Zirconium(IV)-chlorid

Zirconium(IV)-chlorid ist ein Chlorid des Zirconiums. Es ist ein weißes Pulver, welches an Luft rasch hydrolysiert. Es ist eine wichtige Verbindung, die zur Herstellung von Zirconium sowie anderen Zirconiumverbindungen dient.

Gewinnung und Darstellung

Zirconium(IV)-chlorid kann durch Carbochlorieren von Zirconiumdioxid gewonnen werden. Das Zirconiumoxid wird dazu mit Koks im Lichtbogen zu Zirconiumcarbonitrid (kohlenstoff- und stickstoffhaltiges Zirconium) und anschließend mit Chlor zu Zirconium(IV)-chlorid umgesetzt.

$\mathrm{Z}\mathrm{r}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\stackrel{900^{\circ }C}{\to }\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{O}$

Ebenfalls möglich ist die Darstellung durch Chlorierung von Zirconium mit Chlor bei 650 °C oder mit Blei(II)-chlorid bei 500 °C.

$\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{4}}$

$\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{P}\mathrm{b}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{P}\mathrm{b}$

Eine weitere Möglichkeit ist die Darstellung durch Umsetzung des Oxides mit gasförmigem Kohlenstofftetrachlorid (in einem Stickstoffstrom) bei 450 °C bis 500 °C:

$\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{C}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4⟶\mathrm{Z}\mathrm{r}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2$

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Zirconium(IV)-chlorid besitzt eine Polymerstruktur wie Hafnium(IV)-chlorid HfCl₄. Seine Standardbildungsenthalpie beträgt −980,52 kJ/mol, seine molare Standardentropie 181,41 JK⁻¹mol⁻¹ und seine Wärmekapazität 125,38 JK⁻¹mol⁻¹.

Verwendung

Zirconium(IV)-chlorid wird verwendet:

• zur Herstellung von Zirconiumverbindungen wie Zirconylchlorid ZrOCl₂ und Zirconium-organischen Komplexverbindungen
• als Katalysator bei Friedel-Crafts-Reaktionen und Polymerisationen von Olefinen und Epoxiden.
• als Zwischenprodukt bei der Gewinnung von metallischem Zirconium nach dem Kroll-Verfahren
• Bei der Wiederaufarbeitung von abgebrannten Kernbrennstoff nach dem Halogen-Volatilitätsverfahren können die Zirconium-Hüllrohre chemisch durch Reaktion mit Chlor zu Zirconiumchlorid umgesetzt werden