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Tricloruro de lantánido

Los tricloruros de lantánidos son una familia de compuestos inorgánicos con la fórmula Ln Cl 3 , donde Ln representa un metal lantánido. Los tricloruros son reactivos estándar en la química aplicada y académica de los lantánidos. Existen como sólidos anhidros y como hidratos.

Propiedades

Los sólidos anhidros tienen puntos de fusión que oscilan entre ca. 582 (Tb) - 925 °C (Lu). Generalmente son de color pálido, a menudo blancos. Como polímeros de coordinación, sólo se disuelven en disolventes donantes, incluida el agua.

Preparación

Los óxidos y carbonatos de lantánidos se disuelven en ácido clorhídrico para dar la sal cloruro de los cationes hidratados:

M2O3 + 6 HCl + nH2O → 2 [ Ln( H2O ) n ] Cl3  

Rutas industriales

Los tricloruros anhidros se producen comercialmente mediante reacción carbotérmica del óxido: [2]

M 2 O 3 + 3  Cl 2 + 3  C → 2  MCl 3 + 3  CO

Ruta del cloruro de amonio

La ruta del cloruro de amonio se refiere a un procedimiento general para producir cloruros de lantánidos anhidros . El método tiene las ventajas de ser general para los 14 lantánidos y produce intermedios estables al aire que resisten la hidrólisis. El uso de cloruro de amonio como reactivo es conveniente porque la sal es anhidra, incluso cuando se manipula en el aire. El cloruro de amonio también es atractivo porque se descompone térmicamente en productos volátiles a temperaturas compatibles con la estabilidad de los objetivos de tricloruro. [3] [4] [5]

Paso 1
preparación de cloruros de lantánidos de amonio

La reacción de una mezcla íntima de óxidos de lantánidos con un exceso de cloruro de amonio produce sales de amonio anhidras de los pentacloruros y hexacloruros. Las condiciones de reacción típicas son horas a 230-250 °C. [4] Algunos lantánidos (así como el escandio y el itrio ) forman pentacloruros :

M 2 O 3 + 10  NH 4 Cl → 2  (NH 4 ) 2 MCl 5 + 3  H 2 O + 6  NH 3

(M = Dy , Ho , Er , Tm , Lu , Yb , Y, Sc)

Tb 4 O 7 + 22  NH 4 Cl → 4  (NH 4 ) 2 TbCl 5 + 7  H 2 O + 14  NH 3

Otros lantánidos para hexacloruros :

M 2 O 3 + 12  NH 4 Cl → 2  (NH 4 ) 3 MCl 6 + 3  H 2 O + 6  NH 3

(M = La, Ce, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd)

Pr 6 O 11 + 40  NH 4 Cl → 6  (NH 4 ) 3 PrCl 6 + 11  H 2 O + 22  NH 3

Estas reacciones también pueden comenzar con los metales, por ejemplo: [4]

Y + 5  NH 4 Cl → (NH 4 ) 2 YCl 5 + 1,5  H 2 + 3  NH 3
Paso 2
termólisis de cloruros de lantánidos de amonio

Los cloruros de amonio y lantano se convierten en tricloruros calentando al vacío. Las temperaturas de reacción típicas son 350–400 °C: [4]

(NH 4 ) 2 MCl 5 → MCl 3 + 2  HCl + 2  NH 3
(NH 4 ) 3 MCl 6 → MCl 3 + 3  HCl + 3  NH 3

Otros metodos

Los tricloruros de lantánidos hidratados se deshidratan bajo una corriente caliente de cloruro de hidrógeno . [3]

Estructuras

Estructura del GdCl 3 . 6H 2 O, que consta de centros [GdCl 2 (H 2 O) 6 ] + . Las esferas de coordinación están interconectadas por enlaces de hidrógeno entre los protones y los cloruros iónicos y coordinados. [6]

Como se indica en la tabla, los tricloruros anhidros siguen dos motivos principales, UCl 3 e YCl 3 . La estructura UCl 3 presenta centros metálicos de 9 coordenadas. La estructura PuBr3, adoptada exclusivamente por TbCl 3 , presenta 8 metales coordinados. Los metales posteriores restantes tienen 6 coordenadas, al igual que el tricloruro de aluminio . [7]

Reacciones

Los tricloruros de lantánidos son precursores comerciales de los metales por reducción, por ejemplo con aluminio : [2]

LnCl3 + Al → Ln + AlCl3

En algunos casos, se prefiere el trifluoruro.

Reaccionan con el aire húmedo para dar oxicloruros :

LnCl 3 + H 2 O → LnOCl + 2 HCl

Para los químicos sintéticos, esta reacción es problemática ya que los oxicloruros son menos reactivos.

Referencias

  1. ^ Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
  2. ^ ab I. McGill (2005). "Extraños elementos de la Tierra". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a22_607. ISBN 978-3527306732.
  3. ^ ab Brauer, G., ed. (1963). Manual de química inorgánica preparativa (2ª ed.). Nueva York: Academic Press.
  4. ^ abcd Meyer, G. (1989). "La ruta del cloruro de amonio hacia los cloruros anhidros de tierras raras: el ejemplo de Ycl 3 ". "La ruta del cloruro de amonio hacia los cloruros anhidros de tierras raras: el ejemplo de YCl 3" . Síntesis inorgánicas. vol. 25. págs. 146-150. doi :10.1002/9780470132562.ch35. ISBN 978-0-470-13256-2.
  5. ^ Edelmann, pies; Poremba, P. (1997). Herrmann, WA (ed.). Métodos sintéticos de química organometálica e inorgánica . vol. VI. Stuttgart: Georg Thieme Verlag. ISBN 978-3-13-103021-4.
  6. ^ Habenschuss, A.; Spedding, FH (1980). "Cloruro de diclorohexaaquagadolinio (III) (GdCl 2 (H 2 O) 6 ) C". Comunicaciones de estructura cristalina . 9 : 213-218.{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  7. ^ Algodón, Simon A. (2011). "Escandio, itrio y lantánidos: química inorgánica y de coordinación". Enciclopedia de química inorgánica y bioinorgánica . doi : 10.1002/9781119951438.eibc0195. ISBN 9781119951438.