[科普中国]-五氯化钽

五氯化钽是化学式为TaCl5的无机化合物。它是白色或黄色粉末，通常用作钽化学中的原料。它容易水解形成TaOCl3，最终形成五氧化二钽（Ta2O5）。这需要使用无空气技术在无水条件下合成和操作。

简介五氯化钽（tantalic chloride）化学式TaCl5。分子量358.21。白色或黄色晶状粉末。熔点216℃，沸点242℃，相对密度3.6823.68g/cm3。可在二氧化碳或干燥氯气中升华。能溶于无水乙醇、氯仿，四氯化碳和氢氧化钾，不溶于硫酸。在潮湿空气或水中分解并生成钽酸，制法：由五氧化钽与碳的混合物在氯气中加热而得。应密封保存。用途：制光学玻璃、金属钽和碳化钽的中间体。1

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。

2Ta+5Cl2→2TaCl5

2Ta+10HCl→2TaCl5+ 5H2

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

Ta2O5+5SOCl2→2TaCl5+5SO2

五氯化钽是市售的，但是样品可能被水解形成的钽（V）氯氧化物（TaOCl3）污染。

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TaCl5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TaCl5蒸气使钽沉积在钽带上的一种装置。将TaCl5蒸气与H2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：

2TaCl5+5H2=2Ta+10HCl

钽在钽金属带上的最佳沉积条件为：钽带温度1200~1300℃，TaCI5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/cm2·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TaCl5蒸气经冷凝后还可重新使用。

在氢等离子焰中进行五氯化钽氢还原，反应温度可高达2000~5000K，可得到粒度为1~10μm的金属钽粉。钽粉粒形呈蛀虫状，表面光滑，纯度很高，电性能良好，不易良燃，回收率超过90%，是一种很有前途的生产钽粉的方法。2

本词条内容贡献者为:

何星 - 副教授 - 上海交通大学