Tlenek tantalu (V) | |
__ Ta 5+ __ O 2− Sieć krystaliczna tlenku tantalu (V) |
|
Identyfikacja | |
---|---|
N O CAS | |
N O ECHA | 100.013.854 |
N O WE | 215-238-2 |
N O RTECS | WW5855000 |
PubChem | 518712 |
UŚMIECHY |
O = [Ta] (= O) O [Ta] (= O) = O , |
InChI |
Std. InChI: InChI = 1S / 5O.2Ta Std. InChIKey: PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N |
Wygląd | bezwonny biały proszek |
Właściwości chemiczne | |
Brute formula | Ta 2 O 5 |
Masa cząsteczkowa | 441,8928 ± 0,0015 g / mol O 18,1%, Ta 81,9%, |
Właściwości fizyczne | |
T ° fuzja | 1872 ° C |
Rozpuszczalność | < 10 mg · L -1 do 20 ° C |
Masa objętościowa | 8,2 g · cm -3 |
Związki pokrewne | |
Inne związki | |
Jednostki SI i STP, chyba że określono inaczej. | |
Tantalu (V), tlenek lub pięciotlenek tantalu , jest związek chemiczny o wzorze Ta 2 O 5. Występuje jako bezwonne, białe ciało stałe, które jest nierozpuszczalne we wszystkich rozpuszczalnikach, ale które może zostać zaatakowane przez mocne zasady i kwas fluorowodorowy HF (aq). Jest to materiał obojętny o wysokim współczynniku załamania światła i niskim współczynniku pochłaniania, co czyni go materiałem stosowanym na powłoki. Jest również szeroko stosowany do produkcji kondensatorów ze względu na wysoką przenikalność .
Tantal znajduje się w tantalicie i kolumbicie - kolumbij to przestarzała nazwa niobu - obecny w pegmatytach , skałach magmowych . Mieszaniny tantalitu i kolumbitu nazywane są koltanem . Microlite i pirochlor odpowiednio zawierają około 70 do 10% tantalu.
Do minerałów z tantalu zazwyczaj zawierają znaczące ilości niobu, który sam jest cennym metalu, więc oba te metale są wydzielane do celów handlowych. Cały proces jest hydrometalurgiczny i rozpoczyna się od etapu ługowania, w którym metal poddaje się obróbce kwasem fluorowodorowym i siarkowym w celu wytworzenia rozpuszczalnych w wodzie fluorowodorów, aby umożliwić oddzielenie metalu. Te metale od różnych niemetalicznych zanieczyszczeń zawartych w skałach:
(FeMn) (NbTa) 2 O 6+ 16 HF → H 2 [TaF 7 ]+ H 2 [NbOF 5 ]+ FeF 2+ MnF 2+ 6 H 2 O.Fluorowodory tantalu i niobu usuwa się z roztworu wodnego metodą ekstrakcji ciecz-ciecz za pomocą rozpuszczalników organicznych, takich jak cykloheksanon lub keton metylowo-izobutylowy . Ten etap umożliwia łatwe usunięcie różnych zanieczyszczeń metalicznych, takich jak żelazo i mangan, które pozostają w fazie wodnej w postaci fluorków . Następnie przeprowadza się oddzielenie tantalu i niobu przez dostosowanie pH . Niob wymaga większej kwasowości, aby pozostać w roztworze i dlatego może być selektywnie usuwany przez ekstrakcję w mniej kwaśnej wodzie. Czysty roztwór fluorowodoru tantalu jest następnie neutralizowany amoniakiem, aby uzyskać wodorotlenek tantalu (V) Ta (OH) 5który można ostatecznie kalcynować do tlenku tantalu (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.Tlenek tantalu (V) jest powszechnie stosowany w elektronice w postaci cienkich warstw . Dla tych zastosowań, może on być wytwarzany przez epitaksję z fazy gazowej metaloorganicznych (MOCVD), lub powiązanych procesów, co wiąże się hydrolizie z lotnych halogenków lub alkoholami , takimi jak etanolan tantalu (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 HCl .Struktury krystalicznej tlenku tantalu (V) jest nieco omawiane. Ciało stałe jest brudne, bezpostaciowe lub polikrystaliczne . Pojedyncze kryształy są trudne w uprawie. Badanie metodą krystalografii rentgenowskiej ograniczało się do dyfrakcji proszkowej, która dostarcza mniej informacji strukturalnych. Zidentyfikowano co najmniej dwa polimorfy : postać niskotemperaturowa, znana jako L - lub β-Ta 2 O 5i postać wysokotemperaturowa zwana H - lub α-Ta 2 O 5. Przejście między tymi dwiema formami, co odbywa się od 1000 do 1360 ° C , jest powolna i odwracalne, obie formy współistniejącą między tymi dwiema temperaturami. Te dwa polimorfy składają się z łańcuchów zbudowanych z ośmiościanów TaO 6i pięciokątne bipiramidy TaO 7wspólne krawędzie i ich przeciwległe wierzchołki. Układzie krystalicznym jest rombowy The grupa przestrzenna z p-Ta 2 O 5będący Pna 2 w obu przypadkach na podstawie rentgenowskiej analizy dyfraktometrycznej pojedynczego kryształu. Opublikowano również postać wysokociśnieniową, w której atomy tantalu przyjmują geometrię koordynacji 7, aby uzyskać strukturę jednoskośną (grupa przestrzenna C2).
Uzyskanie materiału o jednorodnej strukturze jest trudne, co doprowadziło do publikacji różnych właściwości tlenku tantalu (V). Twoje 2 O 2jest izolatorem elektrycznym o niedozwolonej szerokości pasma , którego publikowana wartość waha się między 3,8 a 5,3 eV w zależności od trybu produkcji. Ogólnie rzecz biorąc, im bardziej amorficzny materiał, tym szerszy jest jego zakazany pas. Należy zauważyć, że wartości eksperymentalne są znacznie wyższe niż wartości obliczone z modeli komputerowych ( 2,3 do 3,8 eV ).
Dielektryczna tlenku tantalu (V) jest rzędu 25 ° C, jednak wartości powyżej 50 również zostały opublikowane. Ten materiał jest ogólnie uważany za dielektryk o wysokim współczynniku κ .
Tlenek tantalu (V) nie reaguje znacząco z kwasem solnym HCl ani z kwasem bromowodorowym HBr, ale rozpuszcza się w kwasie fluorowodorowym HF i reaguje z wodorofluorkiem potasu KHF 2 i kwas fluorowodorowy HF, jak następuje:
Ta 2 O 5+ 4 KHF 2+ 6 HF → 2 K 4 [TaF 7 ]+ 5 H 2 O.Ta 2 O 5można zredukować do metalicznego tantalu za pomocą metalicznych środków redukujących, takich jak wapń i glin :
Ta 2 O 5+ 5 Ca → 2 Ta + 5 CaO .Ze względu na dużą szczelinę i wysoką przenikalność , tlenek tantalu (V) jest używany w wielu różnych zastosowaniach elektronicznych, zwłaszcza w kondensatorach tantalowych ( cale ) . Są one stosowane w budownictwie samochodowym , telefonach komórkowych , pagerach , obwodach elektronicznych , cienkich warstwach elementów elektronicznych i elektronice mikrofalowej. W 1990, zainteresowanie tlenku tantalu (V) wzrósł w zakresie zastosowań, takich jak dielektrycznej wysokiej kappa do kondensatorów z pamięci DRAM . Stosowany jest w kondensatorach on-chip metal - izolator - metalowych w mikrofalowych układach scalonych CMOS .
Ze względu na wysoki współczynnik załamania światła tlenek tantalu (V) został użyty do produkcji szkła do obiektywów fotograficznych .