五氯化鉭

五氯化鉭(Tantalic Chloride)是化學式為TaCl₅的無機化合物。它是白色或黃色粉末，通常用作鉭化學中的原料。它容易水解形成TaOCl₃，最終形成五氧化二鉭（Ta₂O₅）。這需要使用無空氣技術在無水條件下合成和操作。

基本介紹

• 中文名：五氯化鉭
• 外文名：Tantalic Chloride
• CAS：7721-01-9
• 分子式：TaCl5
• 分子質量：358.21
• 熔點：216℃
• 沸點：242℃
• 相對密度：3.682

簡介

五氯化鉭（tantalic chloride）化學式TaCl₅。分子量358.21。白色或黃色晶狀粉末。熔點216℃，沸點242℃，相對密度3.6823.68g/cm³。可在二氧化碳或乾燥氯氣中升華。能溶於無水乙醇、氯仿，四氯化碳和氫氧化鉀，不溶於硫酸。在潮濕空氣或水中分解並生成鉭酸，製法：由五氧化鉭與碳的混合物在氯氣中加熱而得。應密封保存。用途：制光學玻璃、金屬鉭和碳化鉭的中間體。

結構

TaCl₅以單斜空間群C2/m結晶。十個氯原子定義了一對共享邊緣的八面體。鉭原子占據八面體的中心，並由兩個氯橋配體連線。二聚體結構保留在非絡合溶劑中，在很大程度上保持在熔融狀態。然而，在蒸氣狀態下，TaCl₅是單體。該單體採用三角雙錐結構，如PCl₅。

合成過程

五氯化鉭可以通過使粉末金屬鉭與氯氣在170-250℃之間反應來製備。該反應也可以使用400℃的HCl進行。

• 2Ta+5Cl₂→2TaCl₅
  
• 2Ta+10HCl→2TaCl₅+ 5H₂
  

它也可以通過五氧化二鉭和亞硫醯氯在240℃下的反應來製備

• Ta₂O₅+5SOCl₂→2TaCl₅+5SO₂
  

五氯化鉭是市售的，但是樣品可能被水解形成的鉭（V）氯氧化物（TaOCl₃）污染。

氫還原五氯化鉭製取鉭

在高於600℃的溫度下，氫可以還原鉭的五氯化物為相應的金屬。其還原方法有多種，如在加熱的基體載板上從氣相中沉積鉭以製取緻密金屬，或在沸騰床層中用氫還原鉭的氯化物製取球型鉭粉。更有前途的方法是將TaCI5用氫的電漿進行還原，以製取高純鉭的粉末或鍍層。用氫還原TaCl₅生產的超細金屬粉末可用於生產高比容電解電容器。

下圖為在1200~1400℃下用氫還原TaCl₅蒸氣使鉭沉積在鉭帶上的一種裝置。將TaCl₅蒸氣與H₂的混合物一起通入反應器，反應器中心置一鉭帶，直接通電將鈕金屬帶加熱到1200～1500℃。在加熱的鉭金屬帶表面上進行下述反應：

2TaCl₅+5H₂=2Ta+10HCl

氫氣還原五氯化鉭裝置

鉭在鉭金屬帶上的最佳沉積條件為：鉭帶溫度1200~1300℃，TaCI₅在氣體混和物中的濃度為約0.2%（體積）。鉭的沉積速度為2.5~3.6g/cm²·h。沉積所得到的鉭條可直接軋製成板材，也可在電子束爐中重新熔煉，或者通過氫化、破碎、脫氫等工序製得高純。金屬鉭粉。在這樣的條件下，氯化物的還原率為20~30%，未反應的TaCl₅蒸氣經冷凝後還可重新使用。

在氫等離子焰中進行五氯化鉭氫還原，反應溫度可高達2000~5000K，可得到粒度為1~10μm的金屬鉭粉。鉭粉粒形呈蛀蟲狀，表面光滑，純度很高，電性能良好，不易良燃，回收率超過90%，是一種很有前途的生產鉭粉的方法。