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:

$\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{C}+2\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2\stackrel{\text{700 °C}}{\to }\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{C}\mathrm{O}$

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:

$\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{C}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4⟶\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2$

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:

$\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

In soluzione basica si forma l'idrossido:

$\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4+4\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}⟶\mathrm{Z}\mathrm{r}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_4+4\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}$

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.

Bibliografia

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