Tetracloruro di zirconio

Tetracloruro di zirconio
Nome IUPAC
Tetracloruro di zirconio, cloruro di zirconio(IV)
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	ZrCl4
Massa molecolare (u)	233,04
Aspetto	solido bianco
Numero CAS	10026-11-6
Numero EINECS	233-058-2
PubChem	24817 e 9856075
SMILES	Cl[Zr](Cl)(Cl)Cl
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)	2,80[1]
Solubilità in acqua	reagisce
Temperatura di ebollizione	331 °C (604 K) (sublima)[2]
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1)	-980,5[2]
ΔfG0 (kJ·mol−1)	-889,9[2]
S0m(J·K−1mol−1)	181,6[2]
C0p,m(J·K−1mol−1)	119,8[2]
Proprietà tossicologiche
DL50 (mg/kg)	1690 oral rat[1]
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
pericolo
Frasi H	302 - 314 [1]
Consigli P	280 - 301+330+331 - 305+351+338 - 309+310 [1]
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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.^[3] 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.^[4]

In fase gassosa il tetracloruro di zirconio è presente come molecola ZrCl₄ con struttura tetradraedica, analogamente a TiCl₄ e HfCl₄.^[5][6] 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.^[3]

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:^[6][7]

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

Si può preparare anche facendo reagire zirconio metallico con cloro o cloruro di idrogeno.^[6]

Su scala di laboratorio si può usare tetracloruro di carbonio in sostituzione di carbonio e cloro:^[8]

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

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:^[4]

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

In soluzione basica si forma l'idrossido:^[4]

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

Il tetracloruro di zirconio è solubile in etanolo ed etere.^[4]

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.^[6][9]

Il tetracloruro di zirconio è usato nella fabbricazione degli elettrodi di zirconia delle celle a combustibile,^[6] e come materiale di partenza per la sintesi di composti organometallici di zirconio,^[10] come ad esempio il dicloruro di zirconocene ZrCl₂(C₅H₅)₂, un complesso molto versatile.^[11] 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.^[12] 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.^[4]

• (EN) U. Bora, Zirconium Tetrachloride, in Synlett, vol. 2003, n. 7, 2003, pp. 1073-1074, DOI:10.1055/s-2003-39323.
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• GESTIS, Zirconium(IV) chloride, su gestis-en.itrust.de. URL consultato il 21 febbraio 2018. Pagina del tetracloruro di zirconio nel data base GESTIS.
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• (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.
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• (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.

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