Nitrate de zirconium
Le nitrate de zirconium est un composé chimique de formule Zr(NO3)4. Il s'agit d'un solide blanc sous forme de longues aiguilles après sublimation (juste au-dessus du point de fusion) et réagit avec les hydrocarbures tels que le butane même à température ambiante. Il cristallise dans le système monoclinique avec le groupe d'espace P21/n (no 14, position 2)[1]. Le pentahydrate Zr(NO3)4·5H2O est soluble dans l'eau et l'éthanol[3].
| Nitrate de zirconium | |
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| |
| Nitrate de zirconium pentahydraté. | |
| Identification | |
|---|---|
| Nom systématique | nitrate de zirconium(IV) |
| Synonymes |
tétranitrate de zirconium |
| No CAS | |
| No ECHA | 100.033.917 |
| No CE | 237-324-9 |
| PubChem | 26251 |
| SMILES | |
| InChI | |
| Apparence | solide blanc[1] |
| Propriétés chimiques | |
| Formule | N4O12Zr |
| Masse molaire[2] | 339,244 ± 0,006 g/mol N 16,52 %, O 56,59 %, Zr 26,89 %, |
| Propriétés physiques | |
| T° fusion | 58,5 °C[1] |
| T° ébullition | ~ 100 °C[1] (décomposition) |
| Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire. | |
Production
Le zirconium est très résistant à l'acide nitrique même en présence d'impuretés et à haute température, de sorte qu'on ne peut obtenir le nitrate de zirconium par dissolution du métal dans l'acide. On procède en faisant réagir du chlorure de zirconium(IV) ZrCl4, refroidi à l'azote liquide, avec du pentoxyde d'azote N2O5. Après traitement sous vide à température ambiante, on obtient initialement un produit d'addition sans chlorure de composition Zr(NO3)4·0,4N2O5·0,6N2O4 qui ne libère les oxydes d'azote qu'à la mise sous vide à 100 °C et, après sublimation sous vide poussé, produit du nitrate de zirconium d'une assez bonne pureté[1], contaminé éventuellement par du pentanitratozirconate de nitronium (NO2)Zr(NO3)5[4] :
Le pentahydrate peut être obtenu en dissolvant du dioxyde de zirconium ZrO2 dans l'acide nitrique HNO3, puis en séchant la solution par évaporation, mais cette méthode donne plus facilement du nitrate de zirconyle trihydraté ZrO(NO3)2·3H2O[4].
Applications
Le nitrate de zirconium est produit industriellement comme source de zirconium pour la synthèse d'autres sels[5] ou comme étalon en chimie analytique[5], voire comme conservateur[5]. Il peut être utilisé comme précurseur en dépôt chimique en phase vapeur CVD car il est volatil et se décompose au-dessus de 100 °C en déposant du dioxyde de zirconium ZrO2[6]. À 95 °C, le nitrate de zirconium se sublime à une pression de 0,2 mmHg et peut se déposer sous forme de ZrO2 sur du silicium à 285 °C. Il a l'avantage d'être une source unique, n'ayant pas besoin d'être mélangé avec d'autres substances comme l'oxygène, ainsi que celui de se décomposer à une température relativement basse, et de ne pas contaminer la surface avec d'autres éléments tels que l'hydrogène ou le fluor[7].
La construction de réacteurs nucléaires fait intervenir du zirconium débarrassé de ses impuretés d'hafnium, qu'on peut obtenir en passant par une solution aqueuse de nitrate d'hafnium Hf(NO3)4 et de nitrate de zirconium, ce qui permet de séparer le zirconium à l'aide de phosphate de tributyle dissous dans le kérosène[8].
Le nitrate de zirconium peut être employé comme catalyseur acide de Lewis pour la formation de pyrroles N-substitués[9].
Le nitrate de zirconium anhydre peut nitrer certains composés organiques aromatiques de manière inhabituelle : la quinoléine donne ainsi la 3-nitroquinoléine et la 7-nitroquinoléine, tandis que la pyridine donne la 3-nitropyridine et la 4-nitropyridine[10].
Notes et références
- (de) Georg Brauer, en collaboration avec Marianne Baudler, Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie, 3e éd. révisée, vol. 2, Ferdinand Enke, Stuttgart, 1978, p. 1380. (ISBN 3-432-87813-3)
- Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- (en) Dale L. Perry, Handbook of Inorganic Compounds, 2e Ă©d., Taylor & Francis, 2011, p. 492. (ISBN 1-4398-1462-7)
- (en) I. V. Morozov, A. A. Fedorova, D. V. Palamarchuk et S. I. Troyanov , « Synthesis and crystal structures of zirconium(IV) nitrate complexes (NO2)[Zr(NO3)3(H2O)3]2(NO3)3, Cs[Zr(NO3)5], and (NH4)[Zr(NO3)5](HNO3) », Russian Chemical Bulletin, vol. 54,‎ , p. 93-98 (DOI 10.1007/s11172-005-0222-7, lire en ligne).
- (en) Pradyot Patnaik, Handbook of inorganic chemicals, McGraw-Hill, 2003, p. 1000. (ISBN 0-07-049439-8).
- (en) Amanda M. Nienow et Jeffrey T. Roberts, « Chemical Vapor Deposition of Zirconium Oxide on Aerosolized Silicon Nanoparticles », Chemistry of Materials, vol. 18, no 23,‎ , p. 5571-5577 (DOI 10.1021/cm060883e, lire en ligne).
- (en) Michel Houssa, High k Gate Dielectrics, CRC Press, 2003, p. 73, 76-77. (ISBN 978-1420034141)
- (en) R. P. Cox et G. H. Beyer, « Separation of hafnium from zirconium using tributyl phosphate » [PDF], sur https://dr.lib.iastate.edu/, Ames National Laboratory (en), (consulté le ).
- (en) Alireza Hasaninejad, Mohsen Shekouhy, Mohammad Reza Mohammadizadeh et Abdolkarim Zare, « Zirconium nitrate: a reusable water tolerant Lewis acid catalyst for the synthesis of N-substituted pyrroles in aqueous media », RSC Advances, vol. 2, no 15,‎ , p. 6174-6177 (DOI 10.1039/c2ra20294h, Bibcode 2012RSCAd...2.6174H, lire en ligne).
- (en) Kenneth Schofield, Aromatic Nitration, CUP Archive, 1980, p. 97. (ISBN 978-0521233620)