El cloruro de galio (III) es un compuesto químico inorgánico con la fórmula GaCl 3 que forma un monohidrato, GaCl 3 · H 2 O. El cloruro de galio (III) sólido es un sólido blanco delicuescente y existe como un dímero con la fórmula Ga 2 Cl 6. . [2] Es incoloro y soluble en prácticamente todos los disolventes, incluso en los alcanos, lo que es realmente inusual para un haluro metálico. Es el principal precursor de la mayoría de los derivados del galio y un reactivo en síntesis orgánica . [3]
Como ácido de Lewis , el GaCl 3 es más suave que el cloruro de aluminio . También es más fácil de reducir que el cloruro de aluminio. La química de coordinación del Ga(III) y el Fe(III) es similar, por lo que se ha utilizado el cloruro de galio(III) como análogo diamagnético del cloruro férrico .
El cloruro de galio (III) se puede preparar a partir de los elementos calentando galio metálico en una corriente de cloro a 200 °C y purificando el producto por sublimación al vacío. [4] [5]
También se puede preparar calentando óxido de galio con cloruro de tionilo : [6]
El galio metálico reacciona lentamente con el ácido clorhídrico, produciendo gas hidrógeno . [7] La evaporación de esta solución produce el monohidrato. [8]
Como sólido, adopta una estructura bittraédrica con dos cloruros puente. Su estructura se asemeja a la del tribromuro de aluminio . Por el contrario, el AlCl 3 y el InCl 3 contienen 6 centros metálicos coordinados. Como consecuencia de su naturaleza molecular y la baja energía reticular asociada , el cloruro de galio (III) tiene un punto de fusión más bajo que los trihaluros de aluminio e indio. La fórmula de Ga 2 Cl 6 a menudo se escribe como Ga 2 (μ-Cl) 2 Cl 4 . [1]
En la fase gaseosa, el monomérico plano dimérico (Ga 2 Cl 6 ) y trigonal (GaCl 3 ) están en un equilibrio dependiente de la temperatura, y las temperaturas más altas favorecen la forma monomérica. A 870 K, todas las moléculas en fase gaseosa se encuentran efectivamente en forma monomérica. [9]
En el monohidrato, el galio está coordinado tetraédricamente con tres moléculas de cloro y una molécula de agua. [8]
El cloruro de galio (III) es un sólido blanco incoloro, diamagnético y delicuescente que se funde a 77,9 °C y hierve a 201 °C sin descomponerse en los elementos. Este bajo punto de fusión se debe al hecho de que forma moléculas discretas de Ga 2 Cl 6 en estado sólido. El cloruro de galio (III) se disuelve en agua con liberación de calor para formar una solución incolora que, cuando se evapora, produce un monohidrato incoloro que se funde a 44,4 °C. [8] [10] [11]
El galio es el miembro más ligero del Grupo 13 que tiene una capa d completa (el galio tiene la configuración electrónica [ Ar ] 3 d 10 4 s 2 4 p 1 ) debajo de los electrones de valencia que podrían participar en el enlace d -π con ligandos. El bajo estado de oxidación del Ga en Ga(III)Cl 3 , junto con la baja electronegatividad y la alta polarizabilidad , permiten que el GaCl 3 se comporte como un "ácido blando" en términos de la teoría HSAB . [12] La fuerza de los enlaces entre los haluros de galio y los ligandos se ha estudiado ampliamente. Lo que surge es: [13]
Con un ion cloruro como ligando se produce el ion tetraédrico GaCl 4 − , el GaCl 6 3− de 6 coordenadas no se puede producir. Se conocen compuestos como KGa 2 Cl 7 que tienen un anión puenteado con cloruro. [14] En una mezcla fundida de KCl y GaCl 3 , existe el siguiente equilibrio:
Cuando se disuelve en agua, el cloruro de galio (III) se disocia en los iones octaédricos [Ga(H 2 O) 6 ] 3+ y Cl - formando una solución ácida, debido a la hidrólisis del ion hexaaquogalio (III): [15]
En solución básica, se hidroliza a hidróxido de galio(III) , que se redisuelve con la adición de más hidróxido , posiblemente para formar Ga(OH) 4- . [15]
El cloruro de galio (III) es un catalizador ácido de Lewis , como en la reacción de Friedel-Crafts , que es capaz de sustituir ácidos de Lewis más comunes como el cloruro férrico . El galio forma complejos fuertemente con donantes π, especialmente sililetinos, produciendo un complejo fuertemente electrófilo. Estos complejos se utilizan como agente alquilante de hidrocarburos aromáticos. [3]
También se utiliza en reacciones de carbogalación de compuestos con un triple enlace carbono-carbono. También se utiliza como catalizador en muchas reacciones orgánicas. [3]
Es un precursor de los reactivos de organogalio . Por ejemplo, el trimetilgalio , un compuesto de organogalio utilizado en MOCVD para producir varios semiconductores que contienen galio , se produce mediante la reacción del cloruro de galio (III) con varios agentes alquilantes, como dimetilzinc , trimetilaluminio o yoduro de metilmagnesio . [16] [17] [18]
El cloruro de galio (III) es un intermediario en varios procesos de purificación de galio, en los que el cloruro de galio (III) se destila fraccionadamente o se extrae de soluciones ácidas. [7]
Se utilizaron 110 toneladas de solución acuosa de cloruro de galio (III) en los experimentos GALLEX y GNO realizados en el Laboratori Nazionali del Gran Sasso en Italia para detectar neutrinos solares . En estos experimentos, el germanio -71 se produjo mediante interacciones de neutrinos con el isótopo galio-71 (que tiene una abundancia natural del 40%), y se midieron las desintegraciones beta posteriores del germanio-71. [10]