El cloruro de aluminio , también conocido como tricloruro de aluminio , es un compuesto inorgánico de fórmula AlCl3 . 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 suelen estar contaminadas con cloruro de hierro (III) , lo que les da un color amarillo.
La forma anhidra es importante comercialmente. Tiene un bajo punto de fusión y ebullición. Se produce y consume principalmente en la producción de aluminio metálico, 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 polímero a monómero a una temperatura suave.
El AlCl 3 adopta tres estructuras, según la temperatura y el estado (sólido, líquido, gaseoso). El AlCl 3 sólido tiene una estructura laminar en forma de lámina con iones de cloruro cúbicos muy compactos. 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 estado fundido, existe como el dímero Al 2 Cl 6 , con aluminio tetracoordinado . Este cambio de 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 un monómero AlCl 3 plano trigonal , que es estructuralmente análogo al BF 3 . La masa fundida 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 coordinadamente saturado, el hidrato tiene poco valor como catalizador en la alquilación de Friedel-Crafts y reacciones relacionadas.
AlCl 3 es un catalizador de ácido de Lewis común para las reacciones de Friedel-Crafts , tanto de acilaciones como de alquilaciones. [11] Los productos importantes son los detergentes y el etilbenceno . Este tipo de reacciones son el principal uso del cloruro de aluminio, por ejemplo, en la preparación de antraquinona (utilizada en la industria de colorantes ) a partir de benceno y fosgeno . [9] En la reacción general de Friedel-Crafts, un cloruro de acilo o 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 desde el punto de vista técnico. Para ambas reacciones, el cloruro de aluminio, así como otros materiales y el equipo, deben estar secos, aunque es necesario un poco de humedad para que la reacción se desarrolle. [12] Se encuentran disponibles procedimientos detallados para la alquilación [13] y la acilación [14] [15] de arenos.
Un problema general con 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 genera en ocasiones una gran cantidad de residuos corrosivos . Por estas y otras razones similares, el uso de cloruro de aluminio a menudo ha sido desplazado por las zeolitas . [7]
El cloruro de aluminio también se puede utilizar para introducir grupos aldehído en anillos aromáticos , por ejemplo mediante la reacción de Gattermann-Koch que utiliza monóxido de carbono , cloruro de hidrógeno y un cocatalizador de cloruro de cobre (I) . [dieciséis]
El cloruro de aluminio encuentra una amplia variedad de otras aplicaciones en química orgánica . [17] Por ejemplo, puede catalizar la reacción ene , 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 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 necesaria ]
El cloruro de aluminio anhidro es higroscópico y tiene una afinidad muy pronunciada por el agua. Echa humo en el aire húmedo y silba cuando se mezcla con agua líquida a medida 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 calentando el hexahidrato. En cambio, el HCl se pierde dejando hidróxido de aluminio o alúmina (óxido de aluminio):
Al igual que los complejos acuosos metálicos , el AlCl 3 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 aluminio metálico 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 mediante una reacción de desplazamiento único entre cloruro de cobre (II) y aluminio metálico.
En Estados Unidos se produjeron en 1993 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 , cloruro de aluminio (I) (AlCl), pero es muy inestable y sólo se conoce en fase de vapor. [9]
El cloruro de aluminio anhidro no se encuentra como mineral. El hexahidrato, sin embargo, se conoce como el raro mineral cloraluminito. [22] Un mineral de cloruro de aluminio más complejo, básico e hidratado es la cadwaladerita . [23] [22]
El AlCl 3 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. [24]
