إيثوكسيد التنتالوم (V)

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

إيثوكسيد التنتالوم (V) مركب فلزي عضوي صيغته Ta₂ ( OC₂H₅ ) ₁₀ ، ويُختصر غالبًا إلى Ta₂ ( OEt ) ₁₀ . وهو مادة صلبة عديمة اللون تذوب في بعض المذيبات العضوية، ولكنها تتحلل مائيًا بسهولة . [ 3 ] يُستخدم في تحضير أغشية أكسيد التنتالوم (V).

بناء

توجد ألكوكسيدات التنتالوم (V) عادةً على شكل ثنائيات [ 4 ] ذات مراكز فلزية من التنتالوم سداسية التناسق ثمانية السطوح. [ 5 ] وقد أثبت التحليل البلوري اللاحق أن ميثوكسيدات وإيزوبروبوكسيدات النيوبيوم تتخذ بنى ثنائية ثمانية السطوح. [ 6 ] [ 7 ] من منظور هندسي، تُحدد ذرات الأكسجين العشرة في رابطة الإيثوكسيد لجزيء Ta₂ (OEt) ₁₀ في المحلول زوجًا من ثماني السطوح يشتركان في حافة مشتركة مع ذرتي التنتالوم الموجودتين في مركزيهما. [ 6 ] من منظور الترابط، يُحاط كل مركز من مراكز التنتالوم بأربعة روابط إيثوكسيد أحادية السن ورابطتين جسريتين ثمانيتي السطوح . ترتبط ذرات الأكسجين في روابط الإيثوكسيد الجسرية بكل من مركزي التنتالوم، وتكون هاتان الرابطتان متجاورتين (cis ) داخل مجال التناسق . تمثل الصيغة [(EtO) 4 Ta(μ-OEt)] 2 بشكل أكثر شمولاً هذا الهيكل الثنائي، على الرغم من أن الصيغة المبسطة تستخدم بشكل شائع لمعظم الأغراض.

تحضير

5 كجم من إيثوكسيد التنتالوم النقي المقطر، مما يدل على أنه مادة صلبة عند 20  درجة مئوية.

تُعرف عدة طرق لتحضير إيثوكسيد التنتالوم (V). وتُعدّ عملية تبادل الأملاح من كلوريد التنتالوم (V) عمومًا أنجحها. ويُوفّر خماسي كلوريد التنتالوم ، Ta₂Cl₁₀ ، نقطة انطلاق مناسبة. ولتجنب تكوّن مركبات مختلطة من الكلوريد والإيثوكسيد، تُضاف عادةً قاعدة مثل الأمونيا لاحتجاز حمض الهيدروكلوريك المُتحرّر : [ 8 ]

10 EtOH + Ta 2 Cl 10 + 10 NH 3 → Ta 2 (OEt) 10 + 10 NH 4 Cl

يمكن استخدام تفاعل تبادل الأملاح باستخدام ألكوكسيد الفلز القلوي أيضًا: [ 8 ]

10 NaOEt + Ta2Cl10 → Ta2 ( OEt) 10 + 10 NaCl

يمكن تحضير المركب نفسه كهروكيميائياً . [ 6 ] [ 9 ] معادلتان نصفيتان والمعادلة الكلية [ 9 ] لهذا التفاعل هي:

الكاثود : 2 EtOH + 2 e − → 2 EtO − + H 2
الأنود : تا → "تا 5+ " + 5 ه −
الإجمالي : 2 Ta + 10 EtOH → 2 "Ta 5+ " + 10 EtO − + 5 H 2 → Ta 2 (OEt) 10 + 5 H 2

استُخدمت هذه الطريقة الكهروكيميائية في الإنتاج التجاري لإيثوكسيد التنتالوم (V) في روسيا. [ 9 ] كما يمكن تحضير المركب عن طريق التفاعل المباشر لفلز التنتالوم مع الإيثانول، وفي هذه الحالة تكون المعادلة الإجمالية هي نفسها الموضحة أعلاه للطريقة الكهروكيميائية. [ 8 ]

منذ سبعينيات القرن الماضي، كانت شركة باير الألمانية تُنتج إيثوكسيد التنتالوم (V) في ليفركوزن، ولكن بعد تفكك باير، انتقل الإنتاج إلى هيرايوس. في الوقت نفسه، بدأت شركة إنورغتك (التي أصبحت لاحقًا مولتيفالنت) الإنتاج في عام 1974 في كامبريدج، المملكة المتحدة. تضمنت كلتا الطريقتين التفاعل المباشر لكلوريد المعدن مع الكحول في وجود المذيبات لإنتاج منتج بنقاوة تزيد عن 99.999%.

ردود الفعل

يُعدّ التحلل المائي لأكاسيد التنتالوم، الذي ينتج عنه أغشية وهلامات من أكاسيد التنتالوم، أهم تفاعلاتها . ورغم تعقيد هذه التفاعلات، إلا أنه يمكن وصف تكوين غشاء أكسيد التنتالوم (V) عن طريق التحلل المائي [ 3 ] بالمعادلة المبسطة التالية:

تا 2 (OC 2 H 5 ) 10 + 5 H 2 O → Ta 2 O 5 + 10 C 2 H 5 OH

يمكن إنتاج الطلاءات البصرية من إيثوكسيد التنتالوم (V) باستخدام الترسيب الكيميائي للبخار تحت ضغط منخفض . [ 10 ] عند ضغوط منخفضة تصل إلى 1.33 ملي باسكال ودرجات حرارة 700 درجة مئوية، يتم أولاً ترسيب طبقة من السيليكا بالعمق المطلوب عن طريق تحلل رباعي إيثوكسي سيلان ، Si(OEt) 4 ، أو ثنائي- ثالثي بوتيل أوكسي ثنائي أسيتوكسي سيلان، Si(OC(CH3 ) 3 ) 2 ( OOCCH3 ) 2 ، ثم يُضاف إيثوكسيد التنتالوم (V). [ 10 ] كما هو الحال مع إيثوكسيد النيوبيوم (V) ، يتحلل طليعة الإيثوكسيد حرارياً لإنتاج طبقة الأكسيد مع إطلاق ثنائي إيثيل الإيثر .  

تا 2 (OEt) 10 → تا 2 O 5 + 5 Et–O–Et

ينتج عن الانحلال الحراري أيضًا طبقة من أكسيد التنتالوم (V) عن طريق الترسيب الكيميائي للبخار، وفي هذه الحالة يتأكسد إيثوكسيد التنتالوم (V) بالكامل، مما ينتج ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء : [ 11 ]

تا 2 (OC 2 H 5 ) 10 + 30 O 2 → Ta 2 O 5 + 20 CO 2 + 25 H 2 O

يمكن أيضًا تحضير أغشية أكسيد التنتالوم (V) غير المتبلورة بتقنية الترسيب الطبقي الذري أو بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار النبضي، حيث يُطبَّق إيثوكسيد التنتالوم (V) وكلوريد التنتالوم (V) بالتناوب. [ 12 ] عند درجات حرارة تقارب 450  درجة مئوية، تتمتع الأغشية المُنتَجة بمعاملات انكسار وخصائص سماحية مماثلة لتلك المُنتَجة بالطرق التقليدية. [ 12 ] يتم تحضير هذه الأغشية مع فقدان كلوروإيثان . [ 12 ]

تا 2 (OC 2 H 5 ) 10 + Ta 2 Cl 10 → 2 Ta 2 O 5 + 10 C 2 H 5 Cl

تُنتج عملية المعالجة بتقنية سول-جل أيضًا أغشية رقيقة من أكسيد التنتالوم (V) [ 13 ] باستخدام نهج كيميائي مماثل. كما طُوّرت طرق سول-جل باستخدام إيثوكسيد التنتالوم (V) لتوليد مواد البيروفسكايت الطبقية. [ 14 ]

التطبيقات

يُستخدم بشكل أساسي في تصنيع مواد الأغشية الرقيقة لأكسيد التنتالوم (V) من خلال طرق تشمل الترسيب الكيميائي للبخار ، [ 10 ] والترسيب الطبقي الذري ، [ 12 ] ومعالجة سول-جل . [ 13 ] لهذه المواد تطبيقات في أشباه الموصلات ، [ 12 ] والطلاء الكهربائي ، [ 15 ] والبصريات . [ 10 ]

تُستخدم أغشية أكسيد التنتالوم (V) في تطبيقات متنوعة، منها الأغشية البصرية ذات معامل انكسار يصل إلى 2.039 [ 16 ] ، ومادة عازلة رقيقة في ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية وترانزستورات تأثير المجال لأشباه الموصلات [ 12 ] . ويُحدد اختيار طريقة تحضير هذه المواد بناءً على الخصائص المطلوبة. يُعد التحلل المائي المباشر مناسبًا عندما يكون وجود الماء المتبقي أو استخدام درجات حرارة عالية للتجفيف مقبولًا. ويمكن إنتاج أنماط دقيقة عن طريق الترسيب الانتقائي للموقع باستخدام طريقة التحلل المائي، وذلك بتكوين طبقة أحادية التجميع الذاتي متبوعة بالتلدين عند درجة حرارة عالية [ 17 ] . يسمح الترسيب الكيميائي للبخار بالتحكم في سُمك الغشاء على مستوى النانومتر، وهو أمر ضروري لبعض التطبيقات. يُعد التحلل الحراري المباشر مناسبًا للتطبيقات البصرية [ 10 ] ، حيث تُعد المواد الشفافة ذات فقدان الضوء المنخفض الناتج عن الامتصاص أمرًا بالغ الأهمية [ 16 ] ، كما استُخدم أيضًا لتحضير ذاكرة القراءة فقط من النيتريد . [ 11 ] الكهروكرومية هي خاصية بعض المواد التي تغير لونها عند تطبيق شحنة كهربائية، [ 18 ] وهي الوسيلة التي يعمل بها ما يُسمى بالزجاج الذكي . وقد استُخدمت الأغشية المُنتجة عن طريق التحلل المائي لإيثوكسيد التنتالوم (V) لتحضير أغشية أكسيد التنتالوم (V) غير المتبلورة المناسبة للتطبيقات الكهروكرومية. [ 15 ]

تم تحضير أغشية رقيقة من معادن مختلطة من هذا المركب. على سبيل المثال، تُعد أغشية تانتالات الليثيوم، LiTaO₃ ، مرغوبة لخصائصها البصرية غير الخطية ، وقد تم تحضيرها عن طريق تفاعل إيثوكسيد التنتالوم (V) مع ثنائي بيفالويل ميثانات الليثيوم، LiCH(COC(CH₃ )₃ ) ₂ ، لتحضير مادة أولية مناسبة للترسيب الكيميائي للبخار العضوي المعدني (أحد أشكال الترسيب الكيميائي للبخار). [ 19 ] كما تم تحضير أغشية تانتالات السترونتيوم، Sr(TaO₃ ) ₂ ، باستخدام تقنيات الترسيب الطبقي الذري، ودُرست خصائصها. [ 20 ]

يتكثف إيثوكسيد التنتالوم (V) مع الأحماض الكربوكسيلية ليعطي أوكسو-ألكوكسيد-كربوكسيلات، على سبيل المثال، Ta 4 O 4 (OEt) 8 (OOCCH 3 ) 4 . [ 8 ] يشكل لب Ta 4 O 4 لهذه المركبات عنقودًا من نوع المكعب .

مراجع

  1. ↑ "إيثوكسيد التنتالوم وإيثوكسيد النيوبيوم" . المواد الكيميائية المتقدمة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 أكتوبر 2012 .
  2. ↑ "إيثوكسيد التنتالوم (V) بنسبة نقاء 99.98% على أساس المعادن النزرة" . سيجما ألدريتش . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 أكتوبر 2012 .
  3. 1 2 ليد، ديفيد ر.، محرر. (2006). دليل سي آر سي للكيمياء والفيزياء (الطبعة 87 ). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي . ISBN  0-8493-0487-3.
  4. ↑ برادلي، دي سي ؛ هولواي، سي إي (1968). "دراسات الرنين المغناطيسي النووي على خماسي ألكوكسيدات النيوبيوم والتنتالوم". مجلة الجمعية الكيميائية أ : 219-223 . doi : 10.1039/J19680000219 . S2CID 98638647 . 
  5. ↑ برادلي، دي سي ؛ هولواي، إتش. (1961). "بوليمرات ألكوكسيد أكسيد المعادن: الجزء الثاني. تحلل خماسي إيثوكسيد التنتالوم" . المجلة الكندية للكيمياء 39 (9): 1818-1826 . Bibcode : 1961CaJCh..39.1818B . doi : 10.1139/v61-239 .
  6. 1 2 3 توروفا، ن.ي.؛ كوروليف، أ.ف.؛ تشيبوكوف، د.إ.؛ بيلوكون، أ.إ.؛ يانوفسكي، أ.إ.؛ ستروتشكوف، ي.ت. (1996). "ألكوكسيدات التنتالوم (V): التخليق الكهروكيميائي، ودراسة الطيف الكتلي، ومركبات الأوكسوألكوكسو". بولي هيدرون . 15 (21): 3869-3880 . doi : 10.1016/0277-5387(96)00092-7 .
  7. ↑ ميهروترا، رام سي .؛ سينغ، أنيرود (1997). "الاتجاهات الحديثة في كيمياء ألكوكسيدات المعادن" . في كارلين، كينيث د. (محرر). التقدم في الكيمياء غير العضوية . المجلد 46. جون وايلي وأولاده . الصفحات 239-454 . doi : 10.1002/9780470166475.ch4 . ISBN   9780470167045.
  8. 1 2 3 4 شوبرت، يو. (2003). "معالجة المركبات المعدنية بتقنية سول-جل". في: مكليفرتي، جيه إيه؛ ماير، تي جيه (محرران). الكيمياء التناسقية الشاملة II . وحدة مرجعية في الكيمياء والعلوم الجزيئية والهندسة الكيميائية. المجلد 7. بيرغامون . الصفحات 629-656 . doi : 10.1016/B0-08-043748-6/06213-7 . ISBN   978-0-12-409547-2.
  9. 1 2 3 برادلي، دون سي .؛ مهروترا، رام سي .؛ روثويل، إيان بي.؛ سينغ، أ. (2001). مشتقات ألكوكسو وأريلوكسو للمعادن . سان دييغو: أكاديميك برس . ص 18. ISBN  978-0-08-048832-5.
  10. 1 2 3 4 5 باوميستر، بي دبليو (2004). تكنولوجيا الطلاء البصري . مطبعة SPIE . ص 7. ISBN  9780819453136.
  11. 1 2 براءة اختراع أمريكية رقم 6461949 ، تشانغ، كيه كيه وتشين ، سي إتش، "طريقة لتصنيع ذاكرة قراءة فقط من النيتريد (NROM)"، صدرت في 2002-10-08، وتم تخصيصها لشركة ماكرونيكس الدولية المحدودة. 
  12. 1 2 3 4 5 6 كوكلي، ك.؛ ريتالا، م.؛ ليسكيلا، م. (2000). "الترسيب الطبقي الذري والترسيب الكيميائي للبخار لأكسيد التنتالوم عن طريق النبض المتتالي والمتزامن لإيثوكسيد التنتالوم وكلوريد التنتالوم". مجلة المواد الكيميائية 12 (7): 1914-1920 . doi : 10.1021/cm001017j .
  13. 1 2 وينتر، س. فيلتن، د.؛ أوبرتين، F.؛ هوفمان، ب. هايدناو، F.؛ زيغلر، ج. (2008). "التعديلات السطحية الكيميائية" . في بريم، J .؛ كيركباتريك، سي جيه؛ ثول، ر. (محرران). واجهات المواد الحيوية المعدنية . جون وايلي وأولاده . ص. 51 . رقم ISBN  9783527318605.
  14. ↑ نالوا، إتش إس (2001). دليل المواد والأجهزة الإلكترونية والضوئية المتقدمة: زجاج الكالكوجينيد ومواد سول-جل . دار النشر الأكاديمية . ص 208. ISBN  9780125137553.
  15. 1 2 تيبيهان، ف.ز.؛ غودسي، ف.إ.؛ أوزر، ن.؛ تيبيهان، ج.ج. (1999). "الخواص البصرية لأغشية Ta2O5 المطلية بتقنية الغمس باستخدام سول-جل لتطبيقات التلوين الكهربائي". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 59 (3): 265-275 . doi : 10.1016/S0927-0248(99)00041-0 .
  16. 1 2 أوباها، م.؛ الماغروم، س.؛ كوبروايت، ر.؛ كوركوران، ب.؛ ماكدونا، س.؛ غورين، أ. (2012). "الخواص البصرية للأغشية الرقيقة ذات معامل الانكسار العالي المُعالجة في درجات حرارة منخفضة" . مواد بصرية 34 (8): 1366-1370 . Bibcode : 2012OptMa..34.1366O . doi : 10.1016/j.optmat.2012.02.023 .
  17. ↑ ماسودا، ي.؛ واكاماتسو، س.؛ كوموتو، ك. (2004). "الترسيب الانتقائي للموقع والتشكيل الدقيق لأغشية أكسيد التنتالوم الرقيقة باستخدام طبقة أحادية". مجلة الجمعية الأوروبية للخزف 24 (2): 301-307 . doi : 10.1016/S0955-2219(03)00230-9 .
  18. ↑ مورتيمر، آر جيه (2011). "المواد الكهروكرومية" . المجلة السنوية لبحوث المواد 41 ( الجزء 3): 241-268 . Bibcode : 2011AnRMS..41..241M . doi : 10.1146/annurev-matsci-062910-100344 . PMC 10361188. PMID 12449538 .  
  19. ↑ فيرنبرغ، أ.أ.؛ براونشتاين، ج.؛ باز-بوجالت، ج.؛ جيسلينغ، هـ.ج.؛ بلانتون، ت.ن. (1993). "النمو المتناحي لأغشية رقيقة من تانتالات الليثيوم في الطور الصلب، مُرَسَّبة بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار العضوي المعدني بالرش". مجلة الفيزياء التطبيقية، 63 (3): 331-333 . رمز Bibcode : 1993ApPhL..63..331W . doi : 10.1063/1.110061 .
  20. ↑ لي، دبليو جيه؛ يو، آي كيه؛ ريو، إس أو؛ يو، بي جي؛ تشو، كي آي؛ يون، إس جي؛ لي، سي إس (2001). "أغشية رقيقة من SrTa₂O₆ مُرَسَّبة بتقنية الترسيب الطبقي الذري المُعزَّز بالبلازما". المجلة اليابانية للفيزياء التطبيقية 40 (12): 6941-6944 . Bibcode : 2001JaJAP..40.6941L . doi : 10.1143/JJAP.40.6941 . S2CID 94199325 .