Chlorure d'aluminium - Aluminium chloride

Chlorure d'aluminium(III)
Trichlorure d'aluminium hexahydraté, (en haut) pur et (en bas) contaminé par du chlorure de fer (III)
Dimère de trichlorure d'aluminium
Cellule unitaire au trichlorure d'aluminium
Noms
Nom IUPAC
chlorure d'aluminium
Autres noms
chlorure
d' aluminium(III) trichlorure d'aluminium
Identifiants
Modèle 3D ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
Carte d'information de l'ECHA 100.028.371 Modifiez ceci sur Wikidata
Numéro CE
1876
CID PubChem
Numéro RTECS
UNII
  • InChI=1S/Al.3ClH/h;3*1H/q+3;;;/p-3 ChèqueOui
    Clé : VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K ChèqueOui
  • InChI=1/Al.3ClH/h;3*1H/q+3;;;/p-3
    Clé : VSCWAEJMTAWNJL-DFZHHIFOAR
Propriétés
AlCl 3
Masse molaire 133,341 g/mol (anhydre)
241,432 g/mol (hexahydraté)
Apparence solide blanc ou jaune pâle,
hygroscopique
Densité 2,48 g/cm 3 (anhydre)
2,398 g/cm 3 (hexahydraté)
Point de fusion 180 °C (356 °F; 453 K)
(anhydre, sublime)
100 °C (212 °F; 373 K)
(hexahydrate, déc.)
439 g/l (0 °C)
449 g/l (10 °C)
458 g/l (20 °C)
466 g/l (30 °C)
473 g/l (40 °C)
481 g/l ( 60 °C)
486 g/l (80 °C)
490 g/l (100 °C)
Solubilité soluble dans le chlorure d'hydrogène, l'éthanol, le chloroforme, le tétrachlorure de carbone
légèrement soluble dans le benzène
La pression de vapeur 133,3 Pa (99 °C)
13,3 kPa (151 °C)
Viscosité 0,35 cP (197 °C)
0,26 cP (237 °C)
Structure
Monoclinique , MS16
C12/m1, n°12
a  = 0,591 nm, b  = 0,591 nm, c  = 1,752 nm
0,52996 nm 3
6
Octaédrique (solide)
Tétraédrique (liquide)
Plan trigonal
( vapeur monomérique )
Thermochimie
91,1 J/mol·K
109,3 J/mol·K
Std enthalpie de
formation
f H 298 )
−704.2 kJ/mol
-628,8 kJ/mol
Pharmacologie
D10AX01 ( OMS )
Dangers
Fiche de données de sécurité Voir : page de données
Pictogrammes SGH GHS05 : CorrosifGHS06 : Toxique
Mention d'avertissement SGH Danger
H314
P280 , P310 , P305+351+338
NFPA 704 (diamant de feu)
3
0
2
Dose ou concentration létale (LD, LC) :
DL 50 ( dose médiane )
anhydre :
380 mg/kg, rat (oral)
hexahydrate :
3311 mg/kg, rat (oral)
NIOSH (limites d'exposition pour la santé aux États-Unis) :
PEL (Autorisé)
rien
REL (recommandé)
2 mg/ m3
IDLH (Danger immédiat)
ND
Composés apparentés
Autres anions
Fluorure d'
aluminium Bromure d'
aluminium Iodure d'aluminium
Autres cations
Trichlorure de bore Trichlorure de
gallium
Chlorure d'indium(III) Chlorure de
magnésium
Acides de Lewis apparentés
Chlorure de fer(III) Trifluorure de
bore
Page de données supplémentaires
Indice de réfraction ( n ),
Constante diélectriquer ), etc.

Données thermodynamiques
Comportement des phases
solide-liquide-gaz
UV , IR , RMN , MS
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa).
??N vérifier  ( qu'est-ce que c'est   ?) ChèqueOui??N
Références de l'infobox

Le chlorure d'aluminium (AlCl 3 ), également connu sous le nom de trichlorure d'aluminium , décrit des composés de formule AlCl 3 (H 2 O) n (n = 0 ou 6). Ils se composent d' atomes d' aluminium et de chlore dans un rapport de 1:3, et une forme contient également six eaux d'hydratation . Les deux sont des solides blancs, mais les échantillons sont souvent contaminés par du chlorure de fer (III) , donnant une couleur jaune.

La matière anhydre est importante commercialement. Il a un point de fusion et d'ébullition bas. Il est principalement produit et consommé dans la production d'aluminium métallique, mais de grandes quantités sont également utilisées dans d'autres domaines de l'industrie chimique. Le composé est souvent cité comme un acide de Lewis . C'est un exemple de composé inorganique qui change de manière réversible d'un polymère à un monomère à température douce.

Les usages

Alkylation et acylation des arènes

AlCl 3 est un catalyseur d' acide de Lewis commun pour les réactions de Friedel-Crafts , à la fois les acylations et les alkylations. Les produits importants sont les détergents et l' éthylbenzène . Ces types de réactions sont la principale utilisation du chlorure d'aluminium, par exemple, dans la préparation d' anthraquinone (utilisée dans l' industrie des colorants ) à partir de benzène et de phosgène . Dans la réaction générale de Friedel-Crafts, un chlorure d'acyle ou un halogénure d'alkyle réagit avec un système aromatique comme indiqué :

Benzène Friedel-Crafts alkylation-diagram.svg

La réaction d' alkylation est plus largement utilisée que la réaction d' acylation , bien que sa pratique soit techniquement plus exigeante. Pour les deux réactions, le chlorure d'aluminium, ainsi que d'autres matériaux et l'équipement, doivent être secs, bien qu'une trace d'humidité soit nécessaire pour que la réaction se déroule. Des procédures détaillées sont disponibles pour l'alkylation et l'acylation des arènes.

Un problème général avec la réaction de Friedel-Crafts est que le catalyseur de chlorure d'aluminium est parfois nécessaire en quantités stoechiométriques complètes , car il se complexe fortement avec les produits. Cette complication génère parfois une grande quantité de déchets corrosifs . Pour ces raisons et d'autres similaires, l'utilisation de chlorure d'aluminium a souvent été remplacée par des zéolites .

Le chlorure d'aluminium peut également être utilisé pour introduire des groupes aldéhyde sur des cycles aromatiques , par exemple via la réaction de Gattermann-Koch qui utilise du monoxyde de carbone , du chlorure d'hydrogène et un co-catalyseur de chlorure de cuivre (I) .

AlCl3 formylation.gif

Autres applications en synthèse organique et organométallique

Le chlorure d'aluminium trouve une grande variété d'autres applications en chimie organique . Par exemple, il peut catalyser la « réaction ène », comme l'ajout de 3-butène-2-one (méthyl vinyl cétone) à la carvone :

AlCl3 ene rxn.gif

Il est utilisé pour induire une variété de couplages et de réarrangements d'hydrocarbures.

Le chlorure d'aluminium combiné à l'aluminium en présence d'un arène peut être utilisé pour synthétiser des complexes métalliques de bis(arène), par exemple le bis(benzène)chrome , à partir de certains halogénures métalliques via la synthèse dite Fischer- Hafner. La dichlorophénylphosphine est préparée par réaction de benzène et de trichlorure de phosphore catalysée par du chlorure d'aluminium.

Structure

Anhydre

AlCl 3 adopte trois structures, en fonction de la température et de l' état (solide, liquide, gaz). L'AlCl 3 solide est une couche cubique en couches serrées en couches. Dans ce cadre, les centres Al présentent une géométrie de coordination octaédrique . Le chlorure d'yttrium(III) adopte la même structure, tout comme une gamme d'autres composés. Lorsque le trichlorure d'aluminium est à l'état fondu, il existe sous forme de dimère Al 2 Cl 6 , avec l' aluminium tétracoordonné . Ce changement de structure est lié à la plus faible densité de la phase liquide (1,78 g/cm 3 ) par rapport au trichlorure d'aluminium solide (2,48 g/cm 3 ). Les dimères Al 2 Cl 6 sont également présents en phase vapeur . A des températures plus élevées, les dimères Al 2 Cl 6 se dissocient en AlCl 3 planaire trigonal , qui est structurellement analogue à BF 3 . Le bain de fusion conduit mal l' électricité , contrairement aux halogénures plus ioniques tels que le chlorure de sodium .

Trichlorure d'aluminium-3D-structures.png

Le chlorure d'aluminium monomère appartient au groupe ponctuel D 3h sous sa forme monomère et D 2h sous sa forme dimère.

Hexahydraté

L'hexahydrate est constitué de centres octaédriques [Al(H 2 O) 6 ] 3+ et de contre- ions chlorure . Les liaisons hydrogène relient le cation et les anions. La forme hydratée du chlorure d'aluminium a une géométrie moléculaire octaédrique, avec l'ion aluminium central entouré de six molécules de ligand eau . Étant saturé de manière coordonnée, l'hydrate est de peu de valeur en tant que catalyseur dans l' alkylation de Friedel-Crafts et les réactions associées.

Réactions

Le chlorure d'aluminium anhydre est un acide de Lewis puissant , capable de former des adduits acide-base de Lewis avec des bases de Lewis même faibles telles que la benzophénone et le mésitylène . Il forme du tétrachloroaluminate (AlCl 4 ) en présence d' ions chlorure .

Le chlorure d'aluminium réagit avec les hydrures de calcium et de magnésium dans le tétrahydrofurane pour former des tétrahydroaluminates.

Réactions avec l'eau

Le chlorure d'aluminium anhydre est hygroscopique , ayant une affinité très prononcée pour l'eau. Il fume dans l'air humide et siffle lorsqu'il est mélangé à de l'eau liquide lorsque les ligands Cl sont déplacés avec les molécules de H 2 O pour former l'hexahydrate [Al(H 2 O) 6 ]Cl 3 . La phase anhydre ne peut pas être récupérée en chauffant l'hexahydrate. Au lieu de cela, le HCl est perdu en laissant de l'hydroxyde d'aluminium ou de l'alumine (oxyde d'aluminium) :

Al(H 2 O) 6 Cl 3 → Al(OH) 3 + 3 HCl + 3 H 2 O

Comme les complexes aquo métalliques , l' AlCl 3 aqueux est acide en raison de l' ionisation des ligands aquo :

[Al(H 2 O) 6 ] 3+ [Al(OH)(H 2 O) 5 ] 2+ + H +

Les solutions aqueuses comportent de manière similaire à d' autres aluminium sels contenant de l' Al hydratés 3+ ions , donnant un gélatineux précipité d' hydroxyde d'aluminium par réaction avec diluée d' hydroxyde de sodium :

AlCl 3 + 3 NaOH → [Al(OH) 3 ] + 3 NaCl

Synthèse

Le chlorure d'aluminium est fabriqué à grande échelle par la réaction exothermique de l' aluminium métallique avec du chlore ou du chlorure d'hydrogène à des températures comprises entre 650 et 750 °C (1 202 à 1 382 °F).

2 Al + 3 Cl 2 → 2 AlCl 3
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2

Le chlorure d'aluminium peut être formé via une réaction de déplacement unique entre le chlorure de cuivre et l'aluminium métallique.

2 Al + 3 CuCl 2 → 2 AlCl 3 + 3 Cu

Aux États-Unis en 1993, environ 21 000 tonnes ont été produites, sans compter les quantités consommées dans la production d'aluminium.

Le trichlorure d'aluminium hydraté est préparé en dissolvant des oxydes d'aluminium dans de l'acide chlorhydrique . L'aluminium métallique se dissout également facilement dans l'acide chlorhydrique, libérant de l'hydrogène gazeux et générant une chaleur considérable. Le chauffage de ce solide ne produit pas de trichlorure d'aluminium anhydre, l'hexahydrate se décompose en hydroxyde d'aluminium lorsqu'il est chauffé :

Al(H 2 O) 6 Cl 3 → Al(OH) 3 + 3 HCl + 3 H 2 O

L' aluminium forme également un faible chlorure , aluminium (I) chlorure (AICI), mais cela est très instable et connu seulement dans la phase vapeur.

Occurrence naturelle

Le composé anhydre est maintenant inconnu parmi les minéraux. L'hexahydrate, cependant, est connu comme le minéral rare chloraluminite. Un minéral plus complexe, basique et hydraté est la cadwaladérite .

Sécurité

L'AlCl 3 anhydre réagit vigoureusement avec les bases , des précautions appropriées sont donc nécessaires. Il peut provoquer une irritation des yeux, de la peau et du système respiratoire en cas d'inhalation ou de contact.

Voir également

Les références

Liens externes