Хлорид цинка — название неорганических химических соединений с формулой ZnCl 2 . Образует гидраты . Цинк хлорид безводный и его гидраты представляют собой бесцветные или белые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде . Известны пять гидратов хлорида цинка, а также четыре формы безводного хлорида цинка. [5] Эта соль гигроскопична и даже расплывается . Хлорид цинка находит широкое применение в обработке текстиля , металлургических флюсах , химическом синтезе. Ни один минерал с таким химическим составом не известен, за исключением очень редкого минерала симонколлеита Zn 5 ( OH) 8 Cl 2 · H 2 O.
Известны четыре кристаллические формы ( полиморфы ) ZnCl 2 : α, β, γ и δ. В каждом случае присутствуют тетраэдрические центры Zn 2+ . [6]
Здесь a , b и c — постоянные решетки, Z — количество структурных единиц в элементарной ячейке, а ρ — плотность, рассчитанная по параметрам структуры. [7] [8] [9]
Орторомбическая форма (δ) быстро меняется на одну из других форм под воздействием атмосферы. Возможное объяснение состоит в том, что перегруппировке способствуют ионы OH- , возникающие из абсорбированной воды. [6] Быстрое охлаждение расплавленного ZnCl 2 дает стекло . [10]
Расплавленный ZnCl 2 имеет высокую вязкость при температуре плавления и сравнительно низкую электропроводность, которая заметно возрастает с повышением температуры. [11] [12] Как показали исследования комбинационного рассеяния света , вязкость объясняется присутствием полимеров, [13] . Исследование рассеяния нейтронов показало наличие тетраэдрических центров ZnCl 4 , что требует также агрегации мономеров ZnCl 2. [14]
В газовой фазе молекулы ZnCl 2 линейны с длиной связи 205 пм.
Известны пять гидратов хлорида цинка: ZnCl 2 (H 2 O) n с n = 1, 1,5, 2,5, 3 и 4. [15] Тетрагидрат ZnCl 2 (H 2 O) 4 кристаллизуется из водных растворов хлорида цинка. [15]
Безводный ZnCl 2 можно получить из цинка и хлористого водорода :
Гидратные формы и водные растворы можно легко получить аналогично обработкой металлического цинка, карбоната, оксида и сульфида цинка соляной кислотой:
В отличие от многих других элементов, цинк существует только в одной степени окисления — 2+, что упрощает очистку от хлорида.
Коммерческие образцы хлорида цинка обычно содержат в качестве примесей воду и продукты гидролиза . Такие образцы можно очистить перекристаллизацией из горячего диоксана . Безводные образцы можно очистить путем сублимации в потоке газообразного хлористого водорода с последующим нагреванием сублимата до 400 °C в потоке сухого газообразного азота . [16] Наконец, самый простой метод основан на обработке хлорида цинка тионилхлоридом . [17]
Расплавленный безводный ZnCl 2 при 500–700 °C растворяет металлический цинк, и при быстром охлаждении расплава образуется желтое диамагнитное стекло, которое, как показывают рамановские исследования, содержит Zn2+2ион. [15]
Известен ряд солей, содержащих тетрахлорцинкат- анион [ZnCl 4 ] 2- . [11] «Реагент Колтона», V 2 Cl 3 ( thf ) 6 ] [Zn 2 Cl 6 ] , который используется в органической химии, является примером соли, содержащей [Zn 2 Cl 6 ] 2- . [18] [19] Соединение Cs 3 ZnCl 5 содержит тетраэдрические анионы [ZnCl 4 ] 2- и Cl - , [6] поэтому соединение представляет собой не пентахлорцинкат цезия, а хлорид тетрахлорцинката цезия. Соединения, содержащие ион [ZnCl 6 ] 4- (гексахлорцинкат-ион), не охарактеризованы. [6]
Хлорид цинка легко растворяется в воде с образованием частиц ZnCl x (H 2 O) 4− x и некоторого количества свободного хлорида. [20] [21] [22] Водные растворы ZnCl 2 являются кислыми: 6 М водный раствор имеет pH 1. [15] Кислотность водных растворов ZnCl 2 по сравнению с растворами других солей Zn 2+ (скажем, сульфат) обусловлен образованием тетраэдрических хлораквакомплексов, в которых снижение координационного числа с 6 до 4 еще больше снижает прочность связей O–H в сольватированных молекулах воды. [23]
В растворе щелочи хлорид цинка превращается в различные гидроксихлориды цинка. К ним относятся [Zn(OH) 3 Cl] 2- , [Zn(OH) 2 Cl 2 ] 2- , [Zn(OH)Cl 3 ] 2- и нерастворимый Zn 5 (OH) 8 Cl 2 ·H 2 О. _ Последний представляет собой минерал симонколлеит . [24] При нагревании гидратов хлорида цинка выделяется газообразный HCl и образуются гидроксихлориды. [25]
При обработке растворов хлорида цинка аммиаком образуются различные аминные комплексы . К ним относятся Zn(NH 3 ) 4 Cl 2 ·H 2 O и ZnCl 2 (NH 3 ) 2 . [26] Первый содержит ион [Zn(NH 3 ) 6 ] 2+ , [6] а второй является молекулярным с искаженной тетраэдрической геометрией. [27] Были исследованы виды в водном растворе, и показано, что [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ является основным присутствующим веществом, а [Zn(NH 3 ) 3 Cl] + также присутствует при более низком соотношении NH 3 :Zn. [28]
Водный хлорид цинка реагирует с оксидом цинка с образованием аморфного цемента , который был впервые исследован в 1855 году Станисласом Сорелем . Позже Сорель продолжил исследование родственного цемента на основе оксихлорида магния , который носит его имя. [29]
При нагревании гидратированного хлорида цинка образуется остаток Zn(OH)Cl, например [30]
Соединение ZnCl 2 ·0,5HCl·H 2 O можно получить осторожным осаждением из раствора ZnCl 2 , подкисленного HCl . Содержит полимерный анион (Zn 2 Cl−5) n с балансирующими моногидратными ионами гидроксония , H 5 O+2ионы. [6] [31]
Целлюлоза растворяется в водных растворах ZnCl 2 , обнаружены комплексы цинка с целлюлозой. [32] Целлюлоза также растворяется в расплавленном гидрате ZnCl 2 и карбоксилирование и ацетилирование осуществляют на полимере целлюлозы. [33]
Таким образом, хотя многие соли цинка имеют разные формулы и разную кристаллическую структуру , в водном растворе эти соли ведут себя очень похоже. Например, растворы, приготовленные из любой из полиморфов ZnCl 2 , а также других галогенидов (бромида, йодида) и сульфата, часто могут быть взаимозаменяемы для получения других соединений цинка. Показательным является получение карбоната цинка:
Хлорид цинка используется в качестве катализатора или реагента в различных реакциях, проводимых в промышленных масштабах. Частичный гидролиз бензальхлорида в присутствии хлорида цинка является основным путем получения бензоилхлорида . Он служит катализатором производства метилен-бис(дитиокарбамата). [5]
Сочетание соляной кислоты и ZnCl 2 , известное как « реагент Лукаса », эффективно для получения алкилхлоридов из спиртов. Подобные реакции лежат в основе промышленных путей превращения метанола и этанола в метилхлорид и этилхлорид соответственно .
Хлорид цинка — распространенный лабораторный реагент, полезный как кислота Льюиса в органической химии. [34]
Расплавленный хлорид цинка катализирует превращение метанола в гексаметилбензол : [35]
Другие примеры включают катализацию (A) синтеза индола Фишера , [36] , а также (B) реакций ацилирования Фриделя-Крафтса с участием активированных ароматических колец [37] [38]
С последним связано классическое получение красителя флуоресцеина из фталевого ангидрида и резорцина , которое включает ацилирование Фриделя-Крафтса . [39] Это преобразование фактически было осуществлено с использованием даже образца гидратированного ZnCl 2 , показанного на рисунке выше.
Хлорид цинка также активирует бензильные и аллильные галогениды в направлении замещения слабыми нуклеофилами , такими как алкены : [40]
Аналогичным образом ZnCl 2 способствует селективному восстановлению Na[BH 3 (CN)] третичных, аллильных или бензилгалогенидов до соответствующих углеводородов.
Хлорид цинка также является полезным исходным реагентом для синтеза многих цинкорганических реагентов, таких как те, которые используются в катализируемом палладием реакции Негиши с арилгалогенидами или винилгалогенидами . [41] В таких случаях цинкорганическое соединение обычно получают переметаллированием из литийорганического соединения или реактива Гриньяра , например:
Еноляты цинка , полученные из енолятов щелочных металлов и ZnCl 2 , обеспечивают контроль стереохимии в реакциях альдольной конденсации за счет хелатирования цинка. В примере, показанном ниже, преимущество трео- продукта перед эритро составляет 5:1 при использовании ZnCl 2 в ДМЭ / эфире . [42] Хелат более стабилен, когда объемистая фенильная группа является псевдоэкваториальной, а не псевдоаксиальной , т.е. трео , а не эритро .
Использование хлорида цинка в качестве флюса, иногда в смеси с хлоридом аммония (см. также Цинк хлорид аммония ), предполагает получение HCl и последующую реакцию его с поверхностными оксидами.
Хлорид цинка реагирует с оксидами металлов (МО) с образованием производных идеализированной формулы MZnOCl 2 . [43] [ необходимы дополнительные ссылки ] Эта реакция имеет отношение к использованию раствора ZnCl 2 в качестве флюса для пайки — он растворяет пассивирующие оксиды, обнажая чистую металлическую поверхность. [43] Флюсы с ZnCl 2 в качестве активного ингредиента иногда называют «жидкостью оловянщика».
Хлорид цинка образует с хлоридом аммония две соли: [NH 4 ] 2 [ZnCl 4 ] и [NH 4 ] 3 [ZnCl 4 ]Cl , которые при нагревании разлагаются с выделением HCl, как и гидрат хлорида цинка. Под действием флюсов хлорида цинка/хлорида аммония, например, в процессе горячего цинкования образуется газ H 2 и пары аммиака. [44]
Концентрированные водные растворы хлорида цинка (более 64% массы хлорида цинка в воде) способны растворять крахмал , шелк и целлюлозу .
Благодаря своей близости к этим материалам ZnCl 2 используется в качестве антипирена и в «освежителях» тканей, таких как Febreze. Вулканизированное волокно изготавливается путем пропитки бумаги концентрированным хлоридом цинка.
Дымовая смесь хлорида цинка («HC»), используемая в дымовых гранатах , содержит оксид цинка , гексахлорэтан и гранулированный алюминиевый порошок, которые при воспламенении реагируют с образованием хлорида цинка, углерода и дыма оксидов алюминия , что является эффективной дымовой завесой . [45]
Нингидрин реагирует с аминокислотами и аминами с образованием окрашенного соединения «пурпур Ругемана» (RP). При распылении раствора хлорида цинка образуется комплекс 1:1 РП: ZnCl(H 2 O) 2 , который легче обнаруживается, поскольку он флуоресцирует более интенсивно, чем РП. [46]
Разбавленный водный раствор хлорида цинка использовался в качестве дезинфицирующего средства под названием «Дезинфицирующая жидкость Бернетта».[47] С 1839 года сэр Уильям Бернетт пропагандировал его использование в качестве дезинфицирующего средства, а также консерванта для древесины. [48] Королевский флот проводил испытания его использования в качестве дезинфицирующего средства в конце 1840-х годов, в том числе во время эпидемии холеры 1849 года ; и в то же время проводились эксперименты по изучению его консервирующих свойств применительно к судостроению и железнодорожной промышленности. Бернетт имел некоторый коммерческий успех со своей одноименной жидкостью. Однако после его смерти ее использование было в значительной степени заменено карболовой кислотой и другими запатентованными продуктами.
Хлорид цинка является химическим раздражителем глаз, кожи и дыхательной системы. [5] [49]