Chlorure de zinc

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Chlorure de zinc
Chlorure de zinc
Identification
Nom IUPAC Chlorure de zinc
No CAS 7646-85-7
No EINECS 231-592-0
SMILES
InChI
Apparence solide de forme variable, hygroscopique et blanc[1]
Propriétés chimiques
Formule brute Cl2ZnZnCl2
Masse molaire[2] 136,29 ± 0,02 g/mol
Cl 52,03 %, Zn 47,98 %,
Propriétés physiques
fusion 290 °C[1]
ébullition 732 °C[1]
Solubilité dans l'eau à 25 °C : très bonne (4 320 g·l-1)[1],
100/100 ml eau (12,5 °C,eau)
Masse volumique 2,9 g·cm-3[1]
Précautions
Directive 67/548/EEC
Corrosif
C
Dangereux pour l’environnement
N



Transport
-
   2331   
SIMDUT[3]
E : Matière corrosive
E,
SGH[4]
SGH05 : CorrosifSGH09 : Danger pour le milieu aquatique
Danger
H302, H314, H410,
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le chlorure de zinc est un sel de zinc de formule chimique ZnCl2. C'est un solide blanc ou incolore, extrêmement hygroscopique.

Quatre structures cristallines différentes ont été observées, mais seul la forme δ (hexagonal compact) peut se former lorsque le composé est pur et anhydre. S'il subit une trempe rapide, ZnCl2 peut être obtenu sous forme vitreuse.

Les solutions aqueuses concentrées de chlorure de zinc ont la propriété de dissoudre l'amidon, la soie et la cellulose. Elles ne peuvent donc pas être filtrées à travers du papier de filtration standard.

Le chlorure de zinc a de nombreuses applications dans l'industrie textile, la métallurgie et la synthèse chimique.

Propriétés chimiques[modifier | modifier le code]

Solubilité dans l'eau

Le chlorure de zinc est un sel ionique, qui possède tout de même un caractère covalent qui est mis en évidence par sa température de fusion relativement basse (275 °C) et sa solubilité élevée dans des solvants comme l'éther. Il se comporte comme un acide de Lewis modéré, et les solutions de chlorure de zinc ont un pH voisin de 4. Lorsqu'il est chauffé sous une forme hydratée, il s'hydrolyse pour former de l'oxychlorure de zinc.

En solution aqueuse, le chlorure de zinc est une source d'ions Zn2+ utile pour la préparation d'autres sels de zinc comme le carbonate de zinc :

ZnCl2(aq) + Na2CO3(aq) → ZnCO3(s) + 2 NaCl(aq)

Structure cristalline[modifier | modifier le code]

A la température ambiante et jusqu'à 390K, le chlorure de zinc cristallise dans le groupe d'espace monoclinique P21/c, avec pour paramètres de maille a = 6.54 Å, b = 11.31 Å, c = 12.33 Å et β = 117.94° [5]. A 390K, il subit une transformation de phase vers une structure quadratique de groupe d'espace I42d, avec pour paramètres de maille a = 5.398 Å et c = 10.33 Å [6].

Structure cristalline de ZnCl2 à température ambiante
Structure cristalline de ZnCl2 à T > 390K

Préparation et purification[modifier | modifier le code]

Le chlorure de zinc anhydre est obtenu à partir de zinc métal et de chlorure d'hydrogène :

Zn(s) + 2 HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)

Les formes hydratées et le sel en solution aqueuse peuvent être préparés directement en utilisant une réaction acido-basique, par exemple à partir du minerai de sulfure de zinc :

ZnS(s) + 2 HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2S(l)

Le chlorure de zinc commercial contient généralement de l'[eau]) et de l'oxychlorure de zinc produit par hydrolyse. Ces produits peuvent être purifiés comme suit : 100 g de ZnCl2 commercial sont chauffés à reflux dans 800 ml de dioxane anhydre en présence de poussière de zinc métallique. Le mélange est filtré à chaud (pour retirer le zinc), puis refroidi pour former un précipité blanc de chlorure de zinc pur. Les échantillons anhydres peuvent être purifiés par sublimation sous un flux de chlorure d'hydrogène, suivi par un chauffage à 400 °C sous un flux d'azote sec.

Applications[modifier | modifier le code]

Le chlorure de zinc est notamment utilisé pour le soudage, du fait de sa capacité de dissoudre les oxydes métalliques lors qu'il est à l'état fondu. Cette propriété permet également de l'utiliser dans les ciments à base d'oxyde de magnésium pour les prothèses dentaires. ZnCl2 est utilisé également comme agent d'ignifugation et comme réactif d'attaque de métaux.

Le chlorure de zinc est également utilisé dans la galvanisation, ainsi que dans la production de batteries.

En laboratoire, le chlorure de zinc est utilisé en tant qu'acide de Lewis modéré. Il peut jouer le rôle de catalyseur pour la synthèse de Fisher de l'indole (A) ou pour l'acylation de Friedel-Crafts mettant en jeu un composé aromatique (B) :

ZnCl2 aromatics.gif

Il est notamment utilisé pour la préparation de fluorescéine par acylation de Friedel-Crafts à partir d'anhydride phtalique et de résorcinol :

ZnCl2 fluorescein.png

L'acide chlorhydrique seul réagit mal avec les alcools primaires et les alcools secondaires, mais un mélange d'acide chlorhydrique et de chlorure de zinc (mélange connu sous le nom de "réactif de Lucas" ), permet la préparation de chlorures d'alkyles. Le mécanisme de cette réaction est probablement de type SN2 avec les alcools primaires et de type SN1 avec les alcools secondaires. Le chlorure de Zinc est à la base du test de Lucas qui permet de préciser l'appartenance d'un alcool à l'une des trois classes d'alcool.

ZnCl2 Lucas.gif

Le chlorure de zinc est capable d'activer des halogénures de benzyle ou d'allyle ce qui permet des réactions de substitution par des nucléophiles faibles comme les alcènes :

ZnCl2 benzylation.gif

Le chlorure de zinc est également un réactif utilisé pour la synthèse de nombreux réactifs de type organozincites, comme ceux utilisés pour le couplage de Negishi avec des halogénures d'aryle ou de vinyle. L'organozincite est alors généralement préparé par échange métallique avec un organolithié ou un réactif de Grignard, comme dans :

ZnCl2 Negishi.gif

Les énolates de zinc, préparés à partir d'énolates de métaux alcalins et de chlorure de zinc, permettent de contrôler la stéréochimie lors de réactions de condensation d'aldols, du fait de la chélation du zinc. Dans l'exemple ci-dessous, le produit thréo est favorisé par rapport au produit érythro (facteur 5/1) lorsque est utilisé du chlorure de zinc :

ZnCl2 aldol.gif

Sécurité[modifier | modifier le code]

Le chlorure de zinc est corrosif et irritant, et doit être manipulé avec précautions. Il est conseillé de porter des lunettes de sécurité et des gants.

  • R: 34 (Provoque des brûlures)
  • R: 50 (Très toxique pour les organismes aquatiques)
  • R: 53 (Peut entraîner des effets néfastes à long terme pour l'environnement aquatique)
  • S: 7 (Conserver le récipient bien fermé)
  • S: 8 (Conserver le récipient à l'abri de l'humidité)
  • S: 28 (Après contact avec la peau, se laver immédiatement et abondamment avec... (précisé par le fabricant))
  • S: 45 En cas d'accident ou de malaise, consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l'étiquette)
  • S: 60 (Eliminer le produit et son récipient comme un déchet dangereux)
  • S: 61 (Eviter le rejet dans l'environnement. Consulter les instructions spéciales/la fiche de données de sécurité)

Références[modifier | modifier le code]

  1. N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 1997.
  2. Handbook of Chemistry and Physics, 71st edition, CRC Press, Ann Arbor, Michigan, 1990.
  3. The Merck Index, 7th edition, Merck & Co, Rahway, New Jersey, USA, 1960.
  4. D. Nicholls, Complexes and First-Row Transition Elements, Macmillan Press, London, 1973.
  5. A. F. Wells, 'Structural Inorganic Chemistry, 5th ed., Oxford University Press, Oxford, UK, 1984.
  6. J. March, Advanced Organic Chemistry, 4th ed., p. 723, Wiley, New York, 1992.
  7. G. J. McGarvey, in Handbook of Reagents for Organic Synthesis, Volume 1: Reagents, Auxiliaries and Catalysts for C-C Bond Formation, (R. M. Coates, S. E. Denmark, eds.), pp. 220-3, Wiley, New York, 1999.
  8. B. S. Furnell et al., Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry, 5th edition, Longman/Wiley, New York, 1989.
  9. R. L. Shriner, W. C. Ashley, E. Welch, in Organic Syntheses Collective Volume 3, p 725, Wiley, New York, 1955.
  10. (a) S. R. Cooper, in Organic Syntheses Collective Volume 3, p 761, Wiley, New York, 1955. (b) S. Y. Dike, J. R. Merchant, N. Y. Sapre, Tetrahedron, 47, 4775 (1991).
  11. E. Bauml, K. Tschemschlok, R. Pock, H. Mayr, Tetrahedron Letters, 29, 6925 (1988).
  12. S. Kim, Y. J. Kim, K. H. Ahn, Tetrahedron Letters, 24, 3369 (1983).
  13. H. O. House, D. S. Crumrine, A. Y. Teranishi, H. D. Olmstead, Journal of the American Chemical Society, 95, 3310 (1973).
  1. a, b, c, d et e DICHLORURE DE ZINC, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. « Chlorure de zinc » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 24 avril 2009
  4. Numéro index 030-003-00-2 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
  5. H. Winkler et coll., Natur Wissenschaften vol.46, p. 553 (1959)
  6. H.R. Oswald et coll., Helvetica Chimica Acta vol.43, p. 72 (1960)