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.
The hexahydrate consists of octahedral [Al(H2O)6]3+ cation centers and chloride anions (Cl−) as counterions. Hydrogen bonds link the cation and anions.[10]The hydrated form of aluminium chloride has an octahedral molecular geometry, with the central aluminium ion surrounded by six water ligand molecules. Being coordinatively saturated, the hydrate is of little value as a catalyst in Friedel-Crafts alkylation and related reactions.
AlCl3 is a common Lewis-acid catalyst for Friedel-Crafts reactions, both acylations and alkylations.[11] Important products are detergents and ethylbenzene. These types of reactions are the major use for aluminium chloride, for example, in the preparation of anthraquinone (used in the dyestuffs industry) from benzene and phosgene.[9] In the general Friedel-Crafts reaction, an acyl chloride or alkyl halide reacts with an aromatic system as shown:[11]
The alkylation reaction is more widely used than the acylation reaction, although its practice is more technically demanding. For both reactions, the aluminium chloride, as well as other materials and the equipment, should be dry, although a trace of moisture is necessary for the reaction to proceed.[12] Detailed procedures are available for alkylation[13] and acylation[14][15] of arenes.
A general problem with the Friedel-Crafts reaction is that the aluminium chloride catalyst sometimes is required in full stoichiometric quantities, because it complexes strongly with the products. This complication sometimes generates a large amount of corrosive waste. For these and similar reasons, the use of aluminium chloride has often been displaced by zeolites.[7]
Aluminium chloride can also be used to introduce aldehyde groups onto aromatic rings, for example via the Gattermann-Koch reaction which uses carbon monoxide, hydrogen chloride and a copper(I) chloride co-catalyst.[16]
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 hexahidrato de cloruro de aluminio tópico se usa 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 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. [25] Un mineral de cloruro de aluminio más complejo, básico e hidratado es la cadwaladerita . [26] [25]
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. [27]
Por el contrario, AlBr 3 tiene una estructura más molecular, con los centros de Al 3+ ocupando agujeros tetraédricos adyacentes de la estructura compacta de iones Br − .
