Хлорид галлия(III)
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Другие имена Трихлорид галлия, трихлоргаллий, трихлоргаллан | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.033.268 |
ПабХим CID | |
| номер РТЭКС |
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| GaCl 3 | |
| Молярная масса | 176,073 г/моль (безводный) 194,10 г/моль (моногидрат) |
| Появление | бесцветные кристаллы |
| Плотность | 2,47 г/см 3 (безводный) |
| Температура плавления | 77,9 ° C (172,2 ° F; 351,0 К) (безводный) 44,4 °С (моногидрат) |
| Точка кипения | 201 ° C (394 ° F, 474 К) (безводный) |
| очень растворим | |
| Растворимость | растворим в бензоле , CCl 4 , CS 2 и алканах. |
| −63.0·10 −6 см 3 /моль | |
| Структура [1] | |
| моноклинический | |
| С 2/ м | |
а = 11,95 Å, b = 6,86 Å, c = 7,05 Å α = 90°, β = 125,7°, γ = 90° | |
Объем решетки ( В ) | 469 Å 3 |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
 | |
| Опасность | |
| H314 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | Невоспламеняющийся |
| Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |
ЛД 50 ( средняя доза ) | 4700 мг/кг (крыса, перорально) |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | Фторид галлия(III) Бромид галлия(III) Йодид галлия(III) |
Другие катионы | Хлорид алюминия Хлорид индия(III) Хлорид таллия(III) |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Хлорид галлия(III) представляет собой неорганическое химическое соединение формулы GaCl 3 , которое образует моногидрат GaCl 3 ·H 2 O. Твердый хлорид галлия(III) представляет собой расплывающееся белое твердое вещество и существует в виде димера с формулой Ga 2 Cl 6. . [2] Он бесцветен и растворим практически во всех растворителях, даже в алканах, что поистине необычно для галогенидов металлов. Это основной предшественник большинства производных галлия и реагент в органическом синтезе . [3]
Как кислота Льюиса , GaCl 3 мягче хлорида алюминия . Его также легче восстанавливать, чем хлорид алюминия. Координационная химия Ga(III) и Fe(III) аналогична, поэтому хлорид галлия(III) использовался в качестве диамагнитного аналога хлорида железа .
Подготовка
[ редактировать ]Хлорид галлия (III) можно получить из элементов путем нагревания металлического галлия в токе хлора при температуре 200 ° C и очистки продукта сублимацией в вакууме. [4] [5]
- 2 Ga + 3 Cl 2 → 2 GaCl 3
Его также можно получить путем нагревания оксида галлия с тионилхлоридом : [6]
- Ga 2 O 3 + 3 SOCl 2 → 2 GaCl 3 + 3 SO 2
Металлический галлий медленно реагирует с соляной кислотой с образованием газообразного водорода . [7] Выпаривание этого раствора дает моногидрат. [8]
Структура
[ редактировать ]В твердом состоянии он имеет битатраэдрическую структуру с двумя мостиковыми хлоридами. Его структура напоминает структуру трибромида алюминия . В отличие от AlCl 3 и InCl 3 особенность содержит 6 координатных металлоцентров. Из-за своей молекулярной природы и связанной с ней низкой энергии решетки хлорид галлия (III) имеет более низкую температуру плавления по сравнению с тригалогенидами алюминия и индия. Формулу Ga 2 Cl 6 часто записывают как Ga 2 (μ-Cl) 2 Cl 4 . [1]
В газовой фазе димерный (Ga 2 Cl 6 ) и тригональный плоский мономер (GaCl 3 ) находятся в температурно-зависимом равновесии, причем более высокие температуры благоприятствуют мономерной форме. При 870 К все молекулы газовой фазы фактически находятся в мономерной форме. [9]
В моногидрате галлий тетраэдрически координирован с тремя молекулами хлора и одной молекулой воды. [8]
Характеристики
[ редактировать ]Физический
[ редактировать ]Хлорид галлия(III) представляет собой бесцветное белое диамагнитное расплывчатое твердое вещество, которое плавится при 77,9 °C и кипит при 201 °C без разложения на элементы. Такая низкая температура плавления обусловлена тем, что он образует дискретные молекулы Ga 2 Cl 6 в твердом состоянии. Хлорид галлия(III) растворяется в воде с выделением тепла с образованием бесцветного раствора, который при испарении образует бесцветный моногидрат, плавящийся при 44,4 °С. [8] [10] [11]
Химическая
[ редактировать ]Галлий — самый легкий член группы 13, имеющий полную d- оболочку (галлий имеет электронную конфигурацию [ Ar ] 3 d 10 4 с 2 4 р. 1 ) ниже валентных электронов, которые могли бы участвовать в d -π-связи с лигандами.Низкая степень окисления Ga в Ga(III)Cl 3 , наряду с низкой электроотрицательностью и высокой поляризуемостью , позволяет GaCl 3 вести себя как «мягкая кислота» с точки зрения теории HSAB . [12] Прочность связей между галогенидами галлия и лигандами широко изучена. Выходит следующее: [13]
- GaCl 3 является более слабой кислотой Льюиса , чем AlCl 3, по отношению к донорам N и O, например пиридину.
- GaCl 3 является более сильной кислотой Льюиса , чем AlCl 3, по отношению к тиоэфирам, например диметилсульфиду , Me 2 S.
С хлорид-ионом в качестве лиганда тетраэдрический GaCl 4 − образуется ион, 6-координатная GaCl 6 3− не может быть сделано. такие соединения, как KGa 2 Cl 7 , которые имеют хлорид- мостиковый анион. Известны [14] В расплавленной смеси KCl и GaCl 3 существует следующее равновесие:
- 2 ГаСл 4 − ⇌ ClGa2Cl7 − + Cl −
При растворении в воде хлорид галлия(III) диссоциирует на октаэдрический [Ga(H 2 O) 6 ] 3+ и Cl - ионы, образующие кислый раствор в результате гидролиза иона гексаакогаллия(III): [15]
- [Ga(H 2 O) 6 ] 3+ → [Ga(H 2 O) 5 OH] 2+ + Ч + ( рК а = 3,0)
В основном растворе гидролизуется до гидроксида галлия(III) , который повторно растворяется при добавлении большего количества гидроксида , возможно, с образованием Ga(OH) 4. - . [15]
Использование
[ редактировать ]Органический синтез
[ редактировать ]Хлорид галлия (III) представляет собой кислотный катализатор Льюиса , например, в реакции Фриделя-Крафтса , который способен заменить более распространенные кислоты Льюиса, такие как хлорид железа . Галлий образует сильные комплексы с π-донорами, особенно с силилэтинами , образуя сильно электрофильный комплекс. Эти комплексы используются в качестве алкилирующего агента ароматических углеводородов. [3]
Он также используется в реакциях карбогаллирования соединений с тройной связью углерод-углерод. Он также используется в качестве катализатора во многих органических реакциях. [3]
Галлийорганические соединения
[ редактировать ]Это предшественник галлийорганических реагентов . Например, триметилгаллий , галлийорганическое соединение, используемое в MOCVD для производства различных галлийсодержащих полупроводников , производится реакцией хлорида галлия (III) с различными алкилирующими агентами, такими как диметилцинк , триметилалюминий или йодид метилмагния . [16] [17] [18]
Очистка галлия
[ редактировать ]Хлорид галлия (III) является промежуточным продуктом в различных процессах очистки галлия, где хлорид галлия (III) фракционно перегоняется или экстрагируется из кислых растворов. [7]
Обнаружение солнечных нейтрино
[ редактировать ]110 тонн водного раствора хлорида галлия (III) было использовано в экспериментах GALLEX и GNO, проведенных в Laboratori Nazionali del Gran Sasso в Италии, для обнаружения солнечных нейтрино . В этих экспериментах германий -71 был получен в результате нейтринного взаимодействия с изотопом галлия-71 (естественное содержание которого составляет 40%), и были измерены последующие бета-распады германия-71. [10]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Сергей И Троянов; Торальф Краль; Эрхард Кемниц (2004). «Кристаллические структуры GaX3 (X = Cl, Br, I) и AlI3». Журнал кристаллографии - Кристаллические материалы . 219 (2): 88–92. дои : 10.1524/zkri.219.2.88.26320 .
- ^ Уэллс, А. Ф. (1984) Структурная неорганическая химия, Оксфорд: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6 .
- ^ Jump up to: а б с Ямагучи, Масахико; Мацунага, Сигэки; Сибасаки, Масакацу; Мишле, Бастьен; Бур, Кристоф; Гандон, Винсент (2014), «Трихлорид галлия», Энциклопедия реагентов для органического синтеза , John Wiley & Sons, Ltd, стр. 1–8, doi : 10.1002/047084289x.rn00118u.pub3 , ISBN 9780470842898
- ^ Роджер А. Ковар; Дж. А. Дилтс (1977). «Трихлорид галлия». Неорганические синтезы Том 17 . МакГроу-Хилл. стр. 167–172. ISBN 9780470131794 .
- ^ Грей, Флойд (2013). «Галлий и соединения галлия». Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . дои : 10.1002/0471238961.0701121219010215.a01.pub3 . ISBN 9780471238966 .
- ^ Х. Хехт; Г. Джандер; Х. Шлапманн (1947). «О влиянии тионилхлорида на оксиды». Журнал неорганической химии . 254 (5–6): 255–264. дои : 10.1002/zaac.19472540501 .
- ^ Jump up to: а б Гребер, Йорг (2000). «Галлий и соединения галлия». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a12_163 . ISBN 9783527306732 .
- ^ Jump up to: а б с Жак Розьер; Мария-Тереза Розьер-Бори; Ален Мантегетти; Антуан Потье (1974). «Гидаты галогенидов галлия. II Вибрационная спектроскопия координированных комплексов GaX3•H2O (X = Cl или Br)». Канадский химический журнал (на французском языке). 52 (18): 3274–3280. дои : 10.1139/v74-483 .
- ^ Вячеслав Иванович Цирельников; Борис В. Локшин; Петр Мельников; Вальтер А. Насименто (2012). «О существовании тримера трихлорида галлия в газовой фазе». Журнал неорганической и общей химии . 638 (14): 2335–2339. дои : 10.1002/zaac.201200282 .
- ^ Jump up to: а б Дэвид Р. Лиде, изд. Справочник по химии и физике, 85-е издание , Интернет-версия, 2005 г. CRC Press, 2005.
- ^ Дж. Берджесс; Дж. Киёвски (1981). «Энтальпии растворения хлоридов и иодидов галлия(III), индия(III), тория(IV) и урана(IV)». Журнал неорганической и ядерной химии . 43 (11): 2649–2652. дои : 10.1016/0022-1902(81)80592-1 .
- ^ Хаускрофт, Кэтрин Э.; Шарп, Алан Г. (2018) [2001]. Неорганическая химия (5-е изд.). Харлоу, Эссекс: Pearson Education . ISBN 978-1-292-13414-7 .
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . стр. 237–239. ISBN 978-0-08-037941-8 .
- ^ Йенс Х. фон Барнер (1985). «Потенциометрическое и рамановское спектроскопическое исследование комплексообразования галлия(III) в расплавах хлорида калия-хлорида алюминия при 300°С». Неорганическая химия . 24 (11): 1686–1689. дои : 10.1021/ic00205a019 .
- ^ Jump up to: а б Скотт А. Вуд; Иэн М. Самсон (2006). «Водная геохимия галлия, германия, индия и скандия». Обзоры рудной геологии . 28 (1): 57–102. doi : 10.1016/j.oregeorev.2003.06.002 .
- ^ Краус, Калифорния; Тундер, Ф.Е. (1933). «Триметилгаллий, эфир триметилгаллия и аммин триметилгаллия» . ПНАС . 19 (3): 292–8. Бибкод : 1933ПНАС...19..292К . дои : 10.1073/pnas.19.3.292 . ПМК 1085965 . ПМИД 16577510 .
- ^ Фостер, Дуглас Ф.; Коул-Гамильтон, Дэвид Дж. (1997). «Алкилы элементов 12 и 13 групп электронного качества». Неорганические синтезы . Том. 31. с. 29-66. дои : 10.1002/9780470132623.ch7 . ISBN 978-0-471-15288-0 .
- ^ Заявка WO 2014078263 , Лиам П. Спенсер, Джеймс К. Стивенс, Деодатта Винаяк Шенаи-Хатхате, «Способы получения триметилгаллия», опубликовано 22 мая 2014 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Руководство по оказанию первой помощи - трихлорид галлия» . Агентство по охране окружающей среды США . Архивировано из оригинала 12 ноября 2004 г.