Tetracloruro di zirconio

Il tetracloruro di zirconio è il composto binario con formula ZrCl₄. In condizioni normali si presenta come polvere bianca volatile che si idrolizza rapidamente con l'umidità dell'aria. Il composto è disponibile in commercio ed è usato principalmente come catalizzatore in sintesi organica e come precursore per la sintesi di altri composti di zirconio. È inoltre un importante intermedio nella produzione dello zirconio metallico tramite il processo Kroll.

Struttura

In fase gassosa il tetracloruro di zirconio è presente come molecola ZrCl₄ con struttura tetradraedica, analogamente a TiCl₄ e HfCl₄. Allo stato solido invece il composto ha struttura polimerica con catene di ottaedri distorti connessi tra loro (vedi figura). La stessa struttura polimerica è presente anche nel congenere superiore HfCl₄.

Sintesi

Il tetracloruro di zirconio viene normalmente prodotto trattando zirconia con carbonio e cloro. La reazione va condotta con totale esclusione di aria; la funzione del carbonio è di catturare l'ossigeno:

${\displaystyle {\ce {ZrO2\ \ 2C\ \ 2Cl2->[{\text{700 °C}}]ZrCl4\ \ 2CO}}}$

Si può preparare anche facendo reagire zirconio metallico con cloro o cloruro di idrogeno.

Su scala di laboratorio si può usare tetracloruro di carbonio in sostituzione di carbonio e cloro:

${\displaystyle {\ce {ZrO2 \ \ 2CCl4 -> ZrCl4 \ \ 2COCl2}}}$

Proprietà

Il tetracloruro di zirconio è molto sensibile all'acqua e va utilizzato in atmosfera priva di umidità. A contatto con aria umida rilascia fumi di acido cloridrico. In acqua reagisce velocemente formando l'ossicloruro e acido cloridrico:

${\displaystyle {\ce {ZrCl4\ \ H2O->ZrOCl2\ \ 2HCl}}}$

In soluzione basica si forma l'idrossido:

${\displaystyle {\ce {ZrCl4 \ \ 4NaOH -> Zr(OH)4 \ \ 4NaCl}}}$

Il tetracloruro di zirconio è solubile in etanolo ed etere.

Riscaldato sotto vuoto a 400 ºC assieme a cloruro d'ammonio forma esaclorozirconato(IV) d'ammonio, (NH₄)₂ZrCl₆. La formazione di esaclorozirconati avviene anche con cloruri dei metalli alcalini o alcalino-terrosi.

Applicazioni

Il tetracloruro di zirconio è usato nella fabbricazione degli elettrodi di zirconia delle celle a combustibile, e come materiale di partenza per la sintesi di composti organometallici di zirconio, come ad esempio il dicloruro di zirconocene ZrCl₂(C₅H₅)₂, un complesso molto versatile. In sintesi organica il tetracloruro di zirconio è usato come acido di Lewis debole in varie sintesi, tra cui le reazioni di Friedel-Crafts, di Diels-Alder e di ciclizzazione intramolecolare. È inoltre impiegato nella fabbricazione di idrorepellenti per tessuti e altri materiali fibrosi, ed è un importante intermedio nella produzione dello zirconio metallico nel processo Kroll.

Note

Bibliografia

• (EN) U. Bora, Zirconium Tetrachloride, in Synlett, vol. 2003, n. 7, 2003, pp. 1073-1074, DOI:10.1055/s-2003-39323.
• (EN) G. Brauer, Handbook of preparative inorganic chemistry, vol. 2, 2ª ed., New York, Academic Press, 1965.
• GESTIS, Zirconium(IV) chloride, su gestis-en.itrust.de. URL consultato il 21 febbraio 2018. Pagina del tetracloruro di zirconio nel data base GESTIS.
• (EN) N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the elements, 2ª ed., Oxford, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 0-7506-3365-4.
• (EN) W. S. Hummers, S. Y. Tyree Jr. e S. Yolles, Zirconium and Hafnium Tetrachlorides, in Inorg. Synth., vol. 4, 1953, p. 121, DOI:10.1002/9780470132357.ch41.
• (EN) C. M. Kozak e P. Mountford, Zirconium & Hafnium: Inorganic & Coordination Chemistry, in Encyclopedia of Inorganic Chemistry, 2ª ed., John Wiley & Sons, 2006, DOI:10.1002/0470862106.ia263, ISBN 9780470862100.
• D. R. Lide (Editor), CRC Handbook of Chemistry and Physics, Internet Version 2005, su hbcponline.com, CRC Press, Boca Raton, 2005. URL consultato il 9 dicembre 2017.
• (EN) I. Marek, New Aspects of Zirconium Containing Organic Compounds, in Topics in Organometallic Chemistry, vol. 10, 2005, DOI:10.1007/b80198.
• (EN) R. Nielsen, Zirconium and zirconium compounds, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2002, DOI:10.1002/14356007.a28_543.
• (EN) M. Ohashi, S. Yamanaka, Y. Morimoto e M. Hattori, Preparation and Properties of Ammonium Hexachlorozirconate(IV) and Its Reaction with Gaseous Ammonia, in Bull. Chem. Soc. Jpn., vol. 60, n. 7, 1987, pp. 2387-2390, DOI:10.1246/bcsj.60.2387.
• (EN) P. Patnaik, Handbook of inorganic chemicals, New York, McGraw-Hill, 2003, ISBN 0-07-049439-8.
• (EN) G. Wilkinson e J. M. Birmingham, Bis-cyclopentadienyl Compounds of Ti, Zr, V, Nb and Ta, in J. Am. Chem. Soc., vol. 76, n. 17, 1954, pp. 4281-4284, DOI:10.1021/ja01646a008.

Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su tetracloruro di zirconio