氯化鋅

氯化鋅
	IUPAC名; Zinc chloride
別名	氯化鋅(II)、二氯化鋅
識別
CAS號	7646-85-7（無水） ; 21351-92-8（一水） ; 19417-15-3（二水） ; 74182-35-7（三水） ; 29426-92-4（四水）
PubChem	3007855
ChemSpider	5525
SMILES	Cl[Zn]Cl;
InChI	1/2ClH.Zn/h2*1H;/q;;+2/p-2;
InChIKey	JIAARYAFYJHUJI-NUQVWONBAB
UN編號	2331
EINECS	231-592-0
ChEBI	49976
RTECS	ZH1400000
性質
化學式	ZnCl2
莫耳質量	136.315 g·mol⁻¹
外觀	白色晶體
密度	2.907 g/cm³
熔點	290 °C（563 K）（）
沸點	732 °C（1005 K）（）
溶解性（水）	432 g/100 mL (25 °C)
結構
晶體結構	有四種已知的結構，六方密堆積是無水狀態下唯一穩定的結構
配位幾何	四面體，氣態時為直線型
危險性
	歐盟危險性符號; 刺激性 Xi 腐蝕性 C
警示術語	R：R34-R50-R53
安全術語	S：S7/8-S28-S45-S60-S61
MSDS	英文MSDS
NFPA 704	0 3 0
	致死量或濃度：
LD50（中位劑量）	350 mg/kg, 大鼠 (口服)
相關物質
其他陰離子	氟化鋅、溴化鋅、碘化鋅
其他陽離子	氯化銅、氯化鎘
	若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

氯化鋅是氯和鋅的化合物，化學式為ZnCl₂。它是無色或白色固體，有極強的水溶性和吸濕性，甚至會潮解，應在乾燥處密封儲存，避免與空氣中的水蒸氣接觸。

在紡織加工、焊接、化學合成等方面，氯化鋅有著廣泛應用。

結構和物性[編輯]

氯化鋅是一種離子化合物，有多晶型性，目前已發現四種晶體結構。但純氯化鋅只能形成δ型（六方密堆積），即在晶體中，每個鋅離子被4個氯離子成正四面體狀包圍。^[2] 將它熔融後再冷卻可以得到玻璃狀的物質。

氯化鋅還顯示出共價化合物的特性，如熔點低(275 °C)、易溶於乙醚等溶劑形成形如ZnCl₂L₂（其中L代表溶劑分子）的加合物。氯化鋅的濃水溶液（質量分數高於64%）有能夠溶解澱粉、絲和纖維素的特殊性質，所以不能使用普通的濾紙來進行過濾。它屬於路易斯酸，強度中等，稀水溶液的pH值在4左右，6 mol/L的濃水溶液pH=1。^[3] 當含水的氯化鋅被加熱時，會水解成氯氧化物。

氯化鋅已知4種結晶水合物，以及至少一種鹼式鹽如ZnOHCl。^[2] 從氯化鋅水溶液中可以析出它的結晶水合物ZnCl₂(H₂O)_n，以n=4為最主要的成分，其他的形態n值分別為1、1.5、2.5、3。^[3] 水合的氯化鋅加熱後可得到ZnOHCl。

在水溶液中，無水、水合等各種晶體形態的氯化鋅均完全解離出Zn²⁺，以便製備其他鋅鹽。比如製備碳酸鋅：

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

由於各種氯化鋅及其他鹵化鋅、硫酸鋅在水中一樣能完全解離，因而這些物質在製備其他鋅鹽中與ZnCl₂是等效的。

製備與提純[編輯]

無水氯化鋅能夠通過鋅和氯化氫反應來製造。

Zn + 2 HCl(g) → ZnCl₂(s) + H₂↑(g)

水合的氯化鋅也能通過濃鹽酸與鋅反應得到，又可以使用氧化鋅或硫化鋅。

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

平時所能購買到的氯化鋅通常含有水和主要的水解產物。一般通過以下步驟來提純：將100g的氯化鋅加入800mL的二惡烷中加熱，進行分餾。趁熱進行過濾，除去鋅粉，冷卻後氯化鋅變為白色沉澱。而無水的氯化鋅則可以先在氯化氫氣流中加熱升華，然後在乾燥的氮氣流中加熱到400°C。也可以將樣品通過二氯亞碸處理。^[4]

用途[編輯]

紡織加工方面[編輯]

由於氯化鋅與絲綢、纖維素等材料的親和性，它可用作衣料的防火物質，也可用在織物氣味潔淨劑中。

焊接方面[編輯]

氯化鋅可以攻擊金屬氧化物（MO）生成MZnOCl₂，這就是它作為金屬焊劑的原理。ZnCl₂溶解掉金屬表面的緻密氧化層，使金屬裸露出來。^[3] 將鋅箔片溶解在稀鹽酸中，直至不再產生氫氣，即得此種焊劑，因此它得名焊酸。由於其腐蝕性，如果工作後的殘餘物不能清理乾淨，就不能用焊酸作為焊劑，如焊電子元件時。

利用這一原理，ZnCl₂還可以用於製造牙充填所用的氧化鎂水泥，某些品牌的漱口水也用它作活性成分。

化學合成方面[編輯]

在化學合成中，氯化鋅作為一種中強路易斯酸，用途廣泛。它可以做費舍爾吲哚環合反應(A)的催化劑，^[5] 也可以催化活化芳香環上的傅-克醯基化反應(B)。^[6]^[7]

製備染料螢光黃的經典方法，就是用氯化鋅催化的傅-克醯基化反應，原料是鄰苯二甲酸酐和雷索辛。^[8] 其中無水和水合的氯化鋅皆能催化。

ZnCl₂和鹽酸組成的試劑叫盧卡斯試劑(Lucas reagent)，用於伯醇和仲醇醇羥基的氯代，反應溫度130 °C。試劑中ZnCl₂的加入提高了氯化氫的反應效率。對伯醇的反應一般通過S_N2機理，而對仲醇則是S_N1。

ZnCl₂可以活化一些鹵原子的取代。如烯烴等弱親核試劑對苯甲基鹵、烯丙基鹵上的取代（見下圖）^[9]、NaBH₃CN對苯甲基鹵、烯丙基鹵、叔鹵原子的選擇性還原。

ZnCl₂是合成許多有機鋅試劑的起始物。這些有機鋅試劑，一般通過有機鋰試劑或格林尼亞試劑的金屬交換反應製備，用於偶聯等反應，如與芳基鹵、乙烯基鹵進行的根岸偶聯。^[10]

ZnCl₂與鹼金屬烯醇鹽生成的鋅烯醇鹽可以在羥醛縮合時控制手性。如下圖^[11]，由於鋅的存在，形成了螯合環，體積較大的苯環傾向於占據「平伏」的位置，即「反式」構型，產物中「反式」（threo）與「順式」（erythro）比例為5:1。相比之下，反應機理中沒有螯合環時，「順式」「反式」產物的比例為1:1。

安全事項[編輯]

有腐蝕性和刺激性。操作時戴好防護眼鏡、手套，注意避免與無水氯化鋅接觸，這一類無水金屬鹵化物水解時都會放熱。細節參見表中MSDS連結。

參考[編輯]

^ ^1.0 ^1.1 O'Neil, M. J.; et al. The Merck index : an encyclopedia of chemicals, drugs, and biologicals. N. J.: Whitehouse Station. 2001. ISBN 978-0911910131.
^ ^2.0 ^2.1 Wells, A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry, Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6.
^ ^3.0 ^3.1 ^3.2 Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
^ 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.
^ R. L. Shriner, W. C. Ashley, E. Welch, in Organic Syntheses Collective Volume 3, p 725, Wiley, New York, 1955.
^ S. R. Cooper, in Organic Syntheses Collective Volume 3, p 761, Wiley, New York, 1955.
^ S. Y. Dike, J. R. Merchant, N. Y. Sapre, Tetrahedron, 47, 4775 (1991)
^ B. S. Furnell et al., Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry, 5th edition, Longman/Wiley, New York, 1989.
^ E. Bauml, K. Tschemschlok, R. Pock, H. Mayr, Tetrahedron Letters, 29, 6925 (1988)
^ S. Kim, Y. J. Kim, K. H. Ahn, Tetrahedron Letters, 24, 3369 (1983).
^ 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.

外部連結[編輯]

[Merck-1] 1.0 ^1.1 O'Neil, M. J.; et al. The Merck index : an encyclopedia of chemicals, drugs, and biologicals. N. J.: Whitehouse Station. 2001. ISBN 978-0911910131.

[Wells-2] 2.0 ^2.1 Wells, A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry, Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6.

[Holleman-3] 3.0 ^3.1 ^3.2 Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.

[4] 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.

[5] R. L. Shriner, W. C. Ashley, E. Welch, in Organic Syntheses Collective Volume 3, p 725, Wiley, New York, 1955.

[6] S. R. Cooper, in Organic Syntheses Collective Volume 3, p 761, Wiley, New York, 1955.

[7] S. Y. Dike, J. R. Merchant, N. Y. Sapre, Tetrahedron, 47, 4775 (1991)

[8] B. S. Furnell et al., Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry, 5th edition, Longman/Wiley, New York, 1989.

[9] E. Bauml, K. Tschemschlok, R. Pock, H. Mayr, Tetrahedron Letters, 29, 6925 (1988)

[10] S. Kim, Y. J. Kim, K. H. Ahn, Tetrahedron Letters, 24, 3369 (1983).

[11] H. O. House, D. S. Crumrine, A. Y. Teranishi, H. D. Olmstead, Journal of the American Chemical Society, 95, 3310 (1973)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]