塩化ガリウム(III)とは？わかりやすく解説

塩化ガリウム(III)
	別称 Gallium(III) chloride, Trichlorogallium, Trichlorogallane
識別情報
CAS登録番号	13450-90-3
PubChem	26010
ChemSpider	24229
UNII	4Y6GQD4915
RTECS番号	LW9100000
	SMILES Cl[Ga](Cl)Cl;
	InChI InChI=1S/3ClH.Ga/h31H;/q;;;+3/p-3 Key: UPWPDUACHOATKO-UHFFFAOYSA-K ; InChI=1/3ClH.Ga/h31H;/q;;;+3/p-3 Key: UPWPDUACHOATKO-DFZHHIFOAO;
特性
化学式	GaCl3
外観	無色結晶 ; 潮解性
密度	2.47 g/cm3; 2.053 g/cm3 (融点)
融点	77.9 °C, 351 K, 172 °F (無水物) ; 44.4 °C (水和物)
沸点	201 °C, 474 K, 394 °F
水への溶解度	非常に溶けやすい
溶解度	ベンゼン, 四塩化炭素, 二硫化炭素に可溶
危険性
EU Index	Not listed
NFPA 704	0 3 1
引火点	Non-flammable
半数致死量 LD50	4700 mg/kg (rat, oral)
関連する物質
その他の陰イオン	フッ化ガリウム(III); 臭化ガリウム(III); ヨウ化ガリウム(III)
その他の陽イオン	塩化アルミニウム; 塩化インジウム(III); 塩化タリウム(III)
	特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

塩化ガリウム(III)(Gallium trichloride)は、化学式GaCl₃の化合物である^[1]。固体のGaCl₃は、化学式Ga₂Cl₆の二量体として存在する。無色で、金属ハロゲン化物としては珍しくアルカンも含め理想的には全ての溶媒に可溶である。ガリウムを含む大部分の誘導体の前駆体や有機合成の試薬となる^[2]。

ルイス酸としては、GaCl₃は塩化アルミニウムよりも弱い。Ga(III)はAl(III)よりも容易に還元され、還元ガリウム化合物はアルミニウムのものよりも広範である。一方、Ga₂Cl₄は知られているが、Al₂Cl₄は知られていない。Ga(III)とFe(III)の配位は似ており、Ga(III)化合物は、Fe(III)化合物の反磁性アナログである。

合成

GaCl₃は、塩素の気流中で金属ガリウムを加熱することで合成でき、真空下の昇華により精製される^[3]^[4]。

{\ce {2Ga + 3Cl2 -> 2GaCl3}}

また、酸化ガリウム(III)を塩化チオニルとともに加熱することでも合成できる^[5]。

{\ce {Ga2O3 + 3SOCl2 -> 2GaCl3 + 3SO2}}

構造

第13族元素でガリウムの上下に位置するアルミニウム(Al₃)及びインジウム(InCl₃)の塩化物はどちらも6配位金属原子を含む三次元構造を持つため、2つの塩素原子が架橋されガリウムが四面体状に配置された二量体の構造は特異である。格子力が強くないその構造のため、GaCl₃はアルミニウム、ガリウム、インジウムの各々の三塩化物の中で最も低い融点を持つ。化学式Ga₂Cl₆は、しばしばGa₂(μ-Cl)₂Cl₄とも書かれる。気相では、二量体は三角形平面上の単量体に解離する。

複合体

ガリウムはd殻の詰まった第13族元素で最も軽い元素である。Ar 3d10 4s2 4p1の電子配置を持ち、電子はリガンドとのd-π結合に関与する。GaCl₃中のガリウム原子の酸化数は低く、電気陰性度の低さ、極性の高さと併せて、GaCl₃がHSAB則での「軟らかい酸」として振る舞うことを可能としている。ガリウムハロゲン化物とリガンドの間の結合の強さは、熱心に研究されており、次のことが明らかとなっている。

GaCl₃は、ピリジン等の窒素や酸素のドナーに対し、AlCl₃よりも弱いルイス酸である。
GaCl₃は、ジメチルスルフィド等のチオエーテルに対し、AlCl₃よりも強いルイス酸である。

塩化物イオンをリガンドとすると、四面体型のGaCl₄^-イオンを形成し、6配位のGaCl₆^3-にはならない。KGa₂Cl₇のような塩化物架橋アニオンを持った化合物も知られている。KClとGaCl₃の溶融混合物では、以下の平衡が成立している。

{\ce {2GaCl4- <=> Ga2Cl7- + Cl-}}

太陽ニュートリノの検出

イタリアのグランサッソ国立研究所で太陽ニュートリノの検出を目指して行われているGALLEXやGNO実験では、110トンのGaCl₃水溶液が用いられている。これらの実験では、ガリウム71(存在比40%)とニュートリノの相互作用でゲルマニウム71が生成し、ゲルマニウム71のベータ崩壊が測定される^[6]。

出典

Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan. (1997), Chemistry of the Elements (2 ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0080379419
“Gallium”. WebElements Periodic Table. 2015年6月10日閲覧。

^ Wells, A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry, Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6.
^ Yamaguchi, M.; Shibasaki, M. Gallium Trichloride" in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis 2005; John Wiley & Sons. doi:10.1002/047084289X.rn00118u
^ S.C. Wallwork I.J.Worral J.Chem. Soc 1965,1816
^ Kovar, R. A. "Gallium Trichloride" Inorganic Syntheses, 1977, volume XVII, pp 167-172. ISBN 0-07-044327-0
^ H.Hecht, G.Jander, H.Schlapmann Z. Anorg. Allgem. Chem. Vol.254, p.255 (1947)
^ David R. Lide, ed. Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, Internet Version 2005. CRC Press, 2005.

外部リンク

“Emergency First Aid Treatment Guide - Gallium Trichloride”. アメリカ合衆国環境保護庁. 2004年11月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年6月10日閲覧。

[1] Wells, A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry, Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6.

[2] Yamaguchi, M.; Shibasaki, M. Gallium Trichloride" in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis 2005; John Wiley & Sons. doi:10.1002/047084289X.rn00118u

[3] S.C. Wallwork I.J.Worral J.Chem. Soc 1965,1816

[4] Kovar, R. A. "Gallium Trichloride" Inorganic Syntheses, 1977, volume XVII, pp 167-172. ISBN 0-07-044327-0

[5] H.Hecht, G.Jander, H.Schlapmann Z. Anorg. Allgem. Chem. Vol.254, p.255 (1947)

[crchcp-6] David R. Lide, ed. Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, Internet Version 2005. CRC Press, 2005.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

分子式：	Cl₃Ga
その他の名称：	塩化ガリウム、Gallium chloride、Gallium trichloride、三塩化ガリウム、塩化ガリウム(III)、Gallium(III) chloride、Trichlorogallium、三塩化ガリウム(III)
体系名：	ガリウムトリクロリド、トリクロロガリウム

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