Tantal(V) chloride

Tantal(V) chloride
Danh pháp IUPAC	Tantalum(V) chloride; Tantalum pentachloride
Tên khác	Tantal pentachloride
Nhận dạng
PubChem	24394
Số EINECS	231-755-6
Ảnh Jmol-3D	ảnh
SMILES	đầy đủ Cl[Ta](Cl)(Cl)(Cl)Cl ;
InChI	đầy đủ 1S/5ClH.Ta/h5*1H;/q;;;;;+5/p-5;
UNII	9WXV40ZI4M
Thuộc tính
Công thức phân tử	TaCl5
Khối lượng mol	358,2105 g/mol
Bề ngoài	tinh thể đơn nghiêng màu trắng
Khối lượng riêng	3,68 g/cm³
Điểm nóng chảy	216 °C (489 K; 421 °F)
Điểm sôi	239,4 °C (512,5 K; 462,9 °F) (phân hủy)
Độ hòa tan trong nước	phản ứng
Độ hòa tan	chloroform, CCl4; tạo phức với amonia
MagSus	+1400×10−6 cm³/mol
Cấu trúc
Cấu trúc tinh thể	đơn nghiêng, mS72
Nhóm không gian	C2/m, No. 12
Nhiệt hóa học
Enthalpy; hình thành ΔfHo298	-858,98 kJ/mol
Entropy mol tiêu chuẩn So298	221,75 J K−1 mol−1
Các nguy hiểm
NFPA 704	0 3 0
Điểm bắt lửa	không bắt lửa
LD50	1900 mg/kg (đường miệng, chuột)
Ký hiệu GHS
Báo hiệu GHS	Danger
Chỉ dẫn nguy hiểm GHS	H302, H314
Chỉ dẫn phòng ngừa GHS	P280, P305+P351+P338, P310
Các hợp chất liên quan
Anion khác	Tantal(V) fluoride; Tantal(V) bromide; Tantal(V) iodide
Cation khác	Vanadi(V) chloride; Niobi(V) chloride
Hợp chất liên quan	Tantal(III) chloride; Tantal(IV) chloride
	Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 °C [77 °F], 100 kPa). kiểm chứng (cái gì ?) Tham khảo hộp thông tin

Tantal(V) chloride, hay tantal pentachloride, là một hợp chất vô cơ có công thức hóa học TaCl₅. Nó có dạng bột màu trắng và thường được sử dụng làm nguyên liệu ban đầu trong hóa học tantal. Nó dễ bị thủy phân, tạo thành tantal(V) oxychloride (TaOCl₃) và tantal(V) oxide (Ta₂O₅); điều này đòi hỏi nó phải được tổng hợp và sử dụng trong điều kiện khan, sử dụng các kỹ thuật không có không khí.

Cấu trúc[sửa | sửa mã nguồn]

TaCl₅ kết tinh trong nhóm không gian thuộc hệ tinh thể đơn nghiêng C2/m.^[2] Mười nguyên tử chlor xác định cặp bát diện có chung cạnh. Các nguyên tử tantal chiếm các tâm của bát diện và được nối với nhau bằng hai cầu nối chlor. Cấu trúc dimer tồn tại trong các dung môi không phức tạp và phần lớn ở trạng thái nóng chảy. Tuy nhiên, ở trạng thái hơi, TaCl₅ là monomer. Monomer này có cấu trúc lưỡng chóp tam giác, giống như cấu trúc của PCl₅.^[3]

Tính chất vật lý[sửa | sửa mã nguồn]

Độ tan của tantal(V) chloride tăng nhẹ đối với dãy hydrocarbon thơm sau:

benzen < toluen < m-xylen < mesitylen

Điều này thể hiện ở việc dung dịch có màu đậm dần từ vàng nhạt sang cam. Tantal(V) chloride ít tan trong cyclohexan và carbon tetrachloride hơn trong các hydrocarbon thơm. Các dung dịch như vậy của tantal(V) chloride là chất dẫn điện kém, cho thấy khả năng bị ion hóa thấp. TaCl₅ được tinh chế bằng cách thăng hoa để tạo ra các tinh thể hình kim màu trắng.

Tantal(V) chloride có thể được điều chế bằng phản ứng của tantal dạng bột với khí chlor ở nhiệt độ giữa 170 và 250 °C. Phản ứng này cũng có thể được thực hiện với HCl ở 400 °C.^[4]

2 Ta + 5 Cl₂ → 2 TaCl₅

2 Ta + 10 HCl → 2 TaCl₅ + 5 H₂

Nó cũng có thể được điều chế bằng phản ứng giữa tantal(V) oxide và thionyl chloride ở 240 °C.

Ta₂O₅ + 5 SOCl₂ → 2 TaCl₅ + 5 SO₂

Tantal(V) chloride có sẵn trên thị trường, tuy nhiên các mẫu có thể bị nhiễm tantal(V) oxychloride (TaOCl₃), được tạo thành do quá trình thủy phân.

Phản ứng[sửa | sửa mã nguồn]

TaCl₅ là chất điện di và nó hoạt động giống như chất xúc tác Friedel–Crafts, tương tự như AlCl₃. Nó tạo thành các phức hợp với nhiều base Lewis.^[5]

Phức hợp đơn giản[sửa | sửa mã nguồn]

TaCl₅ tạo phức ổn định với ether:

TaCl₅ + R₂O → TaCl₅(OR₂) (R = Me, Et)

TaCl₅ cũng phản ứng với phosphor pentachloride và phosphoryl trichloride, chất trước đóng vai trò là chất cho chloride và chất sau đóng vai trò phối tử, liên kết qua oxy:

TaCl₅ + PCl₅ → PCl⁺
₄TaCl⁻
₆

TaCl₅ + POCl₃ → TaCl₅·POCl₃ (tinh thể không màu)^[6]

Tantal(V) chloride phản ứng với các amin bậc ba để tạo ra các phức hợp kết tinh.

TaCl₅ + 2R₃N → TaCl₅(NR₃)

Phản ứng chuyển vị chloride[sửa | sửa mã nguồn]

Tantal(V) chloride phản ứng ở nhiệt độ phòng với lượng dư triphenylphosphine oxide để tạo ra phức hợp oxychloride:

TaCl₅ + 3 OPPh₃ → [TaOCl₃(OPPh₃)]_x

Sự hình thành ban đầu được cho là của các chất cộng giữa TaCl₅ và các hợp chất hydroxyl như rượu, phenol và acid carboxylic được tạo ra bởi quá trình loại bỏ hydro chloride và hình thành liên kết Ta–O:

TaCl₅ + 3 HOEt → TaCl₂(OEt)₃ + 3 HCl

Với sự có mặt của amonia như một chất nhận HCl, tất cả năm phối tử chloride đều bị thay thế với sự hình thành Ta(OEt)₅. Tương tự, TaCl₅ phản ứng với lithi methoxide trong methanol khan để tạo thành các dẫn xuất methoxy có liên quan:

TaCl₅ + 4 LiOMe → Ta(OMe)₄Cl + 4 LiCl

Phân giải amoni, phân giải rượu và các phản ứng liên quan[sửa | sửa mã nguồn]

Amonia sẽ thay thế hầu hết các phối tử chloride khỏi TaCl₅ để tạo thành chất. Chloride bị chiếm chỗ chậm hơn bởi các amin bậc một hoặc bậc hai nhưng việc thay thế cả năm phối tử chloride bằng các nhóm amido có thể thực hiện bằng cách sử dụng lithi dialkylamide, như được minh họa bằng quá trình tổng hợp pentakis(dimetylamido)tantal:

TaCl₅ + 5 LiNMe₂ → Ta(NMe₂)₅

Với rượu, pentachloride phản ứng để tạo ra alkoxide. Như phương pháp điều chế tantal(V) ethoxide ở trên, các phản ứng thường được tiến hành với sự có mặt của bazơ:

10 EtOH + Ta₂Cl₁₀ + 10 NH₃ → Ta₂(OEt)₁₀ + 10 NH₄Cl

Tantal(V) chloride bị khử bởi các chất dị vòng nitơ như pyridin.

Phản ứng tạo phức với amonia[sửa | sửa mã nguồn]

Phản ứng của TaCl₅ với NH₃ ở điều kiện thường sẽ cho sản phẩm là các phức hợp:

TaCl₅ + 17 NH₃ → Ta(NH₂)₂Cl₃·7NH₃ + 2 NH₄Cl·3NH₃

Nếu phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ thấp, phức TaCl₅·12NH₃ sẽ được tạo thành ở −81,5 °C (−114,7 °F; 191,7 K). Tăng nhiệt độ lên −67,5 °C (−89,5 °F; 205,7 K) sẽ tạo ra TaCl₅·10NH₃, ở −44 °C (−47 °F; 229 K) phức TaCl₅·7NH₃ được tạo thành. Cả ba phức amonia đều có màu trắng. Phức heptaamonia bị phân hủy ở 0 °C (32 °F; 273 K).^[7]

TaCl₅·7NH₃ → Ta(NH₂)₂Cl₃·3NH₃ + 2 NH₄Cl

Sự khử[sửa | sửa mã nguồn]

Khử tantal(V) chloride sẽ tạo ra các anion và hợp chất như Ta₆Cl₁₈⁴⁻ và Ta₆Cl₁₄(H₂O)_n, với n =4^[8], 7, 8^[9].

Cấu trúc của cụm bát diện có cạnh (như Ta₆Cl₁₈²⁻).^[10]

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

^ Lide, David R. biên tập (2006). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ấn bản 87). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 0-8493-0487-3.
^ Rabe, Susanne; Müller, Ulrich (2000). “Crystal structure of tantalum pentachloride, (TaCl₅)₂”. Z. Kristallogr. - New Cryst. Struct. 215 (1): 1–2. doi:10.1515/ncrs-2000-0102.
^ F. Fairbrother (1967). The Chemistry of Niobium and Tantalum. Elsevier.
^ Young, Ralph C.; Brubaker, Carl H. (1952). “Reaction of Tantalum with Hydrogen Chloride, Hydrogen Bromide and Tantalum Pentachloride; Action of Hydrogen on Tantalum Pentachloride”. Journal of the American Chemical Society. 74 (19): 4967. doi:10.1021/ja01139a524.
^ F. A. Cotton, G. Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry (4th ed.
^ Tantalum: The compounds. sect. 1. Compounds and systems from tantalum and the noble gases to tantalum and bismuth (bằng tiếng Đức). Verlag Chemie. 1970. tr. 271.
^ Spacu, P. (14 tháng 5 năm 1937). “Über die Einwirkung des Ammoniaks auf Tantalpentachlorid”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (bằng tiếng Đức). 232 (3): 225–228. doi:10.1002/zaac.19372320302.
^ Duraisamy, Thirumalai; Hay, Daniel N. T.; Messerle, Louis (2014). “Octahedral Hexatantalum Halide Clusters”. Inorganic Syntheses: Volume 36. Inorganic Syntheses. 36. tr. 1–8. doi:10.1002/9781118744994.ch1. ISBN 9781118744994.
^ Inorganic Syntheses, Volume 34 (John Wiley & Sons, 12 thg 7, 2004 - 288 trang).
^ Thaxton, C. B.; Jacobson, R. A. (1971). “The Crystal Structure of H₂(Ta₆Cl₁₈)(H₂O)₆”. Inorganic Chemistry. 10: 1460–1463. doi:10.1021/ic50101a029.

Đọc thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Ozin, G. A.; Walton, R. A. (1970). “Vibrational spectra and structures of the 1:1 complexes of niobium and tantalum, pentachlorides and tantalum pentabromide with aceto-, perdeuterioaceto-, and propionitriles in the solid and solution states and a vibrational analysis of the species MX₅, NC·CY₃ (Y = H or D)”. J. Chem. Soc. A: 2236–2239. doi:10.1039/j19700002236.
Bullock, J. I.; Parrett, F. W.; Taylor, N. J. (1973). “Some metal halide–phosphorus halide–alkyl halide complexes. Part II. Reactions with niobium and tantalum pentachlorides and tungsten hexachloride”. J. Chem. Soc., Dalton Trans. (5): 522–524. doi:10.1039/DT9730000522.
Đorđević, C.; Katović, V. (1970). “Co-ordination complexes of niobium and tantalum. Part VIII. Complexes of niobium(IV), niobium(V), and tantalum(V) with mixed oxo, halogeno, alkoxy, and 2,2′-bipyridyl ligands”. J. Chem. Soc. A: 3382–3386. doi:10.1039/j19700003382.
Cowley, A.; Fairbrother, F.; Scott, N. (1958). “The halides of niobium (columbium) and tantalum. Part V. Diethyl ether complexes of the pentachlorides and pentabromides; the solubility of tantalum pentaiodide in ether”. J. Chem. Soc.: 3133–3137. doi:10.1039/JR9580003133.