Войти
 . Ta O | |
| Имена | |
|---|---|
| Название IUPAC Оксид тантала (V) | |
| Систематическое название IUPAC Пентаоксид дитантала | |
| Идентификаторы | |
| Номер CAS | |
| 3D-модель (JSmol ) | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.013.854  |
| PubChem CID | |
| UNII | |
| Панель управления CompTox (EPA ) | |
InChI
| |
SMILES
| |
| Свойства | |
| Химическая формула | Ta2O5 |
| Молярная масса | 441,893 г / моль |
| Внешний вид | белый, без запаха порошок |
| Плотность | β-Ta 2O5= 8,18 г / см. α-Ta 2O5= 8,37 г / см |
| Температура плавления | 1872 ° C (3,402 ° F; 2145 K) |
| Растворимость в воде | пренебрежимо мала |
| Растворимость | не растворяется в органических растворителях и большинстве минеральных кислот, реагирует с HF |
| Ширина запрещенной зоны | 3,8–5,3 эВ |
| Магнитная восприимчивость (χ) | -32,0 × 10 см / моль |
| Показатель преломления (nD) | 2,275 |
| Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 N (что такое ?) | |
| Ссылки в информационном окне | |
Пентоксид тантала, также известный как оксид тантала (V), является неорганическим соединение с формулой Ta. 2O. 5. Это белое твердое вещество, не растворимое во всех растворителях, но подверженное действию сильных оснований и плавиковой кислоты. Ta. 2O. 5представляет собой инертный материал с высоким показателем преломления и низким поглощением (т.е. бесцветным), что делает его полезным для покрытий. Он также широко используется в производстве конденсаторов из-за его высокой диэлектрической постоянной.
Тантал встречается в минералах танталит и колумбит (колумбий - архаичное название ниобия), которые встречаются в пегматитах, образовании изверженных пород. Смеси колумбита и танталита получили название колтан. Танталит был обнаружен Андерсом Густавом Экебергом в Иттерби, Швеция, и Кимото, Финляндия. Минералы микролит и пирохлор содержат приблизительно 70% и 10% Ta соответственно.
Танталовые руды часто содержат значительные количества ниобия, который сам по себе является ценным металлом. Таким образом, оба металла извлекаются, чтобы их можно было продать. Общий процесс является одним из гидрометаллургии и начинается со стадии выщелачивания ; в котором руда обрабатывается плавиковой кислотой и серной кислотой для получения водорастворимых фторидов водорода, таких как гептафтортанталат. Это позволяет отделить металлы от различных неметаллических примесей в породе.
Затем гидрофлориды тантала и ниобия удаляются из водного раствора с помощью жидкости. - жидкая экстракция с использованием органических растворителей, таких как циклогексанон или метилизобутилкетон. Эта стадия позволяет просто удалить различные металлические примеси (например, железо и марганец), которые остаются в водной фазе в виде фторидов. Разделение тантала и ниобия затем достигается регулированием pH. Ниобий требует более высокого уровня кислотности, чтобы оставаться растворимым в органической фазе, и, следовательно, его можно селективно удалить экстракцией в менее кислую воду. Затем чистый раствор фтористого водорода тантала нейтрализуют водным аммиаком с получением гидратированного оксида тантала (Ta 2O5(H2O)x), который кальцинируют до пятиокиси тантала (Ta 2O5), как описано в этих идеализированных уравнениях:
Природный чистый оксид тантала известен как минерал тантит, хотя встречается крайне редко.
Оксид тантала часто используется в электронике, часто в виде тонких пленок. Для этих применений его можно получить с помощью MOCVD (или родственных технологий), который включает гидролиз его летучих галогенидов или алкоксидов :
Кристаллическая структура пентоксида тантала была предметом некоторых дискуссий. Объемный материал неупорядочен, является либо аморфным, либо поликристаллическим ; при этом монокристаллы трудно выращивать. По существу, рентгеновская кристаллография в значительной степени ограничена дифракцией на порошке, которая дает меньше структурной информации.
Известно, что существует не менее 2 полиморфов. Низкотемпературная форма, известная как L- или β-Ta 2O5, и высокотемпературная форма, известная как H- или α-Ta 2O5. Переход между этими двумя формами медленный и обратимый; происходит при температуре от 1000 до 1360 ° C со смесью структур, существующих при промежуточных температурах. Структуры обоих полиморфов состоят из цепочек, построенных из октаэдрических многогранников TaO 6 и пятиугольных бипирамидальных многогранников TaO 7, имеющих противоположные вершины; которые в дальнейшем объединяются путем разделения ребер. Общая кристаллическая система является ромбической в обоих случаях, причем пространственная группа β-Ta 2O5идентифицирована как Pna2 с помощью дифракции рентгеновских лучей на монокристалле. Также сообщалось о форме высокого давления (Z-Ta 2O5), в которой атомы Ta принимают 7-координатную геометрию, чтобы дать моноклинную структуру (пространственная группа C2).
Чисто аморфный пятиокись тантала имеет подобную локальную структуру кристаллическим полиморфам, построенным из полиэдров TaO 6 и TaO 7, тогда как расплавленная жидкая фаза имеет отчетливую структуру, основанную на нижних координационных полиэдрах, в основном TaO 5 и TaO 6.
. Сложность формирования материала с однородной структурой привела к вариациям в его заявленных свойствах. Как и многие оксиды металлов, Ta 2O5является изолятором , и его запрещенная зона, по различным сообщениям, составляет от 3,8 до 5,3 эВ, в зависимости от метода производства. В общем, чем более аморфный материал, тем больше наблюдаемая ширина запрещенной зоны. Эти наблюдаемые значения значительно выше, чем предсказанные вычислительной химией (2,3 - 3,8 эВ).
Его диэлектрическая постоянная обычно составляет около 25, хотя значения более 50 имеют было сообщено. Обычно пятиокись тантала считается диэлектрическим материалом с высоким k.
Ta2O5не реагирует в значительной степени ни с HCl, ни с HBr, однако он растворяется в плавиковой кислоте и реагирует с бифторидом калия и HF в соответствии с следующее уравнение:
Ta2O5может быть восстановлен до металлического Ta за счет использования металлических восстановителей, таких как кальций и алюминий.
Несколько танталовых конденсаторов 10 мкФ × 30 В постоянного тока , твердотельные, с эпоксидным покрытием. Полярность четко обозначена. Благодаря высокой запрещенной зоне и диэлектрической постоянной пятиокись тантала обнаружила множество применений в электронике, особенно в танталовых конденсаторах. Они используются в автомобильной электронике, сотовых телефонах и пейджерах, электронных схемах; тонкопленочные компоненты; и высокоскоростные инструменты. В 1990-х годах возрос интерес к использованию оксида тантала в качестве диэлектрика с высоким k для конденсаторов DRAM.
Он используется во встроенных в кристаллы металлических устройствах. изолятор-металлические конденсаторы для высокочастотных КМОП интегральных схем. Оксид тантала может найти применение в качестве слоя улавливания заряда для энергонезависимой памяти. Оксид тантала применяется в запоминающих устройствах с резистивной коммутацией.
Из-за высокого показателя преломления Ta 2O5был использован при изготовлении стекло из фотообъективов.
