościenny , liniowy w fazie gazowej | |
| Farmakologia | |
| B05XA12 ( KTO ) | |
| Zagrożenia | |
| Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP): | |
|
Główne zagrożenia
|
Umiarkowanie toksyczny, drażniący |
| Oznakowanie GHS : | |
  
|
|
| Niebezpieczeństwo | |
| H302 , H314 , H410 | |
| P273 , P280 , P301+P330+P331 , P305+P351+P338 , P308+P310 | |
| NFPA 704 (ognisty diament) | |
| Śmiertelna dawka lub stężenie (LD, LC): | |
|
LD 50 ( mediana dawki )
|
350 mg/kg (szczur, doustnie) 350 mg/kg (mysz, doustnie) 200 mg/kg (świnka morska, doustnie) 1100 mg/kg (szczur, doustnie) 1250 mg/kg (mysz, doustnie) |
|
LC 50 ( mediana stężenia )
|
1260 mg/m3 ( szczur, 30 min) 1180 mg-min/ m3 |
| NIOSH (limity narażenia na zdrowie w USA): | |
|
PEL (dopuszczalny)
|
TWA 1 mg/m 3 (dymy) |
|
REL (zalecane)
|
TWA 1 mg/m 3 ST 2 mg/m 3 (dymy) |
|
IDLH (bezpośrednie zagrożenie)
|
50 mg/m 3 (dymy) |
| Karta charakterystyki (SDS) | Zewnętrzna karta charakterystyki |
| Związki pokrewne | |
|
Inne aniony
|
Fluorek cynku Bromek cynku Jodek cynku |
|
Inne kationy
|
Chlorek kadmu Chlorek rtęci(II). |
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).
|
|
Chlorek cynku to nazwa nieorganicznych związków chemicznych o wzorze ZnCl 2 i jego hydratów . Chlorki cynku , których znanych jest dziewięć postaci krystalicznych , są bezbarwne lub białe i dobrze rozpuszczają się w wodzie . Sól ta jest higroskopijna , a nawet rozpływająca się . Chlorek cynku znajduje szerokie zastosowanie w przetwórstwie włókienniczym , topniki metalurgiczne i synteza chemiczna. Żaden minerał o takim składzie chemicznym nie jest znany oprócz bardzo rzadkiego minerału simonkolleite Zn 5 (OH) 8 Cl 2 ·H 2 O.
Struktura i właściwości
Znane są cztery formy krystaliczne ( polimorfy ) ZnCl2 : α, β, γ i δ. Każdy przypadek zawiera czworościenne centra Zn 2+ .
| Formularz | Symetria | Symbol Pearsona | Grupa | NIE | a (nm) | b (nm) | c (nm) | Z | ρ (g/cm 3 ) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| α | tetragonalny | tI12 | ja 4 2d | 122 | 0,5398 | 0,5398 | 0,64223 | 4 | 3.00 |
| β | tetragonalny | tP6 | P4 2 /nmc | 137 | 0,3696 | 0,3696 | 1.071 | 2 | 3.09 |
| γ | Jednoskośny | mP36 | P2 1 /c | 14 | 0,654 | 1.131 | 1,23328 | 12 | 2,98 |
| δ | rombowy | oP12 | Pna2 1 | 33 | 0,6125 | 0,6443 | 0,7693 | 4 | 2,98 |
Tutaj a , b i c to stałe sieciowe, Z to liczba jednostek struktury na komórkę elementarną, a ρ to gęstość obliczona na podstawie parametrów struktury.
Forma rombowa (δ) szybko zmienia się w jedną z pozostałych form po wystawieniu na działanie atmosfery. Możliwym wyjaśnieniem jest to, że jony OH- pochodzące z pochłoniętej wody ułatwiają przegrupowanie. Szybkie schłodzenie stopionego ZnCl 2 daje szkło .
Stopiony ZnCl2 ma wysoką lepkość w temperaturze topnienia i stosunkowo niską przewodność elektryczną, która znacznie wzrasta wraz z temperaturą. Jak wskazuje rozpraszania Ramana , lepkość tłumaczy się obecnością polimerów. Badanie rozpraszania neutronów wykazało obecność tetraedrycznych centrów {ZnCl 4 }, co wymaga również agregacji monomerów ZnCl 2 .
W fazie gazowej cząsteczki ZnCl 2 są liniowe, a długość wiązania wynosi 205 µm.
Nawilża
pięć hydratów chlorku cynku: ZnCl 2 (H 2 O) n gdzie n = 1, 1,5, 2,5, 3 i 4. Tetrahydrat ZnCl 2 (H 2 O) 4 krystalizuje z wodnych roztworów chlorku cynku.
Przygotowanie i oczyszczanie
Bezwodny ZnCl 2 można otrzymać z cynku i chlorowodoru :
- Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2
Formy uwodnione i roztwory wodne można łatwo przygotować w podobny sposób, traktując metaliczny Zn, węglan cynku, tlenek cynku i siarczek cynku kwasem chlorowodorowym:
- ZnS + 2 HCl + 4 H 2 O → ZnCl 2 (H 2 O) 4 + H 2 S
W przeciwieństwie do wielu innych pierwiastków, cynk zasadniczo występuje tylko na jednym stopniu utlenienia, 2+, co upraszcza oczyszczanie chlorku.
Komercyjne próbki chlorku cynku zazwyczaj zawierają wodę i produkty hydrolizy jako zanieczyszczenia. Takie próbki można oczyszczać przez rekrystalizację z gorącego dioksanu . Próbki bezwodne można oczyszczać przez sublimację w strumieniu gazowego chlorowodoru , a następnie ogrzewanie sublimatu do 400°C w strumieniu suchego gazowego azotu . Wreszcie najprostsza metoda polega na potraktowaniu chlorku cynku chlorkiem tionylu .
Reakcje
Stopiony bezwodny ZnCl 2 w temperaturze 500-700 ° C rozpuszcza metaliczny cynk i po szybkim schłodzeniu stopu tworzy się żółte diamagnetyczne szkło, które według badań Ramana zawiera jon Zn
2+ 2 .
wiele soli zawierających anion tetrachlorocynianowy Zn Cl
2− 4 . „Odczynnik Caultona”, V 2 Cl 3 (thf) 6 Zn 2 Cl 6 jest przykładem soli zawierającej Zn 2 Cl
2− 6 . Związek Cs 3 ZnCl 5 zawiera tetraedryczne aniony Zn Cl
2− 4 i Cl − . Brak związków zawierających Zn Cl
4− 6 jony zostały scharakteryzowane.
Chlorek cynku łatwo rozpuszcza się w wodzie dając związki ZnCl x H 2 O (4− x ) i trochę wolnego chlorku. Wodne roztwory ZnCl 2 są kwaśne: 6 M wodny roztwór ma pH 1. Kwasowość wodnych roztworów ZnCl 2 w stosunku do roztworów innych soli Zn 2+ (np. kompleksy, w których zmniejszenie liczby koordynacyjnej z 6 do 4 dodatkowo zmniejsza siłę wiązań O – H w solwatowanych cząsteczkach wody.
W roztworze alkalicznym chlorek cynku przekształca się w różne wodorochlorki cynku. Należą do nich Zn(OH) 3 Cl 2− , Zn(OH) 2 Cl
2− 2 , ZnOH Cl
2− 3 i nierozpuszczalny Zn 5 (OH) 8 Cl 2 ·H 2 O. Ten ostatni jest minerałem simonkolleite. Gdy hydraty chlorku cynku są podgrzewane, wydziela się gazowy HCl i powstają hydroksychlorki.
Gdy roztwory chlorku cynku traktuje się amoniakiem, powstają różne kompleksy „amin” . Należą do nich Zn(NH 3 ) 4 Cl 2 ·H 2 O iw stężeniu ZnCl 2 (NH 3 ) 2 . Pierwszy zawiera jon Zn(NH 3 ) 6 2+ , a drugi jest cząsteczkowy o zniekształconej geometrii czworościennej. Zbadano gatunki w roztworze wodnym i wykazano, że Zn(NH 3 ) 4 2+ jest głównym związkiem występującym z Zn(NH 3 ) 3 Cl + również obecnym przy niższym stosunku NH 3 : Zn.
Wodny chlorek cynku reaguje z tlenkiem cynku, tworząc bezpostaciowy cement, który po raz pierwszy zbadał w 1855 roku Stanisław Sorel . Sorel później udał się do zbadania spokrewnionego cementu tlenochlorku magnezu , który nosi jego imię.
Po podgrzaniu uwodnionego chlorku cynku otrzymuje się pozostałość Zn(OH)Cl np
- ZnCl2 ·2H2O → ZnCl (OH) + HCl + H2O
Związek ZnCl 2 · 1 ⁄ 2 HCl · H 2 O można otrzymać przez ostrożne wytrącanie z roztworu ZnCl 2 zakwaszonego HCl. Zawiera polimeryczny anion (Zn 2 Cl 5 − ) n z równoważącymi monohydratami jonów hydroniowych , jonami H 5 O 2 + .
Celuloza rozpuszcza się w wodnych roztworach ZnCl 2 , wykryto kompleksy cynkowo-celulozowe. Celuloza rozpuszcza się również w stopionym hydracie ZnCl2 , a na polimerze celulozy przeprowadza się karboksylację i acetylację.
Tak więc, chociaż wiele soli cynku ma różne wzory i różne struktury krystaliczne , sole te zachowują się bardzo podobnie w roztworze wodnym. Na przykład roztwory przygotowane z dowolnego polimorfu ZnCl2 , jak również innych halogenków (bromek, jodek) i siarczanu można często stosować zamiennie do wytwarzania innych związków cynku. Ilustracją jest przygotowanie węglanu cynku:
- ZnCl2 ( aq ) + Na2CO3 ZnCO3 ( ) (aq) → s ) + 2 NaCl ( aq
Rola w chemii organicznej
Chlorek cynku jest stosowany jako katalizator lub odczynnik w różnorodnych reakcjach prowadzonych na skalę przemysłową. Częściowa hydroliza chlorku benzalu w obecności chlorku cynku jest główną drogą do chlorku benzoilu . Służy jako katalizator do produkcji metyleno-bis(ditiokarbaminianu).
Połączenie kwasu chlorowodorowego i ZnCl2 , znane jako „ odczynnik Lucasa ”, jest skuteczne w wytwarzaniu chlorków alkilowych z alkoholi. Podobne reakcje są podstawą szlaków przemysłowych odpowiednio od metanolu i etanolu do chlorku metylu i chlorku etylu .
Syntezy laboratoryjne
Chlorek cynku jest powszechnym odczynnikiem w laboratorium, przydatnym kwasem Lewisa w chemii organicznej.
Stopiony chlorek cynku katalizuje konwersję metanolu do heksametylobenzenu :
- 15 CH
3 OH → C
6 (CH
3 )
6 + 3 CH
4 + 15 H
2 O
Inne przykłady obejmują katalizowanie (A) syntezy indolu Fischera , a także (B) reakcji acylowania Friedela-Craftsa z udziałem aktywowanych pierścieni aromatycznych
Z tym ostatnim związane jest klasyczne wytwarzanie barwnika fluoresceiny z bezwodnika ftalowego i rezorcyny , które obejmuje acylowanie Friedela-Craftsa . Ta transformacja została w rzeczywistości dokonana przy użyciu nawet uwodnionej próbki ZnCl 2 pokazanej na powyższym obrazku.
Chlorek cynku aktywuje również halogenki benzylowe i allilowe w kierunku zastąpienia słabymi nukleofilami , takimi jak alkeny :
W podobny sposób ZnCl2 sprzyja selektywnej redukcji NaBH3CN węglowodorów . halogenków trzeciorzędowych, allilowych lub benzylowych do odpowiednich
Chlorek cynku jest również użytecznym odczynnikiem wyjściowym do syntezy wielu odczynników cynkoorganicznych , takich jak te stosowane w katalizowanym palladem sprzęganiu Negishi z halogenkami arylu lub halogenkami winylu . W takich przypadkach związek cynkoorganiczny jest zwykle wytwarzany przez transmetalację z litoorganicznego lub odczynnika Grignarda , na przykład:
Enolany cynku , otrzymane z enolanów metali alkalicznych i ZnCl2 , zapewniają kontrolę stereochemii w reakcjach kondensacji aldolowej dzięki chelatowaniu cynku. W przykładzie pokazanym poniżej treo był faworyzowany w stosunku do erytro o współczynnik 5:1, gdy zastosowano ZnCl2 w DME / eterze . Chelat jest bardziej stabilny, gdy duża grupa fenylowa jest raczej pseudorównikowa niż pseudoosiowa , tj. treo zamiast erytro .
Inne zastosowania
Jako topnik metalurgiczny
Zastosowanie chlorku cynku jako topnika, czasami w mieszaninie z chlorkiem amonu (patrz także Chlorek cynku i amonu ), wiąże się z wytwarzaniem HCl i jego późniejszej reakcji z tlenkami powierzchniowymi.
Chlorek cynku reaguje z tlenkami metali (MO), dając pochodne o wyidealizowanym wzorze MZnOCl 2 . [ potrzebne dodatkowe cytaty ] Ta reakcja ma znaczenie dla przydatności roztworu ZnCl 2 jako topnika do lutowania — rozpuszcza pasywujące tlenki, odsłaniając czystą powierzchnię metalu. Topniki z ZnCl 2 jako składnikiem aktywnym są czasami nazywane „płynem blacharskim”.
Chlorek cynku tworzy z chlorkiem amonu dwie sole: (NH 4 ) 2 ZnCl 4 i (NH 4 ) 3 ClZnCl 4 , które rozkładają się podczas ogrzewania wydzielając HCl, podobnie jak hydrat chlorku cynku. Działanie topników chlorek cynku/chlorek amonu, na przykład, w cynkowania ogniowego powoduje powstawanie gazowego H2 i oparów amoniaku.
W przetwórstwie włókienniczym i papierniczym
Stężone wodne roztwory chlorku cynku (ponad 64% wag./wag. chlorku cynku w wodzie) rozpuszczają skrobię , jedwab i celulozę .
Ze względu na swoje powinowactwo do tych materiałów, ZnCl 2 jest stosowany jako środek ognioodporny oraz w „odświeżaczach” tkanin, takich jak Febreze. Wulkanizowane włókno jest wytwarzane przez namaczanie papieru w stężonym chlorku cynku.
Granaty dymne
Mieszanka dymu chlorku cynku („HC”) stosowana w granatach dymnych zawiera tlenek cynku , heksachloroetan i granulowany proszek aluminiowy , które po zapaleniu reagują, tworząc dym chlorku cynku, węgla i tlenku glinu , skuteczną zasłonę dymną .
Wykrywanie linii papilarnych
Ninhydryna reaguje z aminokwasami i aminami , tworząc barwny związek „fiolet Ruhemanna” (RP). Spryskanie roztworem chlorku cynku tworzy kompleks RP:ZnCl(H 2 O) 2 1:1 , który jest łatwiej wykrywalny, ponieważ fluoryzuje intensywniej niż RP.
Środek dezynfekujący i konserwujący drewno
Rozcieńczony wodny chlorek cynku był używany jako środek dezynfekujący pod nazwą „Burnett's Disinfecting Fluid”. Od 1839 roku Sir William Burnett promował jego stosowanie jako środka dezynfekującego oraz konserwującego drewno. Royal Navy przeprowadziła próby jego zastosowania jako środka dezynfekującego pod koniec lat czterdziestych XIX wieku, w tym podczas epidemii cholery w 1849 roku ; a jednocześnie przeprowadzono eksperymenty nad jego właściwościami konserwującymi, mającymi zastosowanie w przemyśle stoczniowym i kolejowym. Burnett odniósł komercyjny sukces dzięki swojemu tytułowemu płynowi. Jednak po jego śmierci jego użycie zostało w dużej mierze zastąpione przez kwas karbolowy i inne zastrzeżone produkty.
Bezpieczeństwo
Chlorek cynku jest chemicznym środkiem drażniącym oczy, skórę i układ oddechowy.
Dodatkowa lektura
- NN Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements , wyd. 2, Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 1997.
- Lide, DR, wyd. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (wyd. 86). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5 .
- The Merck Index , wydanie 7, Merck & Co, Rahway, New Jersey, USA, 1960.
- D. Nicholls, Kompleksy i elementy przejściowe pierwszego rzędu , Macmillan Press, Londyn, 1973.
- J. March, Advanced Organie Chemistry , wyd. 4, str. 723, Wiley, Nowy Jork, 1992.
- GJ McGarvey, w Handbook of Reagents for Organie Synthesis, tom 1: Reagents, Auxiliaries and Catalysts for CC Bond Formation (RM Coates, SE Dania, red.), s. 220–3, Wiley, Nowy Jork, 1999.
Linki zewnętrzne
| Kontrola władz : krajowa |
|---|