ტანტალის ქლორიდი: გამოყენება და წარმოება

როგორ მზადდება ტანტალის ქლორიდი

ტანტალის პენტაქლორიდის წარმოება გულისხმობს ტანტალის გარკვეული ფორმით ქლორირებას. არსებობს ორი ძირითადი გზა: ლითონის ტანტალის ქლორირება და ტანტალის ნაერთების (ჩვეულებრივ ოქსიდების) ქლორირება. ყველა შემთხვევაში, რეაქცია უნდა მოხდეს მშრალ, უჟანგბადო გარემოში. ძირითადი პროცესებია:

● მეტალის ტანტალის პირდაპირი ქლორირება:წვრილად დაყოფილი ტანტალის ლითონი (ხშირად ნაფხვენები ან ფხვნილი) თბება ქლორის აირის ნაკადში. დაახლოებით 170–250 °C ტემპერატურაზე ქლორი რეაგირებს ლითონთან TaCl₅ ორთქლის წარმოსაქმნელად:
2 Ta+5 Cl2⟶2 TaCl5.2\,Ta + 5\,Cl_2 \longrightarrow 2\,TaCl_5.
ეს ეგზოთერმული რეაქცია ლითონს სწრაფად გარდაქმნის ქლორიდად. პრაქტიკაში, ტანტალი თავსდება ღუმელში ან რეაქტორში და მასზე კონტროლირებად ტემპერატურაზე Cl₂ აირი გადადის. შედეგად მიღებული TaCl₅ ორთქლი შემდეგ გაცივებისას კონდენსირდება თხევად ან მყარ ნივთიერებად. (მსგავსი მეთოდი Cl₂-ის ნაცვლად იყენებს წყალბადის ქლორიდის აირს (HCl), მაგრამ ეს რეაქციის წარმართვისთვის უფრო მაღალ ტემპერატურას - დაახლოებით 400 °C-ს - მოითხოვს.)

● არაპირდაპირი ქლორირება (ოქსიდებიდან):ხშირად, მაღალი სისუფთავის ლითონი ტანტალი ადვილად არ არის ხელმისაწვდომი ან ძალიან ძვირია. ამის ნაცვლად, შეგიძლიათ დაიწყოთ ტანტალის პენტოქსიდით (Ta₂O₅), რომელიც უხვად არის მადნის კონცენტრატებში. Ta₂O₅ შეიძლება გარდაიქმნას TaCl₅-ად ქლორირების აგენტის გამოყენებით, როგორიცაათიონილ ქლორიდი (SOCl₂)რეაქცია ასეთია:
Ta2O5+5 SOCl2→240∘C2 TaCl5+5 SO2.\text{Ta}_2\text{O}_5 + 5\,SOCl_2 \xrightarrow{240^\circ\text{C}} 2\,TaCl_5 + 5\,SO_2.
ამ მეთოდით, მყარი Ta₂O₅ ერევა თხევად SOCl₂-ს და თბება (დაახლოებით 240 °C). SOCl₂ ეფექტურად გარდაქმნის ოქსიდს ქლორიდად, რაც თანმდევი პროდუქტის სახით წარმოქმნის გოგირდის დიოქსიდის აირს. ეს არაპირდაპირი გზა სასარგებლოა ოქსიდის ფხვნილებთან მუშაობისას და შეიძლება ძალიან სუფთა TaCl₅-ს მიღება.

ზემოთ ჩამოთვლილი ორივე მეთოდი იძლევაTaCl₅ გაზი, რომელიც შემდეგ უნდა იყოსშედედებული და გაწმენდილიპრაქტიკაში, ქლორის შემცველი აირი გაცივდება ისე, რომ TaCl₅ გათხევადდეს (დუღილის წერტილი ~239 °C). დისტილაცია ხშირად გამოიყენება TaCl₅-ის ნებისმიერი მინარევებისაგან ან დაბალი დუღილის მქონე მასალებისგან გამოსაყოფად. მაგალითად, ლაბორატორიაში სინთეზირებისას, აირი შეიძლება გაიაროს ცივ ხაფანგში ან კონდენსატორების სერიაში. კონდენსაციის შემდეგ, პროდუქტი შრება (ნაზად თბება ვაკუუმში) ტენიანობის კვალის მოსაშორებლად. ეს იწვევს მაღალი სისუფთავის თეთრ მყარ ნივთიერებას. (Aმაგიდაამ სინთეზის მეთოდების შეჯამება - რეაქტანტების, პირობებისა და პროდუქტების ჩამოთვლა - შეიძლება დაგვეხმაროს მარშრუტების გვერდიგვერდ შედარებაში.)

● მადნის სამრეწველო მოპოვება:დიდი მასშტაბით, ტანტალი ხშირად მიიღება მინერალებისგან, როგორიცაა ტანტალიტი ან კოლტანი, რომლებიც შეიცავს როგორც ტანტალის, ასევე ნიობიუმის ოქსიდებს. ერთ-ერთი სამრეწველო პროცესის დროს, მადნის კონცენტრატი ურევენ ნახშირბადს (კოქსს) და რეაგირებენ ქლორის გაზთან მაღალ ტემპერატურაზე. ეს კარბოქლორირება ოქსიდებს გარდაქმნის აქროლად ქლორიდებად. თავდაპირველად, ტიტანის, ნიობიუმის და ტანტალის ქლორიდების ნარევი წარმოიქმნება და კონდენსირდება სითხედ, რომელსაც ეწოდება „ტიტანიუმ-ნიობიუმ-ტანტალის ოქსიქლორიდი“. ეს სითხე ფრაქციულად გამოიხდება: ჯერ ტიტანის ტეტრაქლორიდი (TiCl₄) იშლება (დუღილის ტემპერატურა 136 °C), რის შედეგადაც ძირითადად რჩება ნიობიუმის და ტანტალის ქლორიდები. დარჩენილი ნარევი შემდეგ დამატებით ქლორირდება (საჭიროების შემთხვევაში), რათა ნებისმიერი ოქსიქლორიდი გარდაიქმნას პენტაქლორიდებად. და ბოლოს, ნიობიუმის ქლორიდი (NbCl₅) და ტანტალის ქლორიდი (TaCl₅) გამოიყოფა ფრაქციული დისტილაციით, რადგან TaCl₅ დუღს 239 °C-ზე, ხოლო NbCl₅ - 248 °C-ზე. საბოლოო შედეგი არის გაწმენდილი TaCl₅. ეს TaCl₅ ხშირად რეაგირებს წყალხსნარ ამიაკთან ამონიუმის ტანტალის ფტორიდის ან ოქსიქლორიდის დასალექად, რომელიც კალცინაციისას იძლევა ულტრასუფთა Ta₂O₅-ს. არსებითად, TaCl₅ ემსახურება როგორც შუალედურ პროდუქტს ტანტალის მადნებიდან გასუფთავებისას. Aდიაგრამაამ ეტაპების ილუსტრირება - ნედლი მადნიდან TaCl₅-მდე და შემდეგ ოქსიდამდე - სასარგებლო იქნებოდა მკითხველისთვის სამრეწველო პროცესის ვიზუალიზაციისთვის.

შეჯამებისთვის, ტანტალის ქლორიდი მიიღება ტანტალის ლითონის ან მისი ნაერთების ჰალოგენაციით. Ta ლითონის Cl₂-ით პირდაპირი ქლორირება ლაბორატორიული უმარტივესი გზაა, ხოლო სამრეწველო პროცესებში ხშირად გამოიყენება ტანტალის ოქსიდის კონცენტრატების მაღალტემპერატურული ქლორირება ნახშირბადით (კარბოქლორირება) ან სხვა ქლორირების აგენტებით. შემდეგ აირადი TaCl₅ კონდენსირდება და გამოიხდება მაღალი სისუფთავის მიღწევამდე. აღსანიშნავია, რომ ერთ-ერთი მწარმოებლის ტექნიკური შენიშვნა ხაზს უსვამს, რომ TaCl₅ გამოიყენება „ორგანული ნივთიერებების ქლორირებაში“ და როგორც „ქიმიური შუალედური პროდუქტი“ სუფთა ტანტალის ლითონის წარმოებაში, რაც ხაზს უსვამს მის როლს, როგორც რეაგენტისა და ძირითადი შუალედური პროდუქტის.