Lantanidtriklorid
Lantanidtriklorider är en familj av oorganiska föreningar med formeln Ln Cl 3 , där Ln står för en lantanidmetall. Trikloriderna är standardreagenser i tillämpad och akademisk kemi av lantaniderna. De finns som vattenfria fasta ämnen och som hydrater.
Egenskaper
De vattenfria fasta ämnena har smältpunkter från ca. 582 (Tb) - 925°C (Lu). De är i allmänhet blekfärgade, ofta vita. Som koordinationspolymerer löses de endast i donatorlösningsmedel, inklusive vatten.
| MCl 3 | Färg | strukturtyp | f-konfiguration | kommentar |
|---|---|---|---|---|
| ScCl 3 | färglös | AICI3 - typ | f0 | inte klassificeras som en lantanid vanligtvis |
| YCl 3 | färglös | AICI3 - typ | f0 | inte klassificeras som en lantanid vanligtvis |
| LaCl3 _ | färglös | UCl3 - typ | f0 | diamagnetisk |
| CeCl 3 | färglös | UCl3 - typ | fi , dublett | - |
| PrCl3 _ | grön | UCl3 - typ | f2 , triplett | - |
| NdCl 3 | rosa | UCl3 - typ | f 3 , kvartett | - |
| PmCl3 _ | grön | UCl3 - typ | f 4 , kvintett | radioaktiv |
| SmCl 3 | gul | UCl3 - typ | f 5 , sextett | - |
| EuCl 3 | gul | UCl3 - typ | f 6 , septett | - |
| GdCl 3 | färglös | UCl3 - typ | f 7 , oktett | symmetriskt elektroniskt skal |
| TbCl 3 | vit | PuBr 3 -typ | f 8 , septett | - |
| DyCl 3 | vit | AICI3 - typ | f 9 , sextett | - |
| HoCl 3 | gul | AICI3 - typ | f 10 , kvintett | - |
| ErCl 3 | violett | AICI3 - typ | f 11 , kvartett | - |
| TmCl3 _ | gul | AICI3 - typ | f 12 , triplett | - |
| YbCl 3 | färglös | YCl3 - typ | f 13 , dublett | - |
| LuCl 3 | färglös | AICI3 - typ | f 14 | diamagnetisk |
Förberedelse
Lantanidoxiderna och karbonaterna löses i saltsyra för att ge kloridsalt av de hydratiserade katjonerna:
- M2O3 + 6 HCl + n H2O → 2 [Ln ( H2O ) n ] Cl3
Industrivägar
Vattenfria triklorider framställs kommersiellt genom karbotermisk reaktion av oxiden:
- M 2 O 3 + 3 Cl 2 + 3 C → 2 MCl 3 + 3 CO
Ammoniumkloridväg
Ammoniumkloridvägen avser en allmän procedur för att framställa vattenfria lantanidklorider . Metoden har fördelarna att vara generell för de 14 lantaniderna och den ger luftstabila mellanprodukter som motstår hydrolys. Användningen av ammoniumklorid som reagens är bekväm eftersom saltet är vattenfritt, även när det hanteras i luft. Ammoniumklorid är också attraktivt eftersom det termiskt sönderdelas till flyktiga produkter vid temperaturer som är kompatibla med stabiliteten hos trikloridmålen.
- Steg 1
- beredning av ammoniumlantanidklorider
Reaktionen av en intim blandning av lantanidoxider med överskott av ammoniumklorid ger vattenfria ammoniumsalter av penta- och hexakloriderna. Typiska reaktionsbetingelser är timmar vid 230-250°C. Vissa lantanider (liksom skandium och yttrium ) bildar pentaklorider :
- 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
Andra lantanider för hexaklorider :
- 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
Dessa reaktioner kan också börja med metallerna, t.ex.
- Y + 5 NH 4 Cl → (NH 4 ) 2 YCl 5 + 1,5 H 2 + 3 NH 3
- Steg 2
- termolys av ammoniumlantanidklorider
Ammoniumlantankloriderna omvandlas till trikloriderna genom upphettning i vakuum. Typiska reaktionstemperaturer är 350–400 °C:
- (NH 4 ) 2 MCl 5 → MCl 3 + 2 HCl + 2 NH 3
- (NH 4 ) 3 MCl 6 → MCl 3 + 3 HCl + 3 NH 3
Andra metoder
Hydrerade lantanidtriklorider dehydratiseras under en varm ström av väteklorid .
Strukturer
Såsom anges i tabellen följer de vattenfria trikloriderna två huvudmotiv, UCl3 och YCl3 . UCl 3 -strukturen har 9-koordinaters metallcentra. PuBr3-strukturen, som har antagits unikt av TbCl 3 , har 8-koordinerade metaller. De återstående senare metallerna är 6-koordinater, liksom aluminiumtriklorid .
Reaktioner
Lantanidtriklorider är kommersiella prekursorer till metallerna genom reduktion, t.ex. med aluminium :
- LnCl3 + Al → Ln + AlCl3
I vissa fall är trifluoriden att föredra.
De reagerar med fuktig luft för att ge oxiklorider :
- LnCl3 + H2O → LnOCl + 2 HCl
För syntetiska kemister är denna reaktion ett problem eftersom oxikloriderna är mindre reaktiva.