Этоксид тантала(V)
| |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК
Этоксид тантала(V)
| |
Другие имена
| |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.025.464 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID
|
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| С 10 Н 25 О 5 Та | |
| Молярная масса | 406.25 g mol −1 |
| Появление | Бесцветная жидкость |
| Плотность | 1,566 г/см 3 (при 25 °С) |
| Температура плавления | 21 ° C (70 ° F; 294 К) |
| Точка кипения | 145 ° C (293 ° F; 418 К) при 0,0133 кПа |
| реагирует | |
| Растворимость | Органические растворители |
Показатель преломления ( n D )
|
1.488 [1] |
| Опасности [2] | |
| СГС Маркировка : | |
  
| |
| Опасность | |
| Х226 , Х314 , Х319 , Х335 | |
| П280 , П305+П351+П338 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | 31 °С; 87 °Ф; 304 К |
| Паспорт безопасности (SDS) | Внешний паспорт безопасности материалов |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Этоксид тантала(V) представляет собой металлорганическое соединение формулы Ta 2 (OC 2 H 5 ) 10 , часто обозначаемое сокращенно Ta 2 (O Et ) 10 . Это бесцветное твердое вещество, которое растворяется в некоторых органических растворителях, но легко гидролизуется . [3] Его используют для приготовления пленок оксида тантала(V).
Структура
[ редактировать ]Алкоксиды тантала (V) обычно существуют в виде димеров. [4] с октаэдрическими шестикоординационными металлическими центрами тантала. [5] Последующий кристаллографический анализ установил, что метоксид и изопропоксиды ниобия принимают биооктаэдрические структуры. [6] [7] С геометрической точки зрения десять атомов кислорода этоксидного лиганда молекулы Ta 2 (OEt) 10 в растворе образуют пару октаэдров, имеющих общий край с двумя атомами тантала, расположенными в их центрах. [6] С точки зрения связи каждый танталовый центр окружен октаэдрически четырьмя монодентатными и двумя мостиковыми этоксидными лигандами . Каждый из атомов кислорода мостиковых этоксидов связан с обоими центрами тантала, и эти два лиганда являются цис- по отношению друг к другу в координационной сфере . Формула [(EtO) 4 Ta(μ-OEt)] 2 более полно представляет эту димерную структуру, хотя для большинства целей обычно используется упрощенная формула.
Подготовка
[ редактировать ]
Известно несколько подходов к получению этоксида тантала(V). Солевой метатезис из хлорида тантала (V) обычно является наиболее успешным. Пентахлорид тантала Ta 2 Cl 10 является удобной отправной точкой. Чтобы избежать образования смешанных частиц хлорида и этилата, такое основание, как аммиак, для улавливания высвободившегося HCl: обычно добавляют [8]
- 10 EtOH + Ta 2 Cl 10 + 10 NH 3 → Ta 2 (OEt) 10 + 10 NH 4 Cl
солевой обмен с использованием алкоксида щелочного металла : Также можно использовать [8]
- 10 NaOEt + Ta 2 Cl 10 → Ta 2 (OEt) 10 + 10 NaCl
То же соединение можно получить электрохимически . [6] [9] Два полууравнения и общее уравнение [9] для этой реакции:
- катод : 2 EtOH + 2 e − → 2 EtO − + Ч 2
- анод : Да → «Да 5+ " + 5 е −
- всего : 2 Да + 10 EtOH → 2" Да 5+ " + 10 EtO − + 5 H 2 → Ta 2 (OEt) 10 + 5 H 2
В России освоено коммерческое производство этоксида тантала(V) с использованием этого электрохимического подхода. [9] Соединение также можно получить путем прямой реакции металлического тантала с этанолом, и в этом случае общее уравнение такое же, как показано выше для электрохимического подхода. [8]
С 1970-х годов немецкая компания Bayer производила этоксид тантала (V) в Леверкузене, однако после распада Bayer производство переместилось в Heraeus. Тем временем компания Inorgtech (позже MultiValent) начала производство в 1974 году в Кембридже, Великобритания. Оба пути включали прямую реакцию хлорида металла со спиртом в присутствии растворителей с получением продукта чистотой 99,999%+. [ нужна ссылка ]
Реакции
[ редактировать ]Наиболее важной реакцией алкоксидов тантала является гидролиз с образованием пленок и гелей оксидов тантала. Хотя эти реакции сложны, образование пленки оксида тантала (V) в результате гидролиза [3] можно описать этим упрощенным уравнением:
- Та 2 (OC 2 H 5 ) 10 + 5 H 2 O → Ta 2 O 5 + 10 C 2 H 5 OH
из этоксида тантала (V) Оптические покрытия могут быть получены методом химического осаждения из паровой фазы под низким давлением . [10] При давлении всего 1,33 мПа и температуре 700 °C сначала осаждается пленка кремнезема желаемой глубины путем разложения тетраэтоксисилана Si(OEt) 4 или ди -т -бутиоксидиацетоксисилана Si(OC(CH 3 )). 3 ) 2 (OOCCH 3 ) 2 , затем вводят этоксид тантала(V). [10] Как и в случае этоксида ниобия(V) , предшественник этоксида термически разлагается с образованием оксидного слоя с соответствующим выделением диэтилового эфира :
- Ta 2 (OEt) 10 → Ta 2 O 5 + 5 Et–O–Et
При пиролизе также образуется пленка оксида тантала (V) путем химического осаждения из паровой фазы, и в этом случае этоксид тантала (V) полностью окисляется с образованием диоксида углерода и водяного пара: [11]
- Та 2 (OC 2 H 5 ) 10 + 30 O 2 → Ta 2 O 5 + 20 CO 2 + 25 H 2 O
Пленки аморфного оксида тантала (V) также можно получить методом атомно-слоевого осаждения или методом импульсного химического осаждения из паровой фазы, при котором попеременно наносятся этоксид тантала (V) и хлорид тантала (V). [12] При температурах, приближающихся к 450 °C, полученные пленки имеют показатели преломления и диэлектрическую проницаемость, аналогичные пленкам, полученным с помощью традиционных подходов. [12] Приготовление этих пленок происходит с потерей хлорэтана : [12]
- Та 2 (OC 2 H 5 ) 10 + Та 2 Cl 10 → 2 Та 2 O 5 + 10 C 2 H 5 Cl
Золь-гель обработка также дает тонкие пленки оксида тантала (V). [13] используя аналогичный химический подход. золь-гель-маршруты с использованием этоксида тантала (V) для создания слоистых перовскитных материалов. Также были разработаны [14]
Приложения
[ редактировать ]Он в основном используется для производства из оксида тантала (V) тонкопленочных материалов с помощью таких подходов, как химическое осаждение из паровой фазы , [10] осаждение атомного слоя , [12] и золь-гель обработка . [13] Эти материалы имеют полупроводник , [12] электрохромный , [15] и оптический [10] приложения.
Пленки оксида тантала (V) имеют множество применений, в том числе в качестве оптических пленок с показателем преломления до 2,039. [16] и в качестве тонкопленочного диэлектрического материала в динамической оперативной памяти и полупроводниковых полевых транзисторах . [12] Подход, выбранный для получения этих материалов, определяется желаемыми свойствами. Прямой гидролиз целесообразен, когда допустимо наличие остаточной воды или использование высоких температур для сушки. Микроструктуры могут быть созданы путем сайт-селективного осаждения с использованием подхода гидролиза путем формирования самоорганизующегося монослоя с последующим высокотемпературным отжигом . [17] Химическое осаждение из паровой фазы позволяет контролировать толщину пленки в нанометровом масштабе, что важно для некоторых применений. Прямой пиролиз удобен для оптических применений, [10] там, где важны прозрачные материалы с низкой потерей света из-за поглощения, [16] а также использовался для подготовки нитридной постоянной памяти . [11] Электрохромизм – это свойство некоторых материалов менять цвет при приложении заряда. [18] и является средством, с помощью которого работает так называемое умное стекло . Пленки, полученные гидролизом этоксида тантала (V), использовались для получения пленок аморфного оксида тантала (V), пригодных для электрохромных применений. [15]
Из этого соединения также были изготовлены тонкие пленки смешанных металлов. Например, пленки танталата лития LiTaO 3 желательны из-за их нелинейных оптических свойств и были получены путем первой реакции этоксида тантала (V) с дипивалоилметанатом лития LiCH(COC(CH 3 ) 3 ) 2 , чтобы получить предшественник подходит для металлоорганической эпитаксии из паровой фазы (разновидность химического осаждения из паровой фазы). [19] Пленки танталата стронция Sr(TaO 3 ) 2 также были получены с использованием методов атомно-слоевого осаждения и исследованы их свойства. [20]
Этоксид тантала(V) конденсируется с карбоновыми кислотами с образованием оксоалкоксид-карбоксилатов, например Ta 4 O 4 (OEt) 8 (OOCCH 3 ) 4 . [8] Ядро Ta 4 O 4 таких соединений образует кластер кубанового типа .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Этоксид тантала и этоксид ниобия» . Передовые химикаты Материан . Проверено 19 октября 2012 г.
- ^ «Этоксид тантала (V) на основе микроэлементов 99,98%» . Сигма Олдрич . Проверено 18 октября 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б Лиде, Дэвид Р., изд. (2006). Справочник CRC по химии и физике (87-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . ISBN 0-8493-0487-3 .
- ^ Брэдли, округ Колумбия ; Холлоуэй, CE (1968). «Исследование пентаалкоксидов ниобия и тантала методом ядерного магнитного резонанса». Дж. Хим. Соц. А : 219–223. дои : 10.1039/J19680000219 . S2CID 98638647 .
- ^ Брэдли, округ Колумбия ; Холлоуэй, Х. (1961). «Полимеры алкоксидов оксидов металлов: Часть II. Гидролиз пентаэтоксида тантала» . Может. Дж. Хим. 39 (9): 1818–1826. дои : 10.1139/v61-239 .
- ^ Перейти обратно: а б с Турова, штат Нью-Йорк; Королев, А.В.; Чебуков, Д.Э.; Белоконь, А.И.; Яновский, А.И.; Стручков Ю.Т. (1996). «Алкоксиды тантала (V): электрохимический синтез, масс-спектральное исследование и оксоалкоксокомплексы». Многогранник . 15 (21): 3869–3880. дои : 10.1016/0277-5387(96)00092-7 .
- ^ Мехротра, Рам К .; Сингх, Анируд (1997). «Последние тенденции в химии алкоксидов металлов» . В Карлине, Кеннет Д. (ред.). Прогресс неорганической химии . Том. 46. Джон Уайли и сыновья . стр. 239–454. дои : 10.1002/9780470166475.ch4 . ISBN 9780470167045 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Шуберт, У. (2003). «Золь-гель обработка соединений металлов». В МакКлеверти, Дж.А.; Мейер, Ти Джей (ред.). Комплексная координационная химия II . Справочный модуль по химии, молекулярным наукам и химической инженерии. Том. 7. Пергам . стр. 629–656. дои : 10.1016/B0-08-043748-6/06213-7 . ISBN 978-0-12-409547-2 .
- ^ Перейти обратно: а б с Брэдли, Дон С .; Мехротра, Рам К .; Ротвелл, Ян П.; Сингх, А. (2001). Алкоксо и арилоксопроизводные металлов . Сан-Диего: Академическая пресса . п. 18. ISBN 978-0-08-048832-5 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Баумайстер, PW (2004). Технология оптического покрытия . СПИЭ Пресс . п. 7. ISBN 9780819453136 .
- ^ Перейти обратно: а б Патент США 6461949 , Чанг, К.К. и Чен, К.-Х., «Способ изготовления нитридной постоянной памяти (NROM)», выдан 8 октября 2002 г., передан Macronix International Co. Ltd.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Кукли, К.; Ритала, М.; Лескеля, М. (2000). «Атомно-слоевое осаждение и химическое осаждение из паровой фазы оксида тантала путем последовательного и одновременного импульсного воздействия этоксида тантала и хлорида тантала». хим. Матер. 12 (7): 1914–1920. дои : 10.1021/cm001017j .
- ^ Перейти обратно: а б Зима, С.; Фельтен, Д.; Обертен, Ф.; Хоффманн, Б.; Хайденау, Ф.; Зиглер, Г. (2008). «Химическая модификация поверхности» . В Бремене, Дж.; Киркпатрик, CJ; Талл, Р. (ред.). Металлические интерфейсы биоматериалов . Джон Уайли и сыновья . стр. 51 . ISBN 9783527318605 .
- ^ Налва, HS (2001). Справочник по современным электронным и фотонным материалам и устройствам: халькогенидные стекла и золь-гель материалы . Академическая пресса . п. 208. ИСБН 9780125137553 .
- ^ Перейти обратно: а б Тепехан, ФЗ; Годси, FE; Озер, Н.; Тепехан, Г.Г. (1999). с золь-гель-покрытием «Оптические свойства пленок Ta 2 O 5 для электрохромных применений». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 59 (3): 265–275. дои : 10.1016/S0927-0248(99)00041-0 .
- ^ Перейти обратно: а б Убаха, М.; Эльмагрум, С.; Копперуайт, Р.; Коркоран, Б.; МакДонах, К.; Горин, А. (2012). «Оптические свойства тонких пленок с высоким показателем преломления, обработанных при низкой температуре» . Опция Матер. 34 (8): 1366–1370. Бибкод : 2012OptMa..34.1366O . дои : 10.1016/j.optmat.2012.02.023 .
- ^ Масуда, Ю.; Вакамацу, С.; Комото, К. (2004). «Селективное осаждение и микроструктурирование тонких пленок оксида тантала с использованием монослоя». Дж. Эур. Керам. Соц. 24 (2): 301–307. дои : 10.1016/S0955-2219(03)00230-9 .
- ^ Мортимер, Р.Дж. (2011). «Электрохромные материалы» . Анну. Преподобный Матер. Рез. 41 (Часть 3): 241–268. Бибкод : 2011AnRMS..41..241M . doi : 10.1146/annurev-matsci-062910-100344 . ПМЦ 10361188 . ПМИД 12449538 .
- ^ Вернберг, А.А.; Браунштейн, Г.; Пас-Пюхальт, Г.; Гайслинг, Х.Дж.; Блэнтон, Теннесси (1993). «Твердофазный эпитаксиальный рост тонких пленок танталата лития, осажденных методом распыления металлорганического химического осаждения из паровой фазы». Прил. Физ. Летт. 63 (3): 331–333. Бибкод : 1993ApPhL..63..331W . дои : 10.1063/1.110061 .
- ^ Ли, WJ; Ты, ИК; Рю, СО; Ю, Б.Г.; Чо, К.И.; Юн, СГ; Ли, CS (2001). «Тонкие пленки SrTa 2 O 6, нанесенные методом плазменно-усиленного атомно-слоевого осаждения». Япония. Дж. Прил. Физ. 40 (12): 6941–6944. Бибкод : 2001JaJAP..40.6941L . дои : 10.1143/JJAP.40.6941 . S2CID 94199325 .