Лантанида трихлорид
Трихлориды лантаноидов представляют собой семейство неорганических соединений с формулой Ln Cl 3 , где Ln означает металлический лантанид. Трихлориды являются стандартными реагентами в прикладной и академической химии лантаноидов. Они существуют в виде безводных твердых веществ и в виде гидратов.
Характеристики
[ редактировать ]Безводные твердые вещества имеют температуру плавления от ок. 582 (Тб) - 925 °С (Лу). Обычно они бледного цвета, часто белого цвета. Как координационные полимеры, они растворяются только в донорных растворителях, включая воду.
| МСl 3 | цвет | тип структуры | f-конфигурация | комментарий |
|---|---|---|---|---|
| ScCl 3 | бесцветный | AlCl 3 -тип | ж 0 | обычно не классифицируется как лантаноид |
| YClYCl3 | бесцветный | AlCl 3 -тип | ж 0 | обычно не классифицируется как лантаноид |
| ЛаСл 3 | бесцветный | UCl 3- тип | ж 0 | диамагнитный |
| СеСl 3 | бесцветный | UCl 3- тип | ж 1 , дублет | - |
| PrCl 3 | зеленый | UCl 3- тип | ж 2 , тройка | - |
| NdCl 3 | розовый | UCl 3- тип | ж 3 , квартет | - |
| PmCl 3 | зеленый | UCl 3- тип | ж 4 , квинтет | радиоактивный |
| СмСl 3 | желтый | UCl 3- тип | ж 5 , секстет | - |
| ЭуСl 3 | желтый | UCl 3- тип | ж 6 , септет | - |
| GdCl 3 | бесцветный | UCl 3- тип | ж 7 , октет | симметричная электронная оболочка |
| TbCl 3 | белый | ПуБр 3 -тип | ж 8 , септет | - |
| DyClDyCl3 | белый | AlCl 3 -тип | ж 9 , секстет | - |
| HoClHoCl3 | желтый | AlCl 3 -тип | ж 10 , квинтет | - |
| ЭрСl 3 | фиолетовый | AlCl 3 -тип | ж 11 , квартет | - |
| ТмСl 3 | желтый | AlCl 3 -тип | ж 12 , тройка | - |
| YbCl 3 | бесцветный | YCl 3 -тип | ж 13 , дублет | - |
| ЛюКл 3 | бесцветный | AlCl 3 -тип | ж 14 | диамагнитный |
Подготовка
[ редактировать ]Оксиды и карбонаты лантаноидов растворяются в соляной кислоте с образованием хлоридной соли гидратированных катионов:
- M 2 O 3 + 6 HCl + n H 2 O → 2 [Ln(H 2 O) n ]Cl 3
Промышленные маршруты
[ редактировать ]Безводные трихлориды производятся в промышленных масштабах карботермической реакцией оксида: [ 2 ]
- M 2 O 3 + 3 Cl 2 + 3 C → 2 MCl 3 + 3 CO
Маршрут с хлоридом аммония
[ редактировать ]Способ получения хлорида аммония относится к общей процедуре производства безводных хлоридов лантаноидов. Преимущество метода заключается в том, что он универсален для 14 лантаноидов и дает устойчивые на воздухе промежуточные соединения, устойчивые к гидролизу. Использование хлорида аммония в качестве реагента удобно, поскольку соль безводна даже при обращении с ней на воздухе. Хлорид аммония также привлекателен, поскольку он термически разлагается на летучие продукты при температурах, совместимых со стабильностью трихлоридных мишеней. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
- Шаг 1
- получение хлоридов лантаноидов аммония
Реакция однородной смеси оксидов лантаноидов с избытком хлорида аммония дает безводные аммонийные соли пента- и гексахлоридов. Типичными условиями реакции являются часы при 230-250°С. [ 4 ] Некоторые лантаноиды (а также скандий и иттрий ) образуют пентахлориды :
- 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
Другие лантаноиды для гексахлоридов :
- 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
Эти реакции также могут начинаться с металлов, например: [ 4 ]
- Y + 5 NH 4 Cl → (NH 4 ) 2 YCl 5 + 1,5 H 2 + 3 NH 3
- Шаг 2
- термолиз хлоридов лантаноидов аммония
Хлориды аммония и лантана переводят в трихлориды нагреванием в вакууме. Типичные температуры реакции составляют 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
Другие методы
[ редактировать ]Гидратированные трихлориды лантаноидов дегидратируются под действием горячего потока хлористого водорода . [ 3 ]
Структуры
[ редактировать ]
Как указано в таблице, безводные трихлориды следуют двум основным мотивам: UCl 3 и YCl 3 . В структуре UCl 3 присутствуют 9-координированные металлоцентры. Структура PuBr3, уникально принятая TbCl 3 , включает 8-координированные металлы. Остальные более поздние металлы шестикоординатны, как и трихлорид алюминия . [ 7 ]
Реакции
[ редактировать ]Трихлориды лантаноидов являются коммерческими предшественниками металлов путем восстановления, например, алюминием : [ 2 ]
- LnCl 3 + Al → Ln + AlCl 3
В некоторых случаях трифторид является предпочтительным.
Они реагируют с влажным воздухом с образованием оксихлоридов :
- LnCl 3 + H 2 O → LnOCl + 2 HCl
Для химиков-синтетиков эта реакция является проблематичной, поскольку оксихлориды менее реакционноспособны.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
- ^ Jump up to: а б И. МакГилл (2005). «Редкоземельные элементы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a22_607 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Jump up to: а б Брауэр, Г., изд. (1963). Справочник по препаративной неорганической химии (2-е изд.). Нью-Йорк: Академическая пресса.
- ^ Jump up to: а б с д Мейер, Г. (1989). «Путь хлорида аммония к безводным хлоридам редкоземельных элементов - пример Ycl 3 ». Путь хлорида аммония к безводным хлоридам редкоземельных элементов - пример YCl 3 . Неорганические синтезы. Том. 25. С. 146–150. дои : 10.1002/9780470132562.ch35 . ISBN 978-0-470-13256-2 .
- ^ Эдельманн, FT; Поремба, П. (1997). Херрманн, Вашингтон (ред.). Синтетические методы металлоорганической и неорганической химии . Том. VI. Штутгарт: Георг Тиме Верлаг. ISBN 978-3-13-103021-4 .
- ^ Хабеншусс, А.; Спеддинг, FH (1980). «Дихлоргексааквагадолиния(III) Хлорид (GdCl 2 (H 2 O) 6 )C». Кристаллическая структура связи . 9 : 213–218.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Коттон, Саймон А. (2011). «Скандий, иттрий и лантаноиды: неорганическая и координационная химия». Энциклопедия неорганической и бионеорганической химии . дои : 10.1002/9781119951438.eibc0195 . ISBN 9781119951438 .