El cloruro de aluminio , también conocido como tricloruro de aluminio , es un compuesto inorgánico con la fórmula AlCl 3 . Forma un hexahidrato con la fórmula [Al(H 2 O) 6 ]Cl 3 , que contiene seis moléculas de agua de hidratación . Tanto la forma anhidra como el hexahidrato son cristales incoloros, pero las muestras a menudo están contaminadas con cloruro de hierro (III) , lo que les da un color amarillo.
La forma anhidra es importante desde el punto de vista comercial. Tiene un punto de fusión y ebullición bajo. Se produce y consume principalmente en la producción de aluminio, pero también se utilizan grandes cantidades en otras áreas de la industria química. [7] El compuesto se cita a menudo como un ácido de Lewis . Es un ejemplo de un compuesto inorgánico que cambia reversiblemente de un polímero a un monómero a temperatura suave.
AlCl 3 adopta tres estructuras, dependiendo de la temperatura y el estado (sólido, líquido, gas). El AlCl 3 sólido tiene una estructura en capas similar a una lámina con iones de cloruro cúbicos empaquetados. En este marco, los centros de Al exhiben una geometría de coordinación octaédrica . [8] El cloruro de itrio (III) adopta la misma estructura, al igual que una variedad de otros compuestos. Cuando el tricloruro de aluminio está en su estado fundido, existe como el dímero Al 2 Cl 6 , con aluminio tetracoordinado . Este cambio en la estructura está relacionado con la menor densidad de la fase líquida (1,78 g/cm 3 ) frente al tricloruro de aluminio sólido (2,48 g/cm 3 ). Los dímeros de Al 2 Cl 6 también se encuentran en la fase de vapor . A temperaturas más altas, los dímeros de Al 2 Cl 6 se disocian en el monómero AlCl 3 trigonal planar , que es estructuralmente análogo al BF 3 . El metal fundido conduce mal la electricidad , [9] a diferencia de los haluros más iónicos como el cloruro de sodio .
El monómero de cloruro de aluminio pertenece al grupo puntual D 3h en su forma monomérica y D 2h en su forma dimérica.
El hexahidrato consta de centros catiónicos octaédricos [Al(H 2 O) 6 ] 3+ y aniones cloruro ( Cl − ) como contraiones . Los enlaces de hidrógeno unen el catión y los aniones. [10] La forma hidratada del cloruro de aluminio tiene una geometría molecular octaédrica, con el ion aluminio central rodeado por seis moléculas de ligando de agua . Al estar saturado de manera coordinada, el hidrato tiene poco valor como catalizador en la alquilación de Friedel-Crafts y reacciones relacionadas.
El AlCl 3 es un catalizador ácido de Lewis común para las reacciones de Friedel-Crafts , tanto acilaciones como alquilaciones. [11] Los productos importantes son los detergentes y el etilbenceno . Estos tipos de reacciones son el principal uso del cloruro de aluminio, por ejemplo, en la preparación de antraquinona (utilizada en la industria de los colorantes ) a partir de benceno y fosgeno . [9] En la reacción general de Friedel-Crafts, un cloruro de acilo o un haluro de alquilo reacciona con un sistema aromático como se muestra: [11]
La reacción de alquilación se utiliza más ampliamente que la reacción de acilación , aunque su práctica es más exigente técnicamente. Para ambas reacciones, el cloruro de aluminio, así como otros materiales y el equipo, deben estar secos, aunque es necesario un rastro de humedad para que la reacción se lleve a cabo. [12] Existen procedimientos detallados disponibles para la alquilación [13] y la acilación [14] [15] de arenos.
Un problema general de la reacción de Friedel-Crafts es que a veces se requiere el catalizador de cloruro de aluminio en cantidades estequiométricas completas, porque forma complejos fuertemente con los productos. Esta complicación a veces genera una gran cantidad de desechos corrosivos . Por estas y otras razones similares, el uso de cloruro de aluminio a menudo ha sido reemplazado por zeolitas . [7]
El cloruro de aluminio también se puede utilizar para introducir grupos aldehído en anillos aromáticos , por ejemplo a través de la reacción de Gattermann-Koch que utiliza monóxido de carbono , cloruro de hidrógeno y un cocatalizador de cloruro de cobre (I) . [16]
El cloruro de aluminio encuentra una amplia variedad de otras aplicaciones en la química orgánica . [17] Por ejemplo, puede catalizar la reacción eno , como la adición de 3-buten-2-ona (metil vinil cetona) a carvona : [18]
Se utiliza para inducir una variedad de acoplamientos y reordenamientos de hidrocarburos. [19] [20]
El cloruro de aluminio combinado con aluminio en presencia de un areno se puede utilizar para sintetizar complejos metálicos de bis(areno), por ejemplo, bis(benceno)cromo , a partir de ciertos haluros metálicos mediante la síntesis de Fischer-Hafner . La diclorofenilfosfina se prepara mediante la reacción de benceno y tricloruro de fósforo catalizada por cloruro de aluminio. [21]
El cloruro de aluminio hexahidratado tópico se utiliza para el tratamiento de la hiperhidrosis (sudoración excesiva). [22] [23] [24]
El cloruro de aluminio anhidro es un potente ácido de Lewis , capaz de formar aductos ácido-base de Lewis incluso con bases de Lewis débiles como la benzofenona y el mesitileno . [11] Forma tetracloroaluminato ( [AlCl 4 ] − ) en presencia de iones cloruro .
El cloruro de aluminio reacciona con hidruros de calcio y magnesio en tetrahidrofurano formando tetrahidroaluminatos. [ cita requerida ]
El cloruro de aluminio anhidro es higroscópico y tiene una afinidad muy pronunciada por el agua. Emite humo en el aire húmedo y silba cuando se mezcla con agua líquida, ya que los ligandos Cl − se desplazan con moléculas de H 2 O para formar el hexahidrato [Al(H 2 O) 6 ]Cl 3 . La fase anhidra no se puede recuperar al calentar el hexahidrato. En cambio, se pierde HCl y queda hidróxido de aluminio o alúmina (óxido de aluminio):
Al igual que los complejos acuosos metálicos , el AlCl3 acuoso es ácido debido a la ionización de los ligandos acuosos :
Las soluciones acuosas se comportan de manera similar a otras sales de aluminio que contienen iones Al 3+ hidratados , dando un precipitado gelatinoso de hidróxido de aluminio al reaccionar con hidróxido de sodio diluido :
El cloruro de aluminio se fabrica a gran escala mediante la reacción exotérmica del metal de aluminio con cloro o cloruro de hidrógeno a temperaturas entre 650 y 750 °C (1202 y 1382 °F). [9]
El cloruro de aluminio se puede formar a través de una única reacción de desplazamiento entre el cloruro de cobre (II) y el aluminio.
En Estados Unidos en 1993 se produjeron aproximadamente 21.000 toneladas, sin contar las cantidades consumidas en la producción de aluminio. [7]
El tricloruro de aluminio hidratado se prepara disolviendo óxidos de aluminio en ácido clorhídrico . El aluminio metálico también se disuelve fácilmente en ácido clorhídrico, liberando gas hidrógeno y generando un calor considerable. Calentar este sólido no produce tricloruro de aluminio anhidro, el hexahidrato se descompone en hidróxido de aluminio cuando se calienta:
El aluminio también forma un cloruro inferior , el cloruro de aluminio (I) (AlCl), pero es muy inestable y sólo se presenta en fase de vapor. [9]
El cloruro de aluminio anhidro no se encuentra como mineral. Sin embargo, el hexahidrato se conoce como cloraluminita, un mineral poco común. [25] Un mineral de cloruro de aluminio más complejo, básico e hidratado es la cadwaladerita . [26] [25]
El AlCl3 anhidro reacciona vigorosamente con las bases , por lo que se requieren precauciones adecuadas. Puede causar irritación en los ojos, la piel y el sistema respiratorio si se inhala o entra en contacto. [27]
Por el contrario,el
AlBr
3
tiene una estructura más molecular, con los centros
Al
3+
ocupando agujeros tetraédricos adyacentes del marco compacto de iones
Br
−
.
