氯化锌

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氯化锌
IUPAC名
氯化锌
别名 氯化锌(II)、二氯化锌
识别
CAS号 7646-85-7
RTECS ZH1400000
性质
化学式 ZnCl2
摩尔质量 136.315 g·mol⁻¹
外观 白色晶体
密度 2.907 g/cm³
熔点 275 °C (548 K)
沸点 756 °C (1029 K)
溶解性 432 g/100 mL (25 °C)
结构
晶体结构 有四种已知的结构,六方密堆积是无水状态下唯一稳定的结构
配位几何 四面体,气态时为直线型
危险性
欧盟危险性符号
刺激性刺激性 Xi
腐蚀性腐蚀性 C
警示术语 R:R34-R50-R53
安全术语 S:S7/8-S28-S45-S60-S61
MSDS 英文MSDS
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
3
0
 
LD50 350 mg/kg, 大鼠 (口服)
相关物质
其他阴离子 氟化锌溴化锌碘化锌
其他阳离子 氯化铜氯化镉
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

氯化锌(ZnCl2)是化合物,该名称亦用来称呼它的水合物。无色或白色,有极强的水溶性和吸湿性,甚至会潮解,应在干燥处密封储存,避免与空气中的水蒸气接触。

在纺织加工、焊接、化学合成等方面,氯化锌有着广泛应用。

结构和物性[编辑]

氯化锌是一种离子化合物,有同质多晶现象,目前已发现四种晶体结构。但纯氯化锌只能形成δ型(六方密堆积),即在晶体中,每个锌离子被4个氯离子成正四面体状包围。[1] 将它熔融后再冷却可以得到玻璃状的物质。

氯化锌还显示出共价化合物的特性,如熔点低(275 °C)、易溶于乙醚溶剂形成形如ZnCl2L2(其中L代表溶剂分子)的加合物。氯化锌的浓水溶液(质量分数高于64%)有能够溶解淀粉纤维素的特殊性质,所以不能使用普通的滤纸来进行过滤。它属于路易斯酸,强度中等,稀水溶液的pH值在4左右,6 mol/L的浓水溶液pH=1。[2] 当含水的氯化锌被加热时,会水解成氯氧化物。

氯化锌已知4种结晶水合物,以及至少一种碱式盐如ZnOHCl。[1] 从氯化锌水溶液中可以析出它的结晶水合物ZnCl2(H2O)n,以n=4为最主要的成分,其他的形态n值分别为1、1.5、2.5、3。[2] 水合的氯化锌加热后可得到ZnOHCl。

在水溶液中,无水、水合等各种晶体形态的氯化锌均完全解离出Zn2+,以便制备其他盐。比如制备碳酸锌

ZnCl2(aq) + Na2CO3(aq) → ZnCO3(s) + 2 NaCl(aq)

由于各种氯化锌及其他卤化锌、硫化锌在水中一样能完全解离,因而这些物质在制备其他锌盐中与ZnCl2是等效的。

制备与提纯[编辑]

无水氯化锌能够通过氯化氢反应来制造。

Zn + 2 HCl(g) → ZnCl2(s) + H2↑(g)

水合的氯化锌也能通过浓盐酸反应得到,又可以使用氧化锌硫化锌

ZnS(s) + 2 HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2S↑(l)

平时所能购买到的氯化锌通常含有水和主要的水解产物:氯氧化鋅(zinc oxychloride)。一般通过以下步骤来提纯:将100g的氯化锌加入800mL的二恶烷中加热,进行分馏。趁热进行过滤,除去粉,冷却后氯化锌变为白色沉淀。而无水的氯化锌则可以先在氯化氢气流中加热升华,然后在干燥的氮气流中加热到400°C。也可以将样品通过二氯亚砜处理。[3]

用途[编辑]

纺织加工方面[编辑]

由于氯化锌与丝绸、纤维素等材料的亲和性,它可用作衣料的防火物质,也可用在织物气味洁净剂中。

焊接方面[编辑]

氯化锌可以攻击金属氧化物(MO)生成MZnOCl2,这就是它作为金属焊剂的原理。ZnCl2溶解掉金属表面的致密氧化层,使金属裸露出来。[2] 将锌箔片溶解在稀盐酸中,直至不再产生氢气,即得此种焊剂,因此它得名焊酸。由于其腐蚀性,如果工作后的残余物不能清理干净,就不能用焊酸作为焊剂,如焊电子元件时。

利用这一原理,ZnCl2还可以用于制造牙充填所用的氧化镁水泥,某些品牌的漱口水也用它作活性成分。

化学合成方面[编辑]

在化学合成中,氯化锌作为一种中强路易斯酸,用途广泛。它可以做费舍尔吲哚环合反应(A)的催化剂,[4] 也可以催化活化芳香环上的傅-克酰基化反应(B)。[5][6]

ZnCl2 aromatics.gif

制备染料荧光黄的经典方法,就是用氯化锌催化的傅-克酰基化反应,原料是邻苯二甲酸酐雷索辛[7] 其中无水和水合的氯化锌皆能催化。

ZnCl2 fluorescein.png

ZnCl2和盐酸组成的试剂叫卢卡斯试剂(Lucas reagent),用于伯醇仲醇醇羟基的氯代,反应温度130 °C。试剂中ZnCl2的加入提高了氯化氢的反应效率。对伯醇的反应一般通过SN2机理,而对仲醇则是SN1

ZnCl2 Lucas.gif

ZnCl2可以活化一些卤原子的取代。如烯烃等弱亲核试剂苯甲基卤、烯丙基卤上的取代(见下图)[8]NaBH3CN苯甲基卤、烯丙基卤、叔卤原子的选择性还原。

ZnCl2 benzylation.gif

ZnCl2是合成许多有机锌试剂的起始物。这些有机锌试剂,一般通过有机锂试剂格林尼亚试剂金属交换反应制备,用于偶联等反应,如与芳基卤乙烯基卤进行的根岸偶联[9]

ZnCl2 Negishi.gif

ZnCl2与碱金属烯醇盐生成的锌烯醇盐可以在羟醛缩合时控制手性。如下图[10],由于锌的存在,形成了螯合环,体积较大的苯环倾向于占据“平伏”的位置,即“反式”构型,产物中“反式”(threo)与“順式”(erythro)比例为5:1。相比之下,反应机理中没有螯合环时,“順式”“反式”产物的比例为1:1。

ZnCl2 aldol.gif

安全事项[编辑]

有腐蚀性和刺激性。操作时戴好防护眼镜、手套,注意避免与无水氯化锌接触,这一类无水金属卤化物水解时都会放热。细节参见表中MSDS链接。

参考[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 Wells, A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry, Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6.
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
  3. ^ Pray, A. P. “Anhydrous Metal Chlorides” "Inorganic Syntheses," vol. XXVIII, 321-2, 1990ISBN 0-471-52619-3. Describes the formation of anhydrous LiCl, CuCl2, ZnCl2, CdCl2, ThCl4, CrCl3, FeCl3, CoCl2, and NiCl2 from the corresponding hydrates.
  4. ^ R. L. Shriner, W. C. Ashley, E. Welch, in Organic Syntheses Collective Volume 3, p 725, Wiley, New York, 1955.
  5. ^ S. R. Cooper, in Organic Syntheses Collective Volume 3, p 761, Wiley, New York, 1955.
  6. ^ S. Y. Dike, J. R. Merchant, N. Y. Sapre, Tetrahedron, 47, 4775 (1991)
  7. ^ B. S. Furnell et al., Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry, 5th edition, Longman/Wiley, New York, 1989.
  8. ^ E. Bauml, K. Tschemschlok, R. Pock, H. Mayr, Tetrahedron Letters, 29, 6925 (1988)
  9. ^ S. Kim, Y. J. Kim, K. H. Ahn, Tetrahedron Letters, 24, 3369 (1983).
  10. ^ H. O. House, D. S. Crumrine, A. Y. Teranishi, H. D. Olmstead, Journal of the American Chemical Society, 95, 3310 (1973)
  • N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 1997.
  • Handbook of Chemistry and Physics, 71st edition, CRC Press, Ann Arbor, Michigan, 1990.
  • The Merck Index, 7th edition, Merck & Co, Rahway, New Jersey, USA, 1960.
  • D. Nicholls, Complexes and First-Row Transition Elements, Macmillan Press, London, 1973.
  • A. F. Wells, 'Structural Inorganic Chemistry, 5th ed., Oxford University Press, Oxford, UK, 1984.
  • J. March, Advanced Organic Chemistry, 4th ed., p. 723, Wiley, New York, 1992.
  • G. J. McGarvey, in Handbook of Reagents for Organic Synthesis, Volume 1: Reagents, Auxiliaries and Catalysts for C-C Bond Formation, (R. M. Coates, S. E. Denmark, eds.), pp. 220–3, Wiley, New York, 1999.

外部链接[编辑]