Oxid de tantal (V) | |
__ Ta 5+ __ O 2− Rețea cristalină de oxid de tantal (V) |
|
Identificare | |
---|---|
N o CAS | |
N o ECHA | 100.013.854 |
N o EC | 215-238-2 |
N o RTECS | WW5855000 |
PubChem | 518712 |
ZÂMBETE |
O = [Ta] (= O) O [Ta] (= O) = O , |
InChI |
Std. InChI: InChI = 1S / 5O.2Ta Std. InChIKey: PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N |
Aspect | pulbere albă inodoră |
Proprietăți chimice | |
Formula brută | Ta 2 O 5 |
Masă molară | 441,8928 ± 0,0015 g / mol O 18,1%, Ta 81,9%, |
Proprietăți fizice | |
T ° fuziune | 1.872 ° C |
Solubilitate | < 10 mg · L -1 până la 20 ° C |
Masa volumică | 8,2 g · cm -3 |
Compuși înrudiți | |
Alți compuși | |
Unități de SI și STP, cu excepția cazului în care se prevede altfel. | |
Tantal (V) oxid sau tantal pentoxid , este un compus chimic cu formula Ta 2 O 5. Se prezintă sub forma unui solid alb, inodor, insolubil în toți solvenții, dar care poate fi atacat de baze puternice și acid fluorhidric HF (aq). Este un material inert care are un indice de refracție ridicat și un coeficient de absorbție scăzut, ceea ce îl face un material utilizat pentru acoperiri. De asemenea, este utilizat pe scară largă pentru fabricarea condensatoarelor datorită permitivității sale ridicate.
Tantalul se găsește în tantalit și columbit - columbiul fiind un nume învechit pentru niobiu - prezent în pegmatite , roci magmatice . Amestecurile de tantalit și columbit se numesc coltan . Microlite și piroclor respectiv conțin aproximativ 70 până la 10% tantal.
De mineralele din tantal conțin , în general cantități semnificative de niobiu, care este ea însăși un metal prețios, astfel încât aceste două metale sunt extrase în scopuri comerciale. Întregul proces este hidrometalurgic și începe cu o etapă de levigare în care metalul este tratat cu acid fluorhidric și acid sulfuric pentru a produce fluoruri de hidrogen solubile în apă pentru a permite separarea metalului.aceste metale de diferitele impurități nemetalice conținute în roci:
(FeMn) (NbTa) 2 O 6+ 16 HF → H 2 [TaF 7 ]+ H 2 [NbOF 5 ]+ FeF 2+ MnF 2+ 6 H 2 O.Tantalul și fluorurile de hidrogen de niobiu sunt îndepărtate din soluția apoasă prin extracție lichid-lichid folosind solvenți organici precum ciclohexanonă sau metil izobutil cetonă . Această etapă face posibilă îndepărtarea cu ușurință a diferitelor impurități metalice, cum ar fi fierul și manganul, care rămân în faza apoasă sub formă de fluoruri . Separarea tantalului și niobiului se realizează apoi prin ajustarea pH - ului . Niobiul necesită o aciditate mai mare pentru a rămâne în soluție și, prin urmare, poate fi îndepărtat selectiv prin extracție în apă mai puțin acidă. Soluția pură de fluorură de hidrogen de tantal este apoi neutralizată cu amoniac pentru a da hidroxid de tantal (V) Ta (OH) 5care poate fi în cele din urmă calcinată în oxid de tantal (V) Ta 2 O 5 :
H 2 [TaF 7 ]+ 5 H 2 O+ 7 NH 3→ Ta (OH) 5+ 7 NH 4 F, 2 Ta (OH) 5→ Ta 2 O 5+ 5 H 2 O.Oxidul de tantal (V) este utilizat în mod obișnuit în electronică sub formă de pelicule subțiri . Pentru aceste aplicații, poate fi produs prin epitaxie fază de vapori organometalic (MOCVD) sau procese înrudite, care implică hidroliza de volatile halogenuri sau alcoolați , cum ar fi etanolat tantal (V) Ta 2 (OEt) 10 :
Ta 2 (OEt) 10+ 5 H 2 O→ Ta 2 O 5+ 10 EtOH 2 TaCl 5+ 5 H 2 O→ Ta 2 O 5+ 10 HCI .Structura cristalină a oxidului de tantal (V) a fost oarecum discutată. Materialul solid este dezordonat, fiind amorf sau policristalin . Cristalele unice sunt greu de crescut. Studiul prin cristalografie cu raze X a fost limitat la difracția pulberii , care oferă mai puține informații structurale. Au fost identificate cel puțin două polimorfe : o formă cu temperatură scăzută, cunoscută sub numele de L - sau β-Ta 2 O 5, și o formă de temperatură ridicată numită H - sau α-Ta 2 O 5. Tranziția între aceste două forme, care are loc de la 1000 acompaniat de 1360 ° C , este lent și reversibil, cele două forme coexistând între aceste două temperaturi. Aceste două polimorfe constau din lanțuri construite din octaedre TaO 6și bipiramide pentagonale TaO 7împărțind o margine și vârfurile lor opuse. Sistemul de cristal este ortorombic , grupul spațial al β-Ta 2 O 5fiind Pna 2 în ambele cazuri pe baza analizei difractometrice cu raze X cu un singur cristal. A fost publicată și o formă de presiune ridicată, în care atomii de tantal adoptă o geometrie de coordonare 7 pentru a da o structură monoclinică (grupul spațial C2).
Este dificil să se obțină un material cu o structură omogenă, ceea ce a condus la publicarea proprietăților variabile pentru oxidul de tantal (V). Al tău 2 O 2este un izolator electric cu o lățime de bandă interzisă , a cărui valoare publicată variază între 3,8 și 5,3 eV în funcție de modul de producție. În general, cu cât materialul este mai amorf, cu atât este mai largă banda interzisă. Trebuie remarcat faptul că valorile experimentale sunt semnificativ mai mari decât valorile calculate din modelele computerizate ( 2,3 până la 3,8 eV ).
Permitivitatea de oxid de tantal (V) este de ordinul a 25, cu toate că valori peste 50 au fost publicate. Acest material este în general considerat a fi un dielectric cu conținut ridicat de κ .
Oxidul de tantal (V) nu reacționează semnificativ cu acidul clorhidric HCl și nici cu acidul bromhidric HBr, ci se dizolvă în acidul fluorhidric HF și reacționează cu bifluorura de potasiu KHF 2 și acid fluorhidric HF după cum urmează:
Ta 2 O 5+ 4 KHF 2+ 6 HF → 2 K 4 [TaF 7 ]+ 5 H 2 O.Ta 2 O 5poate fi redus la tantal metalic folosind agenți reducători metalici precum calciu și aluminiu :
Ta 2 O 5+ 5 Ca → 2 Ta + 5 CaO .Datorită decalajului și permitivității sale ridicate , oxidul de tantal (V) este utilizat într-o mare varietate de aplicații electronice, în special în condensatoarele de tantal (în) . Acestea sunt utilizate în construcții auto , telefoane mobile , pagere , circuite electronice , filme subțiri de componente electronice și electronice cu microunde. În anii 1990, interesul pentru oxidul de tantal (V) a crescut în domeniul aplicațiilor, cum ar fi dielectric high-κ pentru condensatorii de DRAM . Este utilizat în condensatoare metalice - izolatoare - metalice pentru circuite integrate CMOS cu microunde.
Datorită indicelui său de refracție ridicat , oxidul de tantal (V) a fost utilizat la fabricarea sticlei pentru obiective fotografice .