五氯化钽的结构及制备

背景及概述

五氯化钽，是一种无机化合物，化学式为TaCl5，为白色结晶性粉末，溶于无水酒精、氯仿、四氯化碳、二硫化碳、硫酚和氢氧化钾，主要用作有机化合物的氯化剂、化学中间体及用于制备钽等。

结构

TaCl5以单斜空间群C2/m结晶。十个氯原子定义了一对共享边缘的八面体。钽原子占据八面体的中心，并由两个氯桥配体连接。二聚体结构保留在非络合溶剂中，在很大程度上保持在熔融状态。然而，在蒸气状态下，TaCl5是单体。该单体采用三角双锥结构，如PCl5。

合成过程

五氯化钽可以通过使粉末金属钽与氯气在170-250℃之间反应来制备。该反应也可以使用400℃的HCl进行。它也可以通过五氧化二钽和亚硫酰氯在240℃下的反应来制备[1]。

氢还原五氯化钽制取钽：在高于600℃的温度下，氢可以还原钽的五氯化物为相应的金属。其还原方法有多种，如在加热的基体载板上从气相中沉积钽以制取致密金属，或在沸腾床层中用氢还原钽的氯化物制取球型钽粉。更有前途的方法是将TaCI5用氢的等离子体进行还原，以制取高纯钽的粉末或镀层。用氢还原TaCl生产的超细金属粉末可用于生产高比容电解电容器。

下图为在1200~1400℃下用氢还原TaCl蒸气使钽沉积在钽带上的一种装置。将TaCl蒸气与H的混合物一起通入反应器，反应器中心置一钽带，直接通电将钮金属带加热到1200～1500℃。在加热的钽金属带表面上进行下述反应：

2TaCl+5H=2Ta+10HCl

钽在钽金属带上的最佳沉积条件为：钽带温度1200~1300℃，TaCI在气体混和物中的浓度为约0.2%（体积）。钽的沉积速度为2.5~3.6g/cm ·h。沉积所得到的钽条可直接轧制成板材，也可在电子束炉中重新熔炼，或者通过氢化、破碎、脱氢等工序制得高纯。金属钽粉。在这样的条件下，氯化物的还原率为20~30%，未反应的TaCl蒸气经冷凝后还可重新使用。

图1五氯化钽制取钽的装置图

参考文献

[1]沈季芳，戴长欣，任改梅等.  一种一步法制备高纯低金属杂质五氯化钽的方法和装置