五氯化钽

化合物

五氯化钽是一种无机化合物,化学式 TaCl5。它是一种白色粉末,是研究化合物的开端。它会水解三氯氧化钽(TaOCl3)甚至是五氧化二钽(Ta2O5);这就要求使用空气隔绝技术无水条件下进行合成和操作。

五氯化钽
IUPAC名
Tantalum(V) chloride
Tantalum pentachloride
识别
CAS号 7721-01-9(TaCl5 ☒N
17499-29-5(Ta2Cl10 ☒N
PubChem 24394
SMILES
InChI
EINECS 231-755-6
性质
化学式 TaCl5
摩尔质量 358.213 g/mol g·mol⁻¹
外观 白色单斜晶体[1]
密度 3.68 g/cm3
熔点 216 °C(489 K)
沸点 239.4 °C(513 K)
溶解性 反应
溶解性 氯仿CCl4
磁化率 +140.0×10−6 cm3/mol
结构
晶体结构 单斜, mS72
空间群 C2/m, No. 12
热力学
ΔfHmo298K -858.98 kJ/mol
So298K 221.75 J K−1 mol−1
危险性
闪点 不可燃
致死量或浓度:
LD50中位剂量
1900 mg/kg (大鼠,口服)
相关物质
其他阴离子 五氟化钽
五溴化钽
五碘化钽
其他阳离子 四氯化钒
五氯化铌
相关化学品 三氯化钽, 四氯化钽
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

结构编辑

TaCl5 是一种单斜晶体,空间群 C2/m[2]十个氯原子处在两个八面体顶点的位置。两个钽原子在八面体的中间,由两个桥接配体氯连接而成。二聚体结构保留在非络合溶剂中,并在很大程度上保持熔融状态。但是,气态的 TaCl5单体。这个单体的形状是三角双锥,就和PCl5一样。[3]

物理性质编辑

五氯化钽在芳香烃的溶解度是按照以下趋势升高的:

< 甲苯 < 间二甲苯 < 均三甲苯

这反映在于溶液的颜色从浅黄色到橙色的加深。相较于芳香烃,五氯化钽的溶解度在环己烷四氯化碳中较少。还已知五氯化钽的这种溶液是不良的电导体,表明几乎没有电离。通过升华纯化TaCl5,可得到白色针状固体。

制备编辑

五氯化钽可以由氯气在 170 至 250 °C之间直接化合而成。这个反应也可以用HCl,不过要在400 °C下反应。[4]

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

在240 °C,五氧化二钽氯化亚砜反应也可以得到五氯化钽。

Ta2O5 + 5 SOCl2 → 2 TaCl5 + 5 SO2

五氯化钽是可以购买的,不过样本里会有少量的氯氧化钽 (TaOCl3)。这是五氯化钽水解而成的。

反应编辑

TaCl5亲电体,类似AlCl3。它会和路易斯碱反应,形成加合物[5]

加合物编辑

TaCl5 可以和形成稳定的加合物:

TaCl5 + R2O → TaCl5(OR2) (R = Me, Et)

TaCl5 也可以和五氯化磷氯氧化磷反应。后者是一个加合物,连接氧原子:

TaCl5 + PCl5 → [PCl+
4
][TaCl
6
]
TaCl5 + OPCl3 → [TaCl5(OPCl3)]

五氯化钽会和叔胺反应,生成加合物晶体。

TaCl5 + 2 R3N → [TaCl5(NR3)]

取代反应编辑

五氯化钽会和三苯基氧化膦反应,生成氯氧化物:

TaCl5 + 3 OPPh3 → [TaOCl3(OPPh3)]x ...

TaCl5 和有氢氧基的化合物如:苯酚羧酸反应,形成氯化氢和有 Ta–O 键的化合物:

TaCl5 + 3 HOEt → TaCl2(OEt)3 + 3 HCl

来吸收HCl,五个氯原子都会被替换,形成 Ta(OEt)5。同样的, TaCl5 会和甲醇锂甲醇中反应,形成甲氧基化合物:

TaCl5 + 4 LiOMe → Ta(OMe)4Cl + 4 LiCl

和胺,醇的反应编辑

会取代 TaCl5 的大部分氯原子,形成簇合物。用伯胺仲胺取代氯原子的速率较慢,不过用二烷基胺基锂反应可以取代五个氯原子,例如制备五(二甲基胺基)钽英语Pentakis(dimethylamido)tantalum的反应:

TaCl5 + 5 LiNMe2 → Ta(NMe2)5

五氯化物与醇反应,生成醇盐。如制备五乙醇钽英语tantalum(V) ethoxide所示,此类反应通常在碱的存在下进行:

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

五氯化钽会被氮杂环如:吡啶还原。

还原编辑

还原五氯化钽会形成中性或阴离子的簇合物,如: [Ta6Cl18]4− 和 [Ta6Cl14](H2O)4[6]

 
Ta6Cl182− 阴离子的结构[7]

参考资料编辑

  1. ^ Lide, David R. (编), CRC Handbook of Chemistry and Physics 87th, Boca Raton, FL: CRC Press, 2006, ISBN 0-8493-0487-3 
  2. ^ Rabe, Susanne; Müller, Ulrich. Crystal structure of tantalum pentachloride, (TaCl5)2. Z. Kristallogr. - New Cryst. Struct. 2000, 215 (1): 1–2. doi:10.1515/ncrs-2000-0102 . 
  3. ^ F. Fairbrother. The Chemistry of Niobium and Tantalum. Elsevier. 1967.  已忽略未知参数|url-access= (帮助)
  4. ^ Young, Ralph C.; Brubaker, Carl H. Reaction of Tantalum with Hydrogen Chloride, Hydrogen Bromide and Tantalum Pentachloride; Action of Hydrogen on Tantalum Pentachloride. Journal of the American Chemical Society. 1952, 74 (19): 4967. doi:10.1021/ja01139a524. 
  5. ^ F. A. Cotton, G. Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry (4th ed.), Wiley, New York, 1980.
  6. ^ Duraisamy, Thirumalai; Hay, Daniel N. T.; Messerle, Louis. Octahedral Hexatantalum Halide Clusters. Inorganic Syntheses. 2014, 36: 1–8. doi:10.1002/9781118744994.ch1. 
  7. ^ Thaxton, C. B.; Jacobson, R. A. The Crystal Structure of H2(Ta6Cl18)(H2O)6. Inorganic Chemistry. 1971, 10: 1460–1463. doi:10.1021/ic50101a029. 

扩展阅读编辑

  • Ozin, G. A.; Walton, R. A. 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. 1970: 2236–2239. doi:10.1039/j19700002236. 
  • Bullock, J. I.; Parrett, F. W.; Taylor, N. J. Some metal halide–phosphorus halide–alkyl halide complexes. Part II. Reactions with niobium and tantalum pentachlorides and tungsten hexachloride. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1973, (5): 522–524. doi:10.1039/DT9730000522. 
  • Đorđević, C.; Katović, V. 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. 1970: 3382–3386. doi:10.1039/j19700003382. 
  • Cowley, A.; Fairbrother, F.; Scott, N. 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. 1958: 3133–3137. doi:10.1039/JR9580003133. 

外部链接编辑