خماسي كلوريد التنتالوم TaCl5

في الكيمياء إن مركب خماسي كلوريد التنتالوم ويطلق عليه كلوريد التنتالوم (V) هو عبارة عن مركب كيميائي غير عضوي يمتلك الصيغة الكيميائية التالية (TaCl5)، هذا المسحوق الأبيض هو مادة البداية الرئيسية في كيمياء التنتالوم، يتحلل بسهولة ويطلق حمض الهيدروكلوريك.

خماسي كلوريد التنتالوم

• يشكل خماسي كلوريد التنتالوم (TaCl5) بلورات بيضاء على شكل إبرة مائية، يتم إنتاجه على نطاق صناعي بكميات كبيرة بواسطة كلورة خردة التنتالوم أو الحديدوتانتالوم مع (NaFeCl4) أو عن طريق الكلورة المختزلة للخامات الطبيعية أو المواد الخام الاصطناعية، يتم تحلل خماسي كلوريد التنتالوم عالي النقاء بالبخار وبالتالي تحويله إلى (Ta2O5) بأعلى درجة نقاء، وقد تمت محاولة اختزال خماسي كلوريد التنتالوم مع المغنيسيوم أو الألمنيوم بشكل متكرر ولكن هذه العملية من نوع الثرمايت لم تحقق أي تطبيق صناعي.

• يتم تحضير خماسي كلوريد التنتالوم عن طريق تسخين معدن التنتالوم في الكلور، غالبًا ما تكون العينات ملوثة بأوكسي كلوريد التنتالوم (V) (TaOCl3)، المتكون من التحلل المائي أو من آثار الأكسجين أثناء التحضير، ويتم تنقية خماسي كلوريد التنتالوم بالتسامي لإعطاء إبر بيضاء

• خماسي كلوريد التنتالوم هو مسحوق بلوري أصفر شاحب، شديد التفاعل، يتحلل بالهواء الرطب، قابل للذوبان في محلول الكحول وهيدروكسيد البوتاسيوم، وهو قابل للذوبان في الكحول المطلق مكونًا الألكوكسيدات المقابلة، تعتبر الألكوكسيدات وكذلك الكلوريدات من المنتجات المناسبة لترسيب طبقات التنتالوم أو خامس أكسيد التنتالوم، يتم تحضير خماسي كلوريد التنتالوم من خلال عملية يتم فيها تسخين معدن التنتالوم بالكلور الزائد، وذلك تبعا للمعادلة الكيميائية التالية:

2Ta + 5Cl2 → 2TaCl5

خصائص خماسي كلوريد التنتالوم

• يمتلك خماسي كلوريد التنتالوم نقطة انصهار مقدارها 221 درجة مئوية، ونقطة الغليان 242 درجة مئوية، أما الكثافة 3.68 جم لكل مل عند 25 درجة مئوية، يظهر هذا المركب على شكل مسحوق ذو لون أبيض إلى أصفر باهت، وهو قابل للذوبان في الأثير ورابع كلوريد الكربون وحمض الكبريتيك وهيدروكسيد البوتاسيوم، ولكنه قليل الذوبان في الإيثانول، كما أنه قابل للذوبان في الماء (يتفاعل)، قد يظهر على صورة بلورات أحادية الميل صفراء، وهو استرطابي، يمكنه التسامي دون التحلل في جو الكلور.

• تزداد قابلية ذوبان خماسي كلوريد التنتالوم إلى حد ما بالنسبة للسلسلة التالية من الهيدروكربونات العطرية: البنزين <التولوين <م-زيلين <ميزتيلين، كما ينعكس في تعميق لون المحاليل من الأصفر الباهت إلى البرتقالي، ويكون خماسي كلوريد التنتالوم أقل قابلية للذوبان في الهكسان الحلقي ورابع كلوريد الكربون منه في الهيدروكربونات العطرية، ومن المعروف أيضًا أن مثل هذه المحاليل من خماسي كلوريد التنتالوم هي موصل ضعيف للكهرباء، مما يشير إلى القليل من التأين.

• خماسي كلوريد التنتالوم عبارة عن بلورات أحادية الميل صفراء وهو مركب استرطابي، يمتلك كثافة 3.68 جم لكل سم مكعب، ويذوب عند 216 درجة مئوية، كما ويتبخر عند 239.4 درجة مئوية، يتبلور خماسي كلوريد التنتالوم في مجموعة الفضاء أحادية الميل (C2 / م)، تحتوي خلية الوحدة على ستة جزيئات من (dimer Ta2Cl10)، في (dimer Ta2Cl10)، تحدد ذرات الكلور العشر زوجًا من ثماني الأوجه يشترك في حافة مشتركة، حيث تحتل ذرات التنتالوم مراكز الأوكتاهدرا وتربطها رابطة جسر الكلور.

• يتم الاحتفاظ بالبنية الخافتة في المذيبات غير المعقدة وإلى حد كبير في الحالة المنصهرة، ومع ذلك فإنه في حالة البخار يكون خماسي كلوريد التنتالوم أحاديًا، يعتمد هذا المونومر على هيكل ثلاثي الهرمي مثل هيكل خماسي كلوريد الفسفور ذو الصيغة الكيميائية التالية: (PCl5).

خماسي كلوريد التنتالوم في الكيمياء

• مادة خماسي كلوريد التنتالوم هي مادة إلكتروفيلية بقوة وتتصرف كمحفز من نوع (Friedel-Crafts)، على غرار كلوريد الألمنيوم (AlCl3)، ومن المعروف أن خماسي كلوريد التنتالوم يشكل مقاربات مع مجموعة متنوعة من الروابط، حيث أنه يشكل مجمعات مستقرة مع الإيثرات، وذلك تبعا للتفاعل الكيميائي  التالي حيث أن (R = Me, Et):

TaCl₅ + R₂O → TaCl₅(OR₂) 

• يتفاعل خماسي كلوريد التنتالوم أيضًا مع خماسي كلوريد الفوسفور وأوكسي كلوريد الفوسفور، والأول عبارة عن متبرع بالكلوريد والأخير بمثابة رابط عبر الأكسجين، وذلك تبعا للتفاعلات الكيميائية التالية:

TaCl₅ + PCl₅ → [PCl₄⁺][TaCl₆]

TaCl₅ + OPCl₃ → [TaCl₅(OPCl₃)]

• يتفاعل خماسي كلوريد التنتالوم مع الأمينات الثلاثية لإعطاء مقاربات بلورية كالتالي:

TaCl5 + 2 R3N → [TaCl5 (NMe3)

تفاعلات خماسي كلوريد التنتالوم

تفاعلات إزاحة الكلوريد

• يتفاعل خماسي كلوريد التنتالوم في درجة حرارة الغرفة مع وجود فائض من أكسيد ثلاثي فينيل الفوسفين لإعطاء أوكسي كلوريد:

TaCl5 + 3 OPPh3 → [TaOCl3 (OP (C6H5) 3] x…

• يتبع التكوين الأولي المفترض للعقبات بين خماسي كلوريد التنتالوم ومركبات الهيدروكسيل مثل الكحولات والفينولات والأحماض الكربوكسيلية على الفور التخلص من كلوريد الهيدروجين وتكوين روابط (Ta-O):

TaCl5 + 3 HOEt → TaCl2 (OEt) 3 + 3 HCl

• في وجود الأمونيا كمستقبل (HCl)، يتم تهجير جميع روابط الكلوريد الخمسة بتكوين (Ta (OEt)5) وبالمثل يتفاعل خماسي كلوريد التنتالوم مع ميثوكسيد الليثيوم في الميثانول اللامائي لتشكيل مشتقات الميثوكسي ذات الصلة:

TaCl5 + 5LiOMe → Ta (OMe) 4Cl + 4LiCl

تفاعلات تحلل النشادر وتفاعلات تكوين الأميد

• سوف تحل الأمونيا محل معظم روابط الكلوريد من خماسي كلوريد التنتالوم لإعطاء كتلة، ويتم إزاحة الكلوريد بشكل أبطأ بواسطة الأمينات الأولية أو الثانوية ولكن تم استبدال جميع مراكز الكلوريد الخمسة بمجموعات (amido) باستخدام الليثيوم ديالكياميدات:

TaCl5 + 5LiNR2 → Ta(NR2)5

• يتم اختزال خماسي كلوريد التنتالوم عن طريق دورات النيتروجين غير المتجانسة مثل البيريدين.

تفاعلات أخرى

• يتحلل خماسي كلوريد التنتالوم بالماء لتكوين خامس أكسيد التنتالوم المائي (Ta2O5 • nH2O) وحمض الهيدروكلوريك:

2TaCl5 + 5H2O → Ta2O5 + 10HCl

• يؤدي التفاعل مع حمض الهيدروفلوريك إلى إنتاج خماسي فلوريد التنتالوم:

TaCl5 + 5HF → TaF5 + 5HCl

• تتداخل أشكال خماسي كلوريد التنتالوم مع جزيئات المذيبات المانحة، أيضا، فإنه يشكل العديد من المجمعات والمشتقات العضوية المعدنية، التفاعلات مع الكحول في وجود أمين تشكل ألكوكسيدات ثنائية النواة، وهكذا مع وجود الإيثانول في وجود ثنائي إيثيل أمين فإنه يتم الحصول على إيثوكسيد التنتالوم ثنائي النواة (Ta2(OC2H5)10).

• يؤدي التفاعل مع ثنائي ميثيل الزنك إلى تكوين ثنائي كلورو تريميثيل التنتالوم، حيث يتم استبدال ثلاث ذرات كلور بمجموعات الميثيل:

2TaCl5 + 3Zn (CH3) 2 → 2 (CH3) 3TaCl2 + 3ZnCl2

• التفاعل مع الصوديوم الحلقي ينتج مكرر (سيكلوبنتادينيل) التنتالوم ثلاثي كلوريد:

TaCl5 + 2C5H5 Na → (C5H5) 2TaCl3 + 2NaCl

استخدامات خماسي كلوريد التنتالوم

• يستخدم خماسي كلوريد التنتالوم في تحضير محفز لتقسيم الحلقات المتعددة للألكينيدين، ومركبات الكلورو أريلوكسيد ولترسيب الطبقة الذرية المحسنة بالبلازما لأغشية نيتريد التنتالوم، كما ويعمل كمواد أولية لمركبات الكتلة (M6) ثماني السطوح الجديدة ذات الجسور الحواف والتي أجريت لها دراسات الإلكترون والثبات، ويشارك في تحضير أوكسي كلوريد التنتالوم (V)، وخامس أكسيد التنتالوم، علما أنه محب للكهرباء ويتصرف مثل محفز نوع (Friedel-Crafts) وذلك على غرار كلوريد الألومنيوم (III).

• إن خماسي كلوريد التنتالوم هو مصدر ممتاز من التنتالوم البلوري القابل للذوبان في الماء للاستخدامات المتوافقة مع الكلوريدات، ويستخدم لتكوين مركبات الكلورو أريلوكسيد المختلطة والتي تشكل مقاربات بيريدين أو الفوسفين مع هندسة مشوهة سداسية الإحداثيات، ويستخدم في تحضير محفز بسيط للتعدد الحلقي متعدد الألكينيدين، كما ويستخدم لترسب الطبقة الذرية المحسنة بالبلازما لأفلام نيتريد التنتالوم.