Χλωριούχο σκάνδιο

Χλωριούχο σκάνδιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Τριχλωροσκάνδιο
Άλλες ονομασίες	Χλωριούχο σκάνδιο; Τριχλωρίδιο του σκανδίου
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	ScCl3
Μοριακή μάζα	151,31 amu
Αριθμός CAS	10361-84-9
SMILES	Cl[Sc](Cl)Cl
InChI	1S/3ClH.Sc/h3*1H;/q;;;+3/p-3
Αριθμός RTECS	VQ8925000
PubChem CID	82586
ChemSpider ID	74528
Δομή
Ισομέρεια
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	960 °C; 63 °C (εξαένυδρο)
Πυκνότητα	2.390 kg/m³
Διαλυτότητα; στο νερό	Διαλυτό
Διαλυτότητα; σε άλλους διαλύτες	Αδιάλυτο στην EtOH
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
LD50	3.980 mg/kg
Κίνδυνοι κατά; NFPA 704	0 1 0
	Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το χλωριούχο σκάνδιο ή τριχλωριούχο σκάνδιο ή τριχλωρίδιο του σκανδίου ή τριχλωροσκάνδιο (αγγλικά scandium chloride) είναι η ανόργανη δυαδική ιονική χημική ένωση με εμπειρικό τύπο Sc Cl₃. Το χημικά καθαρό χλωριούχο σκάνδιο, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, είναι λευκό πολύ υδατοδιαλυτό στερεό, με (σχετικά) υψηλή θερμοκρασία τήξης.^[1] Το χλωριούχο σκάνδιο έχει κυρίως ερευνητικό εργαστηριακό ενδιαφέρον. Είναι εμπορικά διαθέσιμο τόσο σε άνυδρη μορφή, όσο και σε εξαένυδρη (ScCl₃•6H₂O).

Παραγωγή

Μέθοδος 1^η

Το χλωριούχο σκάνδιο μπορεί να ληφθεί με αντίδραση μεταξύ οξειδίου του σκανδίου (Sc₂O₃) ή ανθρακικού σκανδίου (ScCO₃) και χλωριούχου αμμωνίου (NH₄Cl):^[2]

$\mathrm {Sc_{2}O_{3}+6NH_{4}Cl{\xrightarrow {}}2ScCl_{3}+6NH_{3}+3H_{2}O}$

Μέθοδος 2^η

Μια παραλλαγή της προηγούμενης μεθόδου είναι η επίδραση με υδροχλωρικό οξύ σε οξείδιο του σκανδίου:

$\mathrm {Sc_{2}O_{3}+6HCl{\xrightarrow {}}2ScCl_{3}+3H_{2}O}$

Μέθοδος 3^η

Από την προηγούμενη μέθοδο, αν αλλαχθεί του οξείδιο του σκανδίου με υδροξείδιο του σκανδίου [Sc(OH)₃], μπορούμε να έχουμε και πάλι τριχλωριούχο σκάνδιο:

$\mathrm {Sc(OH)_{3}+3HCl{\xrightarrow {}}ScCl_{3}+3H_{2}O}$

Μέθοδος 4^η

Από τη μέθοδο #3 με αλλαγή του οξειδίου του σκανδίου από θειούχο σκάνδιο (Sc₂S₃), μπορούμε επίσης να έχουμε τριχλωριούχο σκάνδιο:

$\mathrm {Sc_{2}S_{3}+6HCl{\xrightarrow {}}2ScCl_{3}+3H_{2}S\uparrow }$

Μέθοδος 5^η

Το χλωριούχο σκάνδιο μπορεί επίσης να παραχθεί με επίδραση υδροχωρικού οξέος (HCl) σε μεταλλικό σκάνδιο:^[2]

$\mathrm {2Sc+6HCl{\xrightarrow {}}2ScCl_{3}+3H_{2}}$

Μέθοδος 6^η

Το χλωριούχο σκάνδιο μπορεί ακόμη να παραχθεί με ολική σύνθεση, δηλαδή απευθείας από τα χημικά στοιχεία από τα οποία προέρχεται, μεταλλικό σκάνδιο και διχλώριο (Cl₂):^[3]

$\mathrm {2Sc+3Cl_{2}{\xrightarrow {}}2ScCl_{3}}$

Μέθοδος 7^η

Τέλος είναι δυνατό να παραχθεί το χλωριούχο σκάνδιο με αντίδραση ανάμεσα σε οξείδιο του σκανδίου και διχλώριο, εξαιτίας της χαμηλής σταθερότητας του ενδιάμεσα σχηματιζόμενου οξυχλωριούχου σκανδίου (ScOCl): ^[4]

$\mathrm {2Sc_{2}O_{3}+6Cl_{2}{\xrightarrow {}}4ScCl_{3}+3O_{2}}$

Δομή

Το χλωριούχο σκάνδιο κρυσταλλώνεται στο μοτίβο του τριιωδιούχου βισμουθίου BiI₃, που δηλαδή αποτελείται από οκταεδρικά κέντρα σκανδίου.^[5] Το μονομερικό χλωριούχο σκάνδιο είναι το επικρατόν χημικό είδος στην κατάσταση των ατμών, ενώ το διμερικό (Sc₂Cl₆) βρίσκεται σε αναλογία περίπου 8%.^[6] Το φάσμα περίθλασης ηλεκτρονίων δείχνει ότι το μονομερές είναι επίπεδο, ενώ το διμερές έχει δύο (2) άτομα χλωρίου σε θέση «γέφυρας», με κάθε άτομο σκανδίου να έχει αριθμό συναρμογής 4.^[6]

Αντιδράσεις

Το χλωριούχο σκάνδιο διαλύεται στο νερό δίνοντας εξαένυδρα ιόντα {[Sc(H₂O)₆]}³⁺. Στην πραγματικότητα, δείγματα χλωριούχου σκανδίου μετατρέπονται στην εξαένυδρη μορφή μετά από έκθεσή τους στον ατμοσφαιρικό αέρα (γιατί περιέχει υγρασία). Η δομή του εξαένυδρου χλωριούχου σκανδίου είναι trans-[ScCl₂(H₂O)₄]Cl·2H₂O.^[7] Με το τετραϋδροφουράνιο (THF) ως λιγότερο βασικό συναρμοτή, το χλωριούχο σκάνδιο δίνει το σύμπλοκο ScCl₃(THF)₃, με τη μορφή λευκών κρυστάλλων. Αυτό το ευδιάλυτο στο THF χρησιμοποιείται για τη σύνθεση οργανοσκανδιακών ενώσεων.^[8] Το χλωριούχο σκάνδιο μετατρέπεται στο δωδεκυλοθειικό του άλας που ερευνήθηκε ως καταλύτης σε χημικές αντιδράσεις παρόμοιες με τις αλδολικές.^[9]

Μερικά παραδείγματα αντιδράσεων του χλωριούχου σκανδίου είναι τα ακόλουθα:

Αντίδραση #1

Ολική αφυδάτωση της εξαένυδρης μορφής:

$\mathrm {ScCl_{3}\cdot 6H_{2}O{\xrightarrow[{HCl}]{<100^{o}C}}ScCl_{3}+6H_{2}O}$

Αντίδραση #2

Σχηματισμός τριένυδρης μορφής με μερική αφυδάτωση της εξαένυδρης:

$\mathrm {ScCl_{3}\cdot 6H_{2}O{\xrightarrow {100^{o}C}}ScCl_{3}\cdot 3H_{2}O+3H_{2}O}$

Αντίδραση #3

Σχηματισμός διυδροξυχλωροσκανδίου με θερμική διάσπαση της τριένυδρης μορφής:

$\mathrm {ScCl_{3}\cdot 3H_{2}O{\xrightarrow {>100^{o}C}}Sc(OH)_{2}Cl+2HCl+H_{2}O}$

Αντίδραση #4

Σχηματισμός οξυχλωριούχου σκανδίου με θερμική διάσπαση του διυδροξυχλωροσκανδίου:

$\mathrm {Sc(OH)_{2}Cl{\xrightarrow {250^{o}C}}ScOCl+H_{2}O}$

Αντίδραση #5

Σχηματισμός διχλωρυδροξυσκανδίου με υδρόλυση:

$\mathrm {ScCl_{3}+6H_{2}O{\xrightarrow {100^{o}C}}ScCl_{2}(OH)+HCl}$

Αντίδραση #6

Σχηματισμός υδροξειδίου του σκανδίου με αλκαλική υδρόλυση:

$\mathrm {ScCl_{3}+3NaOH{\xrightarrow {}}Sc(OH)_{3}+3NaCl}$

Αντίδραση #7

Σχηματισμός φθοριούχου σκανδίου (ScF₃) με επίδραση υδροφθορικού οξέος (HF):

$\mathrm {ScCl_{3}+3HF{\xrightarrow {}}ScF_{3}\downarrow +3HCl}$

Αντίδραση #8

Σχηματισμός εξαχλωροσκανδιούχου καλίου {K₃[ScCl₆]} με χλωριούχο κάλιο (KCl):

$\mathrm {ScCl_{3}+3KCl{\xrightarrow {770-820^{o}C}}K_{3}[ScCl_{6}]}$

Αντίδραση #9

Σχηματισμός ένυδρου συμπλόκου με τριχλωριούχο χρυσό (AuCl₃):

$\mathrm {3ScCl_{3}+2AuCl_{3}+21H_{2}O{\xrightarrow {}}3ScCl_{3}\cdot 2AuCl_{3}\cdot 21H_{2}O}$

Αναγωγή

Το χλωριούχο σκάνδιο χρησιμοποιήθηκε από τους Φίσερ και συνεργάτες, που πρώτοι παρασκεύασαν μεταλλικό σκάνδιο με ηλεκτρόλυση ευτηκτικού τήγματος χλωριούχου σκανδίου, μαζί με κάποια άλλα άλατα, στους 700-800 °C.^[10] Το τριχλωριούχο σκάνδιο αντιδρά με το μεταλλικό σκάνδιο, δίνοντας έναν αριθμό από χλωρίδια στα οποία το σκάνδιο έχει αριθμό οξείδωσης <+3. Συγκεκριμένα δίνει τα ακόλουθα χλωρίδια του σκανδίου:

Μονοχλωριούχο σκάνδιο (ScCl), με αριθμό οξείδωσης σκανδίου +1.
Δεκαχλωριούχο επτασκάνδιο (Sc₇Cl₁₀), με αριθμό οξείδωσης σκανδίου +10/7.
Τριχλωριούχο δισκάνδιο (Sc₂Cl₃), με αριθμό οξείδωσης σκανδίου +3/2.
Οκταχλωριούχο πεντασκάνδιο (Sc₅Cl₈), με αριθμό οξείδωσης σκανδίου +8/5.
Δωδεκαχλωριούχο επτασκάνδιο (Sc₇Cl₁₂), με αριθμό οξείδωσης σκανδίου +12/7.^[1]^[11]

Επίσης, για παράδειγμα η αναγωγή τριχλωριούχου σκανδίου με μεταλλικό σκάνδιο, παρουσία χλωριούχου καισίου (CsCl) δίνει τριχλωροσκανδιούχο καίσιο (CsScCl₃), που περιέχει γραμμικές αλυσίδες με σύνθεση Sc^IICl₃⁻, το οποίο περιέχει οκτάεδρα που μοιράζονται επίπεδα Sc^IICl₆.^[12]

Εφαρμογές

Το χλωριούχο σκάνδιο χρησιμοποιήθηκε σε κάποιους λάμπτήρες αλογόνου, σε οπτικές ίνες, σε ηλεκτρονικά κεραμικά και σε λέιζερ.^[13]

Ρωσικές πηγές

Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — 639 с. — ISBN 5-82270-092-4.
Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 2-е изд., испр. — М.-Л.: Химия, 1966. — Т. 1. — 1072 с.
Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.
Лидин Р.А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., испр. — М.: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0.
Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές

↑ ^1,0 ^1,1 Greenwood, Norman N.· Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd έκδοση). Butterworth–Heinemann. ISBN 0080379419.
↑ ^2,0 ^2,1 Georg Brauer (Hrsg.), unter Mitarbeit von Marianne Baudler u. a.: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band II, Ferdinand Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3, S. 897.
↑ Webelements: Scandium Chemistry
↑ Πρότυπο:Literatur
↑ Crystal Structure of ScCl₃ Refined from Powder Neutron Diffraction Data, Fjellvåg, H., Karen, P., Acta Chemica Scandinavica, 48, 294-297,
doi:10.3891/acta.chem.scand.48-0294
↑ ^6,0 ^6,1 Haaland A., Martinsen K-G, Shorokhov D.J, Girichev G.V., Sokolov V.I, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1998, 2787 - 2792,
doi:10.1039/a803339k
↑ The Rare Earth Elements, Fundamentals and Applications David A. Atwood, 2012, John Wiley & Sons Inc, (ISBN 9781119950974)
↑ Manzer, L. E., "Tetrahydrofuran Complexes of Selected Early Transition Metals", Inorganic Syntheses, 1982, volume 21, page 135-40.
doi:10.1002/9780470132524.ch31
↑ Manabe, Kei; Mori, Yuichiro; Kobayashi, Shū (1999). «Effects of Lewis acid-surfactant-combined catalysts on aldol and Diels-Alder reactions in water». Tetrahedron 55 (37): 11203–11208. doi:10.1016/S0040-4020(99)00642-0. https://archive.org/details/sim_tetrahedron_1999-09-10_55_37/page/n71.
↑ Fischer, Werner; Brünger, Karl; Grieneisen, Hans (1937). «Über das metallische Scandium». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 231 (1–2): 54–62. doi:10.1002/zaac.19372310107.
↑ Corbett, J.D. (1981). «Extended metal-metal bonding in halides of the early transition metals». Acc. Chem. Res. 14 (8): 239–246. doi:10.1021/ar00068a003.
↑ Meyer, Gerd.; Corbett, John D. (1981). «Reduced ternary halides of scandium: RbScX3 (X = chlorine, bromine) and CsScX3 (X = chlorine, bromine, iodine)». Inorganic Chemistry 20 (8): 2627–2631. doi:10.1021/ic50222a047. ISSN 0020-1669.
↑ Metal Suppliers Online. (2000). Scandium Chloride

HCl
LiCl	BeCl₂											BCl₃	CCl₄	NCl₃	ClO ClO₂ ClO₃ Cl₂O	ClF ClF₃ ClF₅
NaCl	MgCl₂											AlCl₃	SiCl₄	PCl₃ PCl₅	SCl₂ SCl₄	Cl₂
KCl	CaCl₂	ScCl₃	TiCl₂ TiCl₃ TiCl₄	VCl₂ VCl₃ VCl₄	CrCl₂ CrCl₃ CrCl₄	MnCl₂ MnCl₃ MnCl₄	FeCl₂ FeCl₃	CoCl₂ CoCl₃	NiCl₂	CuCl CuCl₂	ZnCl₂	GaCl₃	GeCl₂ GeCl₄	AsCl₃ AsCl₅	SeCl₄	BrCl
RbCl	SrCl₂	YCl₃	ZrCl₃ ZrCl₄	NbCl₄ NbCl₅	MoCl₂ MoCl₃ MoCl₄ MoCl₅	TcCl₄	RuCl₃	RhCl₃	PdCl₂	AgCl	CdCl₂	InCl InCl₂ InCl₃	SnCl₂ SnCl₄	SbCl₃ SbCl₅	TeCl₄	ICl ICl₃	XeCl XeCl₂
CsCl	BaCl₂	LaCl₃	HfH₄	TaCl₅	WCl₂ WCl₃ WCl₄ WCl₅ WCl₆	ReCl₄ ReCl₅ ReCl₆	OsCl₄	IrCl₂ IrCl₃ IrCl₄	PtCl₂ PtCl₄	AuCl	HgCl₂	TlCl	PbCl₂ PbCl₄	BiCl₃	PoCl₂ PoCl₄
	RaCl₂
		↓
		CeCl₃	PrCl₃	NdCl₃	PmCl₃	SmCl₂ SmCl₃	EuCl₃	GdCl₃	TbCl₃	DyCl₃	HoCl₃	ErCl₃	TmCl₃	YbCl₂ YbCl₃	LuCl₃
		ThCl₄	PaCl₅	UCl₃ UCl₄ UCl₅ UCl₆		PuCl₃	AmCl₃

[Greenwood-1] 1,0 ^1,1 Greenwood, Norman N.· Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd έκδοση). Butterworth–Heinemann. ISBN 0080379419.

[Brauer-2] 2,0 ^2,1 Georg Brauer (Hrsg.), unter Mitarbeit von Marianne Baudler u. a.: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band II, Ferdinand Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3, S. 897.

[3] Webelements: Scandium Chemistry

[Transportreaktionen-4] Πρότυπο:Literatur

[5] Crystal Structure of ScCl₃ Refined from Powder Neutron Diffraction Data, Fjellvåg, H., Karen, P., Acta Chemica Scandinavica, 48, 294-297,
doi:10.3891/acta.chem.scand.48-0294

[Haaland-6] 6,0 ^6,1 Haaland A., Martinsen K-G, Shorokhov D.J, Girichev G.V., Sokolov V.I, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1998, 2787 - 2792,
doi:10.1039/a803339k

[7] The Rare Earth Elements, Fundamentals and Applications David A. Atwood, 2012, John Wiley & Sons Inc, (ISBN 9781119950974)

[8] Manzer, L. E., "Tetrahydrofuran Complexes of Selected Early Transition Metals", Inorganic Syntheses, 1982, volume 21, page 135-40.
doi:10.1002/9780470132524.ch31

[9] Manabe, Kei; Mori, Yuichiro; Kobayashi, Shū (1999). «Effects of Lewis acid-surfactant-combined catalysts on aldol and Diels-Alder reactions in water». Tetrahedron 55 (37): 11203–11208. doi:10.1016/S0040-4020(99)00642-0. https://archive.org/details/sim_tetrahedron_1999-09-10_55_37/page/n71.

[Fischer1937-10] Fischer, Werner; Brünger, Karl; Grieneisen, Hans (1937). «Über das metallische Scandium». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 231 (1–2): 54–62. doi:10.1002/zaac.19372310107.

[11] Corbett, J.D. (1981). «Extended metal-metal bonding in halides of the early transition metals». Acc. Chem. Res. 14 (8): 239–246. doi:10.1021/ar00068a003.

[MeyerCorbett1981-12] Meyer, Gerd.; Corbett, John D. (1981). «Reduced ternary halides of scandium: RbScX3 (X = chlorine, bromine) and CsScX3 (X = chlorine, bromine, iodine)». Inorganic Chemistry 20 (8): 2627–2631. doi:10.1021/ic50222a047. ISSN 0020-1669.

[13] Metal Suppliers Online. (2000). Scandium Chloride

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]