Tétrafluorure de zirconium

Le tétrafluorure de zirconium est un composé chimique de formule ZrF₄. Il se présente sous la forme d'un solide blanc cristallisé translucide à indice de réfraction élevé peu soluble dans l'eau et qui s'hydrolyse au-dessus de 50 °C^[5].

Tétrafluorure de zirconium
__ Zr4+     __ F− Structure cristalline du fluorure de zirconium(IV)
Identification
Nom UICPA	tetrafluorozirconium
Synonymes	fluorure de zirconium(IV)
No CAS	7783-64-4 15298-38-1 (monohydrate)
No ECHA	100.029.107
No CE	232-018-1
No RTECS	ZH7875000
PubChem	82216
SMILES	F[Zr](F)(F)F PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/4FH.Zr/h4*1H;/q;;;;+4/p-4 Std. InChIKey : OMQSJNWFFJOIMO-UHFFFAOYSA-J
Apparence	poudre blanche[1]
Propriétés chimiques
Formule	F4ZrZrF4
Masse molaire[2]	167,218 ± 0,002 g/mol F 45,45 %, Zr 54,55 %,
Propriétés physiques
T° fusion	910 °C[3] 640 à 1 184 °C[1]
T° ébullition	905 à 1 661 °C[1]
Masse volumique	4,43 g/cm3[3]
Cristallographie
Système cristallin	monoclinique[4]
Classe cristalline ou groupe d’espace	I2/c (no 15) [4] monoclinique Hermann-Mauguin : ${\displaystyle C~1~2/c~1\,}$ Hermann-Mauguin court : ${\displaystyle C2/c\,}$ Schoenflies : ${\displaystyle C_{2h}^{6}\,}$
Paramètres de maille	a = 957 pm, b = 993 pm, c = 773 pm, β = 94,28°[4]
Précautions
SGH[1]
Danger H314, P280, P310, P301+P330+P331, P303+P361+P353 et P305+P351+P338 H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P310 : Appeler immédiatement un CENTRE ANTIPOISON ou un médecin. P301+P330+P331 : En cas d'ingestion : rincer la bouche. NE PAS faire vomir. P303+P361+P353 : En cas de contact avec la peau (ou les cheveux) : enlever immédiatement les vêtements contaminés. Rincer la peau à l’eau/se doucher. P305+P351+P338 : En cas de contact avec les yeux : rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes. Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer.
NFPA 704[1]
0 3 1
Transport[1]
-    3260    Numéro ONU : 3260 : SOLIDE INORGANIQUE CORROSIF, ACIDE, N.S.A. Classe : 8 Étiquette : 8 : Matières corrosives Emballage : Groupe d'emballage II : matières moyennement dangereuses ;
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Le composé anhydre a une structure cristalline monoclinique stable, notée β, qui appartient au groupe d'espace I2/c (n^o 15, position 8) et a pour paramètres cristallins a = 957 pm, b = 993 pm, c = 773 pm et β = 94,28°^[4]. Il existe également une forme α tétragonale du groupe d'espace P4₂/m (n^o 84)^[6] ainsi qu'une forme γ non caractérisée^[7]. La forme β contient des unités ZrF₈ de géométrie antiprismatique carrée dans laquelle chaque atome de fluor est coordonné à deux atomes de zirconium. Le trihydrate ZrF₄·3H₂O a une structure dimère triclinique^[8], le monohydrate ayant quant à lui une structure cristalline tétragonale avec le groupe d'espace I42d (n^o 122)^[9].

On peut obtenir le fluorure de zirconium en faisant réagir du chlorure de zirconium(IV) ZrCl₄ avec du fluorure d'hydrogène HF^[5] :

ZrCl₄ + 4 HF ⟶ ZrF₄ + 4 HCl.

Il est également possible de le préparer en traitant du dioxyde de zirconium ZrO₂ avec de l'acide fluorhydrique HF^[5] :

ZrO₂ + 4 HF ⟶ ZrF₄ + 2 H₂O.

Il peut être purifié par distillation ou par sublimation^[10].

Utilisation

Le fluorure de zirconium entre dans la composition des verres fluorés ZBLAN (en).

Mélangé à d'autres fluorures, tels que par exemple le fluorure de lithium LiF et le fluorure de béryllium BeF₂ formant le FLiBe, c'est un liquide de refroidissement utilisé pour la conception de réacteurs nucléaires à sels fondus. Il entrait par exemple dans la conception du réacteur expérimental ARE (en) pour la propulsion nucléaire d'avions supersoniques dans les années 1950^[11] ainsi que de son successeur, le réacteur expérimental à sels fondus^[12] (MSRE). Mélangé avec du fluorure de sodium NaF, c'est un liquide réfrigérant possible pour réacteurs nucléaires à très haute température.

Notes et références

1. « Fiche du composé Zirconium(IV) fluoride, 99.9% (metals basis)  », sur Alfa Aesar (consulté le 30 décembre 2021).
2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
3. Fiche Sigma-Aldrich du composé Zirconium(IV) fluoride, consultée le 30 décembre 2021.
4. (en) C. Legein, F. Fayon, C. Martineau, M. Body, J.-Y. Buzaré, D. Massiot, E. Durand, A. Tressaud, A. Demourgues, O. Péron et B. Boulard, « ¹⁹F High Magnetic Field NMR Study of β-ZrF₄ and CeF₄:  From Spectra Reconstruction to Correlation between Fluorine Sites and ¹⁹F Isotropic Chemical Shifts », Inorganic Chemistry, vol. 45, n^o 26,‎ 22 novembre 2006, p. 10636-10641 (PMID 17173418, DOI 10.1021/ic061339a, lire en ligne)
5. (de) Georg Brauer, en collaboration avec Marianne Baudler, Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie, 3^e éd. révisée, vol. 1, Ferdinand Enke, Stuttgart 1975, p. 260. (ISBN 3-432-02328-6)
6. R. Papiernik, D. Mercurio et B. Frit, « Structure du tétrafluorure de zirconium, ZrF₄ α », Acta Crystallographica Section B, vol. B38,‎ 1982, p. 2347-2353 (DOI 10.1107/S0567740882008760, lire en ligne)
7. (en) OECD, Federico J. Mompean, Jane Perrone et Myriam Illemassène, Chemical Thermodynamics of Zirconium, Elsevier, 2005,p. 144. (ISBN 978-0080457536)
8. (en) R. L. Davidovich, M. A. Pushilin, V. B. Logvinova et A. V. Gerasimenko, « Crystal structure of monoclinic modifications of zirconium and hafnium tetrafluoride trihydrates », Journal of Structural Chemistry, vol. 54, n^o 3,‎ 2013, p. 541-546 (DOI 10.1134/S0022476613030104, lire en ligne)
9. (en) B. Kojic-Prodic, F. Gabela, Z. Ruzic-Toros et M. Sljukic, « Structure of aquatetrafluorozirconium(IV) », Acta Crystallographica Section B, vol. B37,‎ 1981, p. 1963-1965 (DOI 10.1107/S0567740881007772, lire en ligne)
10. (en) Ricardo C. Pastor et Morton Robinson pour DirecTV Group Inc, Raytheon Co, Brevet U.S. 4578252A : Method for preparing ultra-pure zirconium and hafnium tetrafluorides, déposé le 14 mai 1985, publié le 25 mars 1986, sur Google Patents.
11. (en) W. B. Cottrell, H. E. Hungerford, J. K. Leslie et J. L. Meem, Operation of the Aircraft Reactor Experiment, Oak Ridge National Laboratory, United States Atomic Energy Commission, 6 septembre 1955, DOI 10.2172/4237975.
12. (en) « Molten Salt Reactor Experiment », sur public.ornl.gov, Laboratoire national d'Oak Ridge, 2015 (consulté le 30 décembre 2021).

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