Χλωριούχο σκάνδιο

Πρότυπο:Πληροφορίες χημικής ένωσης 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 ScCl₃. Το χημικά καθαρό χλωριούχο σκάνδιο, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, είναι λευκό πολύ υδατοδιαλυτό στερεό, με (σχετικά) υψηλή θερμοκρασία τήξης. 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):

$\mathrm{S}{\mathrm{c}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{C}\mathrm{l}\stackrel{}{\to }\mathrm{2}\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Μέθοδος 2^η

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

$\mathrm{S}{\mathrm{c}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\stackrel{}{\to }\mathrm{2}\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

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:

$\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\stackrel{}{\to }\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Μέθοδος 4^η

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

$\mathrm{S}{\mathrm{c}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{S}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\stackrel{}{\to }\mathrm{2}\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}\mathrm{\uparrow }$

Μέθοδος 5^η

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

$\mathrm{2}\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\stackrel{}{\to }\mathrm{2}\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

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):

$\mathrm{2}\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\stackrel{}{\to }\mathrm{2}\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}$

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):

$\mathrm{2}\mathrm{S}{\mathrm{c}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\stackrel{}{\to }\mathrm{4}\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

Δομή

Το χλωριούχο σκάνδιο κρυσταλλώνεται στο μοτίβο του τριιωδιούχου βισμουθίου BiI₃, που δηλαδή αποτελείται από οκταεδρικά κέντρα σκανδίου. Το μονομερικό χλωριούχο σκάνδιο είναι το επικρατόν χημικό είδος στην κατάσταση των ατμών, ενώ το διμερικό (Sc₂Cl₆) βρίσκεται σε αναλογία περίπου 8%. 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.

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. 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. Το χλωριούχο σκάνδιο μετατρέπεται στο δωδεκυλοθειικό του άλας που ερευνήθηκε ως καταλύτης σε χημικές αντιδράσεις παρόμοιες με τις αλδολικές.

Μερικά παραδείγματα αντιδράσεων του χλωριούχου σκανδίου είναι τα ακόλουθα:

Αντίδραση #1

Ολική αφυδάτωση της εξαένυδρης μορφής:

$\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\cdot }\mathrm{6}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\underset{HCl}{\overset{<100^{o}C}{\to }}\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{6}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Αντίδραση #2

Σχηματισμός τριένυδρης μορφής με μερική αφυδάτωση της εξαένυδρης:

$\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\cdot }\mathrm{6}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{100^{o}C}{\to }\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\cdot }\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Αντίδραση #3

Σχηματισμός διυδροξυχλωροσκανδίου με θερμική διάσπαση της τριένυδρης μορφής:

$\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\cdot }\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{>100^{o}C}{\to }\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Αντίδραση #4

Σχηματισμός οξυχλωριούχου σκανδίου με θερμική διάσπαση του διυδροξυχλωροσκανδίου:

$\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{l}\stackrel{250^{o}C}{\to }\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Αντίδραση #5

Σχηματισμός διχλωρυδροξυσκανδίου με υδρόλυση:

$\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{6}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{100^{o}C}{\to }\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Αντίδραση #6

Σχηματισμός υδροξειδίου του σκανδίου με αλκαλική υδρόλυση:

$\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{}{\to }\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Αντίδραση #7

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

$\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{H}\mathrm{F}\stackrel{}{\to }\mathrm{S}\mathrm{c}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\downarrow }\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Αντίδραση #8

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

$\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}\stackrel{770-820^{o}C}{\to }{\mathrm{K}}_{\mathrm{3}}\mathrm{[}\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{6}}\mathrm{]}$

Αντίδραση #9

Σχηματισμός ένυδρου συμπλόκου με τριχλωριούχο χρυσό (AuCl₃):

$\mathrm{3}\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{A}\mathrm{u}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{1}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{}{\to }\mathrm{3}\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\cdot }\mathrm{2}\mathrm{A}\mathrm{u}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\cdot }\mathrm{2}\mathrm{1}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

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. 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:

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

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.

Εφαρμογές

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

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.