氯化鋅

維基百科，自由的百科全書

跳轉到： 導航, 搜索

氯化鋅（ZnCl₂）是氯和鋅的化合物，該名稱亦用來稱呼它的水合物。無色或白色，有極強的水溶性和吸濕性，甚至會潮解，應在干燥處密封儲存，避免與空氣中的水蒸氣接觸。

在紡織加工、焊接、化學合成等方面，氯化鋅有著廣泛應用。

 結構和物性

氯化鋅是一種離子化合物，有同質多晶現象，目前已發現四種晶體結構。但純氯化鋅只能形成δ型（六方密堆積），即在晶體中，每個鋅離子被4個氯離子成正四面體狀包圍。^[1] 將它熔融后再冷卻可以得到玻璃狀的物質。

氯化鋅還顯示出共價化合物的特性，如熔點低(275 °C)、易溶于乙醚等溶劑形成形如ZnCl₂L₂（其中L代表溶劑分子）的加合物。氯化鋅的濃水溶液（質量分數高于64%）有能夠溶解淀粉、絲和纖維素的特殊性質，所以不能使用普通的濾紙來進行過濾。它屬于路易斯酸，強度中等，稀水溶液的pH值在4左右，6 mol/L的濃水溶液pH=1。^[2] 當含水的氯化鋅被加熱時，會水解成氯氧化物。

氯化鋅已知4種結晶水合物，以及至少一種堿式鹽如ZnOHCl。^[1] 從氯化鋅水溶液中可以析出它的結晶水合物ZnCl₂(H₂O)_n，以n=4為最主要的成分，其他的形態n值分別為1、1.5、2.5、3。^[2] 水合的氯化鋅加熱后可得到ZnOHCl。

在水溶液中，無水、水合等各種晶體形態的氯化鋅均完全解離出Zn²⁺，以便制備其他鋅鹽。比如制備碳酸鋅：

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

由于各種氯化鋅及其他鹵化鋅、硫化鋅在水中一樣能完全解離，因而這些物質在制備其他鋅鹽中與ZnCl₂是等效的。

 制備與提純

無水氯化鋅能夠通過鋅和氯化氫反應來制造。

Zn + 2 HCl(g) → ZnCl₂(s) + H₂↑(g)

水合的氯化鋅也能通過濃鹽酸與鋅反應得到，又可以使用氧化鋅或硫化鋅。

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

平時所能購買到的氯化鋅通常含有水和主要的水解產物：氯氧化鋅(zinc oxychloride)。一般通過以下步驟來提純：將100g的氯化鋅加入800mL的二惡烷中加熱，進行分餾。趁熱進行過濾，除去鋅粉，冷卻后氯化鋅變為白色沉淀。而無水的氯化鋅則可以先在氯化氫氣流中加熱升華，然后在干燥的氮氣流中加熱到400°C。也可以將樣品通過二氯亞砜處理。^[3]

 用途

 紡織加工方面

由于氯化鋅與絲綢、纖維素等材料的親和性，它可用作衣料的防火物質，也可用在織物氣味潔凈劑中。

 焊接方面

氯化鋅可以攻擊金屬氧化物（MO）生成MZnOCl₂，這就是它作為金屬焊劑的原理。ZnCl₂溶解掉金屬表面的致密氧化層，使金屬裸露出來。^[2] 將鋅箔片溶解在稀鹽酸中，直至不再產生氫氣，即得此種焊劑，因此它得名焊酸。由于其腐蝕性，如果工作后的殘余物不能清理干凈，就不能用焊酸作為焊劑，如焊電子元件時。

利用這一原理，ZnCl₂還可以用于制造牙充填所用的氧化鎂水泥，某些品牌的漱口水也用它作活性成分。

[編輯] 化學合成方面

在化學合成中，氯化鋅作為一種中強路易斯酸，用途廣泛。它可以做費舍爾吲哚環合反應(A)的催化劑，^[4]也可以催化活化芳香環上的傅-克酰基化反應(B)。^[5][6]

制備染料熒光黃的經典方法，就是用氯化鋅催化的傅-克酰基化反應，原料是鄰苯二甲酸酐和雷索辛。^[7]其中無水和水合的氯化鋅皆能催化。

ZnCl₂和鹽酸組成的試劑叫盧卡斯試劑(Lucas reagent)，用于伯醇和仲醇醇羥基的氯代，反應溫度130 °C。試劑中ZnCl₂的加入提高了氯化氫的反應效率。對伯醇的反應一般通過S_N2機理，而對仲醇則是S_N1。

ZnCl₂可以活化一些鹵原子的取代。如烯烴等弱親核試劑對苯甲基鹵、烯丙基鹵上的取代（見下圖）^[8]、NaBH₃CN對苯甲基鹵、烯丙基鹵、叔鹵原子的選擇性還原。

ZnCl₂是合成許多有機鋅試劑的起始物。這些有機鋅試劑，一般通過有機鋰試劑或格林尼亞試劑的金屬交換反應制備，用于偶聯等反應，如與芳基鹵、乙烯基鹵進行的根岸偶聯。^[9]

ZnCl₂與堿金屬烯醇鹽生成的鋅烯醇鹽可以在羥醛縮合時控制手性。如下圖^[10]，由于鋅的存在，形成了螯合環，體積較大的苯環傾向于占據“平伏”的位置，即“反式”構型，產物中“反式”（threo）與“順式”（erythro）比例為5:1。相比之下，反應機理中沒有螯合環時，“順式”“反式”產物的比例為1:1。

 安全事項

有腐蝕性和刺激性。操作時戴好防護眼鏡、手套，注意避免與無水氯化鋅接觸，這一類無水金屬鹵化物水解時都會放熱。