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Hydrogénophosphate de zirconium(IV)

composé chimique

L’hydrogénophosphate de zirconium, souvent appelé phosphate de zirconium, est un composé chimique de formule idéale Zr(HPO4)2. Il cristallise généralement sous forme d'hydrate Zr(HPO4)2·H2O rarement stœchiométrique du fait de sa tendance à polymériser. Des méthodes appropriées permettent cependant de produire des phosphates cristallisés aux compositions définies, comme l'orthophosphate de zirconium Zr3(PO4)4[4]. Les phosphates de zirconium sont étudiés avec attention en raison de leurs propriétés d'échange de cations[1],[5].

Hydrogénophosphate de zirconium(IV)
Identification
Synonymes

phosphate de zirconium β

No CAS 13772-29-7
No ECHA 100.033.987
No CE 237-401-7
PubChem 16213078
SMILES
InChI
Apparence solide blanc[1]
Propriétés chimiques
Formule H2O8P2Zr
Masse molaire[2] 283,183 ± 0,005 g/mol
H 0,71 %, O 45,2 %, P 21,88 %, Zr 32,21 %,
Propriétés physiques
Masse volumique 3,3 g/cm3[3] à 25 °C
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Structure

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L'hydrogénophosphate de zirconium(IV) est un solide blanc cristallisé selon une structure lamellaire. Il perd son eau de cristallisation de manière réversible à 110 °C et se décompose à 700 °C pour donner ZrP2O7. Il est peu soluble dans les acides minéraux concentrés, à l'exception de l'acide fluorhydrique[1]. La structure lamellaire du cristal permet d'accueillir une quantité variable d'eau de cristallisation, ce qui fait également varier l'espacement entre les feuillets[6]. La nomenclature des hydrates de l'hydrogénophosphate de zirconium déroge à la norme généralement appliquée dans la mesure où Zr(HPO4)2 anhydre est dit phosphate de zirconium β, Zr(HPO4)2·H2O monohydraté est dit phosphate de zirconium α et Zr(HPO4)2·2H2O dihydraté est dit phosphate de zirconium γ. Le phosphate de zirconium α présente une structure cristalline monoclinique du groupe d'espace P21c (no 14) avec pour paramètres cristallins a = 907,6 pm, b = 529,8 pm, c = 1 622 pm, β = 111,5° et Z = 4[7]. Le phosphate de zirconium γ cristallise également dans le système monoclinique[8].

Production et applications

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L'hydrogénophosphate de zirconium(IV) peut être obtenu en faisant réagir du chlorure de zirconyle octahydraté ZrOCl2·8H2O avec de l'acide phosphorique H3PO4[1].

Il est notamment employé pour préparer des composés lamellaires organique ou inorganique. Ses sels sont utilisés à grande échelle dans les domaines de la délivrance de médicaments[9], de la catalyse[10], des nanocomposites[11], de la gestion des déchets nucléaires[12], des applications de dialyse (en)[13], etc.

L'hydrogénophosphate de zirconium α Zr(HPO4)2·H2O peut être utilisé pour éliminer les ions Ca2+ et Mg2+ des solutions. L'hydrogénophosphate de zirconium γ Zr(HPO4)2·2H2O peut être utilisé pour l'échange d'ions avec des esters de phosphate[6].

Notes et références

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  1. ↑ a b c et d (de) Georg Brauer, en collaboration avec Marianne Baudler, Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie, 3e  éd. révisée, vol. 2, Ferdinand Enke, Stuttgart, 1978, p. 1385. (ISBN 3-432-87813-3)
  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) hydrogenphosphate, consultée le 20 décembre 2022.
    FDS : (en) « Zirconium(IV) hydrogenphosphate » [PDF], sur sigmaaldrich.com, Sigma-Aldrich, (consulté le )
  4. ↑ (en) A. I. Orlova, S. G. Samoĭlov, G. N. Kazantsev, V. Yu. Volgutov, D. M. Bykov, A. V. Golubev et E. Yu. Borovikova, « Investigation of zirconium phosphate Zr3(PO4)4 during heating », Crystallography Reports, vol. 54,‎ , p. 431-438 (DOI 10.1134/S1063774509030109, lire en ligne).
  5. ↑ (en) J. M. Troup et A. Clearfield, « Mechanism of ion exchange in zirconium phosphates. 20. Refinement of the crystal structure of α-zirconium phosphate », Inorganic Chemistry, vol. 16, no 12,‎ , p. 3311-3314 (DOI 10.1021/ic50178a065, lire en ligne).
  6. ↑ a et b (en) D. E. C. Corbridge, Phosphorus: Chemistry, Biochemistry and Technology, 6e  éd., Taylor & Francis Group, 2013, p. 291. (ISBN 978-1-4398-4088-7)
  7. ↑ (en) Abraham Clearfield et G. David Smith, « Crystallography and structure of α-zirconium bis(monohydrogen orthophosphate) monohydrate », Inorganic Chemistry, vol. 8, no 3,‎ , p. 431-436 (DOI 10.1021/ic50073a005, lire en ligne).
  8. ↑ (en) M. T. Averbuch-Pouchot et André Durif, Topics in Phosphate Chemistry, World Scientific, 1996, p. 92 sqq. (ISBN 978-981-02-2634-3)
  9. ↑ (en) Agustín Díaz, Amanda David, Riviam Pérez, Millie L. González, Adriana Báez, Stacey E. Wark, Paul Zhang, Abraham Clearfield et Jorge L. Colón, « Nanoencapsulation of Insulin into Zirconium Phosphate for Oral Delivery Applications », Biomacromolecules, vol. 11, no 9,‎ , p. 2465-2470 (PMID 20707305, PMCID 2942018, DOI 10.1021/bm100659p, lire en ligne).
  10. ↑ (en) U. Costantino, F. Marmottini, M. Curini et O. Rosati, « Metal exchanged layered zirconium hydrogen phosphate as base catalyst of the Michael reaction », Catalysis Letters, vol. 22,‎ , p. 333-336 (DOI 10.1007/BF00807241, lire en ligne).
  11. ↑ (en) Haixia Wu, Changhua Liu, Jianguang Chen, Yajuan Yang et Yun Chen, « Preparation and characterization of chitosan/α-zirconium phosphate nanocomposite films », Polymer International, vol. 59, no 7,‎ , p. 923-930 (DOI 10.1002/pi.2807, lire en ligne).
  12. ↑ (en) B. E. Scheetz, D. K. Agrawal, E. Breval et R. Roy, « Sodium zirconium phosphate (NZP) as a host structure for nuclear waste immobilization: A review », Waste Management, vol. 14, no 6,‎ , p. 489-505 (DOI 10.1016/0956-053X(94)90133-3, lire en ligne).
  13. ↑ (en) Allen Nissenson et Richard Fine, Clinical Dialysis, 4e  éd., McGraw-Hill Professional, 2005. (ISBN 978-0071419390)
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