Хлорид цинка

Введение

Форма Кристаллическая система Символ Пирсона Пространственная группа № a (нм) 　b (нм) c (нм) Z Плотность (г/см3) α тетрагональная tI12 I2d 122 0.5398 0.5398 0.64223 4 3.00 β тетрагональная tP6 P42/nmc 137 0.3696 0.3696 1.071 2 3.09 γ моноклинная mP36 P21/c 14 0.654 1.131 1.23328 12 2.98 δ орторомбическая oP12 Pna21 33 0.6125 0.6443 0.7693 4 2.98

Здесь a, b и c – константы решетки, Z – количество структурных единиц в элементарной ячейке, а ρ – плотность, рассчитанная на основе структурных параметров. Орторомбическая форма (δ) быстро переходит в одну из других форм при контакте с атмосферой. Возможное объяснение заключается в том, что |OH− ионы, образующиеся из поглощенной воды, способствуют перестройке. Расплавленный |ZnCl2 имеет высокую вязкость в точке плавления и сравнительно низкую электропроводность, которая значительно возрастает с температурой. Как показало исследование методом Рамановского рассеяния, вязкость объясняется наличием полимеров. Исследование нейтронного рассеяния показало наличие тетраэдрических центров |ZnCl4, что также требует агрегации мономеров |ZnCl2.

Гидраты

Известны различные гидраты хлорида цинка: |ZnCl2(H2O) {n}| при n = 1, 1.33, 2.5, 3 и 4.5. Однако структурно установлены только 1.33-гидрат, гемипентагидрат, тригидрат и геминоногидрат. 1.33-гидрат, ранее считавшийся гемитригидратом, состоит из транс-центров Zn(H2O)4Cl2, с атомами хлора, соединенными с повторяющимися цепями ZnCl4. Гемипентагидрат, структурно представленный формулой [Zn(H2O)5][ZnCl4], состоит из октаэдров Zn(H2O)5Cl, где атом хлора является частью тетраэдра [ZnCl4]2-. Тригидрат состоит из отдельных гексааквацинковых(II) катионов и тетрахлорозинкатных анионов, представленных формулой [Zn(H2O)6][ZnCl4]. Наконец, геминоногидрат, структурно представленный формулой [Zn(H2O)6][ZnCl4]·3H2O, также состоит из отдельных гексааквацинковых(II) катионов и тетрахлорозинкатных анионов, как и тригидрат, но содержит три дополнительные молекулы воды.

Ион

Расплавленный безводный ZnCl2 при 500–700 °C растворяет цинковый металл, и при быстром охлаждении расплава образуется желтое диамагнитное стекло, которое, согласно данным рамановской спектроскопии, содержит ион Zn2(2+). Соединение Cs3ZnCl5 содержит тетраэдрические [ZnCl4](2−) и Cl− анионы.

Координационный комплекс ZnCl2(NH2OH)2 (дихлорид цинка ди(гидроксиламин)), известный как соль Крисмера, при нагревании выделяет гидроксиламин.

Водные растворы хлорида цинка

Хлорид цинка легко растворяется в воде с образованием комплексов |ZnClₓ(H₂O)₄₋ₓ| и некоторого количества свободных хлорид-ионов. Водные растворы ZnCl₂ кислые: 6 М водный раствор имеет pH 1. В щелочном растворе хлорид цинка превращается в различные гидроксихлориды цинка. К ним относятся |[Zn(OH)₃Cl]²⁻, |[Zn(OH)₂Cl₂]²⁻, |[Zn(OH)Cl₃]²⁻ и нерастворимый |Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O. Последний является минералом симонколлейтом. При нагревании гидратов хлорида цинка выделяется газ HCl и образуются гидроксихлориды. При обработке растворов хлорида цинка аммиаком образуются различные амминные комплексы. К ним относятся |Zn(NH₃)₄Cl₂·H₂O и, при увеличении концентрации, |ZnCl₂(NH₃)₂. Первый содержит ион |[Zn(NH₃)₆]²⁺. Состав видов в водном растворе был исследован, и показано, что основным видом является |[Zn(NH₃)₄]²⁺, при этом |[Zn(NH₃)₃Cl]⁺ также присутствует при более низком соотношении NH₃:Zn.

Цинковый оксихлоридцемент

Водный хлорид цинка реагирует с оксидом цинка, образуя аморфный цемент, который впервые был исследован в 1855 году Станисласом Сорелем. Позднее Сорель изучал родственный оксихлоридный цемент магния, названный в его честь.

Раствор целлюлозы в водных растворах

Целлюлоза растворяется в водных растворах ZnCl2, и обнаружены комплексы целлюлозы с цинком. Целлюлоза также растворяется в расплавленном гидрате ZnCl2, а также может быть подвергнута карбоксилированию и ацетилированию непосредственно в полимерном состоянии.

Использование хлорида цинка для приготовления других солей цинка

Таким образом, хотя многие соли цинка имеют разные формулы и различные кристаллические структуры, эти соли ведут себя очень похоже в водном растворе. Например, растворы, приготовленные из любого из полиморфов ZnCl2, а также других галогенидов (бромид, йодид) и сульфата, часто могут использоваться взаимозаменяемо для получения других соединений цинка. В качестве примера можно привести получение карбоната цинка:

В качестве металлургического потока

Использование хлорида цинка в качестве флюса, иногда в смеси с хлоридом аммония (см. также хлорид аммония цинка), приводит к образованию HCl и его последующей реакции с поверхностными оксидами. Хлорид цинка реагирует с оксидами металлов (MO) с образованием производных идеальной формулы MZnOCl2. Эта реакция объясняет эффективность раствора ZnCl2 в качестве флюса для пайки — он растворяет пассивирующие оксиды, обнажая чистую металлическую поверхность.

В текстильной и бумажной промышленности

Концентрированные водные растворы хлорида цинка (более 64% по массе/массе хлорида цинка в воде) способны растворять крахмал, шелк и целлюлозу. Благодаря сродству к этим материалам, ZnCl2 используется в качестве огнезащитного состава и в освежителях для тканей, таких как Febreze. Вулканизированное волокно получают путем вымачивания бумаги в концентрированном растворе хлорида цинка.

Другие применения

Смесь хлорида цинка ("HC"), используемая в дымовых гранатах, содержит оксид цинка, гексахлорэтан и гранулированный алюминиевый порошок, которые при воспламенении вступают в реакцию с образованием хлорида цинка, углерода и оксида алюминия, образуя эффективную дымовую завесу. Нингидрин реагирует с аминокислотами и аминами с образованием окрашенного соединения "фиолетовый Рюмана" (RP). Обработка раствором хлорида цинка образует комплекс RP:ZnCl₂(H₂O)₂ в соотношении 1:1, который легче обнаруживается, поскольку он флуоресцирует интенсивнее, чем RP. Разбавленный водный раствор хлорида цинка использовался в качестве дезинфицирующего средства под названием "Дезинфицирующая жидкость Бернетта". С 1839 года сэр Уильям Бернетт продвигал его использование как дезинфицирующее средство, а также как средство для консервации древесины. Королевский флот проводил испытания его использования в качестве дезинфицирующего средства в конце 1840-х годов, в том числе во время эпидемии холеры 1849 года, и одновременно проводились эксперименты по изучению его консервирующих свойств для судостроения и железнодорожной промышленности. Бернетт добился определенного коммерческого успеха со своей жидкостью, названной его именем. Однако после его смерти его использование в значительной степени было вытеснено карболовой кислотой и другими запатентованными продуктами.

Природное происхождение

Безводный хлорид цинка или его гидраты не встречаются в природе. Однако, родственный ему моногидрат гидроксихлорида цинка известен в природе как симонколлеит.

Безопасность

Хлорид цинка является химическим раздражителем для глаз, кожи и дыхательной системы.