Pentóxido de tantalio
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Pentóxido de tantalio
Kristallstruktur Triuranoctoxid.png
  Ta 5+ O 2− 
Nombres
Nombre IUPAC
Óxido de tantalio (V)
Nombre IUPAC sistemático
Pentóxido de ditantalio
Identificadores
  • 1314-61-0 chequeY
Modelo 3D ( JSmol )
ChemSpider
Tarjeta de información ECHA100.013.854 Edita esto en Wikidata
UNII
  • InChI = 1S / 5O.2Ta
  • O = [Ta] (= O) O [Ta] (= O) = O
Propiedades
Ta 2 O 5
Masa molar441,893 g / mol
Aparienciapolvo blanco inodoro
Densidadβ-Ta 2 O 5 = 8,18 g / cm 3 [1]
α-Ta 2 O 5 = 8,37 g / cm 3
Punto de fusion 1.872 ° C (3.402 ° F; 2.145 K)
despreciable
Solubilidadinsoluble en disolventes orgánicos y la mayoría de ácidos minerales , reacciona con HF
Brecha de banda3,8–5,3 eV
−32,0 × 10 −6  cm 3 / mol
2.275
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referencias de Infobox

El pentóxido de tantalio , también conocido como óxido de tantalio (V), es el compuesto inorgánico con la fórmula Ta
2O
5. Es un sólido blanco que es insoluble en todos los solventes pero es atacado por bases fuertes y ácido fluorhídrico. Ejército de reserva
2O
5es un material inerte con alto índice de refracción y baja absorción (es decir, incoloro), lo que lo hace útil para recubrimientos. [2] También se utiliza ampliamente en la producción de condensadores , debido a su alta constante dieléctrica .

Preparación

Ocurrencia

El tantalio se encuentra en los minerales tantalita y columbita (columbio es un nombre arcaico del niobio), que se encuentran en las pegmatitas , una formación de roca ígnea. Las mezclas de columbita y tantalita se denominan coltán . La tantalita fue descubierta por Anders Gustaf Ekeberg en Ytterby , Suecia y Kimoto, Finlandia. Los minerales microlita y pirocloro contienen aproximadamente 70% y 10% de Ta, respectivamente.

Refinando

Los minerales de tantalio a menudo contienen cantidades significativas de niobio , que en sí mismo es un metal valioso. Como tal, ambos metales se extraen para poder comercializarlos. El proceso general es de hidrometalurgia y comienza con un paso de lixiviación ; en el que el mineral se trata con ácido fluorhídrico y ácido sulfúrico para producir fluoruros de hidrógeno solubles en agua , como el heptafluorotantalato . Esto permite que los metales se separen de las diversas impurezas no metálicas de la roca.

(FeMn) (NbTa) 2 O 6 + 16 HF → H 2 [TaF 7 ] + H 2 [NbOF 5 ] + FeF 2 + MnF 2 + 6 H 2 O

A continuación, se eliminan los hidrogenofloruros de tántalo y niobio de la solución acuosa mediante extracción líquido-líquido utilizando disolventes orgánicos , tales como ciclohexanona o metil isobutil cetona . Este paso permite la simple eliminación de diversas impurezas metálicas (por ejemplo, hierro y manganeso) que permanecen en la fase acuosa en forma de fluoruros . A continuación, se logra la separación del tantalio y el niobio mediante el ajuste del pH . El niobio requiere un mayor nivel de acidez para permanecer soluble en la fase orgánica y, por lo tanto, puede eliminarse selectivamente mediante extracción en agua menos ácida. La solución de fluoruro de hidrógeno de tantalio puro se neutraliza luego con amoníaco acuoso.para dar óxido de tantalio hidratado (Ta 2 O 5 (H 2 O) x ), que se calcina a pentóxido de tantalio (Ta 2 O 5 ) como se describe en estas ecuaciones idealizadas: [3]

H 2 [TaF $ 7 ] + 5 H 2 O + 7 NH 3 → 1 / 2 Ta 2 O 5 (H 2 O) 5 + 7 NH 4 F
Ta 2 O 5 (H 2 O) 5 → Ta 2 O 5 + 5 H 2 O

El óxido de tantalio puro natural se conoce como tantita mineral , aunque es extremadamente raro. [4]

De alcóxidos

El óxido de tantalio se utiliza con frecuencia en la electrónica, a menudo en forma de películas delgadas . Para estas aplicaciones se puede producir mediante MOCVD (o técnicas relacionadas), que implica la hidrólisis de sus haluros o alcóxidos volátiles :

Ta 2 (OEt) 10 + 5 H 2 O → Ta 2 O 5 + 10 EtOH
2 TaCl 5 + 5 H 2 O → Ta 2 O 5 + 10 HCl

Estructura y propiedades

La estructura cristalina del pentóxido de tantalio ha sido objeto de debate. El material a granel está desordenado , [5] ya sea amorfo o policristalino ; con cristales individuales siendo difíciles de cultivar. Como tal, la cristalografía de rayos X se ha limitado en gran medida a la difracción de polvo , que proporciona menos información estructural.

Se sabe que existen al menos 2 polimorfos . Una forma de baja temperatura, conocida como L- o β-Ta 2 O 5 , y la forma de alta temperatura conocida como H- o α-Ta 2 O 5 . La transición entre estas dos formas es lenta y reversible; teniendo lugar entre 1000 y 1360 ° C, con una mezcla de estructuras existentes a temperaturas intermedias. [5] Las estructuras de ambos polimorfos consisten en cadenas construidas a partir de poliedros octaédricos TaO 6 y pentagonales bipiramidales TaO 7 que comparten vértices opuestos; a los que se une además el uso compartido de bordes. [6] [7] El sistema cristalino general es ortorrómbicoen ambos casos, el grupo espacial de β-Ta 2 O 5 se identifica como Pna2 por difracción de rayos X de cristal único. [8] También se ha informado de una forma de alta presión ( Z -Ta 2 O 5 ), en la que los átomos de Ta adoptan una geometría de 7 coordenadas para dar una estructura monoclínica (grupo espacial C2). [9]

El pentóxido de tantalio puramente amorfo tiene una estructura local similar a los polimorfos cristalinos, construidos a partir de poliedros TaO 6 y TaO 7 , mientras que la fase líquida fundida tiene una estructura distinta basada en poliedros de menor coordinación, principalmente TaO 5 y TaO 6 . [10]

La dificultad para formar material con una estructura uniforme ha dado lugar a variaciones en sus propiedades informadas. Como muchos óxidos metálicos, el Ta 2 O 5 es un aislante y su banda prohibida se ha informado de diversas formas entre 3,8 y 5,3 eV, dependiendo del método de fabricación. [11] [12] [13] En general, cuanto más amorfo es el material, mayor es la banda prohibida observada. Estos valores observados son significativamente más altos que los predichos por la química computacional (2,3 - 3,8 eV). [14] [15] [16]

Su constante dieléctrica es típicamente de alrededor de 25 [17] aunque se han informado valores de más de 50. [18] En general, el pentóxido de tantalio se considera un material dieléctrico de alto k .

Reacciones

Ta 2 O 5 no reacciona apreciablemente con HCl o HBr, sin embargo, se disuelve en ácido fluorhídrico y reacciona con bifluoruro de potasio y HF de acuerdo con la siguiente ecuación: [19] [20]

Ta 2 O 5 + 4 KHF 2 + 6 HF → 2 K 2 [TaF 7 ] + 5 H 2 O

Ta 2 O 5 se puede reducir a Ta metálico mediante el uso de reductores metálicos como calcio y aluminio.

Ta 2 O 5 + 5 Ca → 2 Ta + 5 CaO
Varios condensadores de tantalio con clasificación de 10 μF × 30 V CC , tipo de cuerpo sólido sumergido en epoxi. La polaridad está marcada explícitamente.

Usos

En electrónica

Debido a su alto intervalo de banda y constante dieléctrica , el pentóxido de tantalio ha encontrado una variedad de usos en la electrónica, particularmente en los condensadores de tantalio . Estos se utilizan en electrónica automotriz , teléfonos celulares y buscapersonas, circuitos electrónicos; componentes de película fina; y herramientas de alta velocidad. En la década de 1990, creció el interés en el uso de óxido de tantalio como dieléctrico de alta k para aplicaciones de condensadores DRAM . [21] [22]

Se utiliza en condensadores de metal-aislante-metal en chip para circuitos integrados CMOS de alta frecuencia . El óxido de tantalio puede tener aplicaciones como capa de captura de carga para memorias no volátiles . [23] [24] Existen aplicaciones del óxido de tantalio en las memorias de conmutación resistivas . [25]

Otros usos

Debido a su alto índice de refracción , Ta 2 O 5 se ha utilizado en la fabricación del vidrio de lentes fotográficas . [2] [26] También se puede depositar como un recubrimiento óptico con aplicaciones típicas como recubrimientos de filtro antirreflejos y multicapa en UV cercano a infrarrojo cercano .[27]

Referencias

  1. ^ Reisman, Arnold; Holtzberg, Frederic; Berkenblit, Melvin; Berry, Margaret (20 de septiembre de 1956). "Reacciones de los pentóxidos del grupo VB con óxidos alcalinos y carbonatos. III. Diagramas de fase térmica y de rayos X del sistema K 2 O o K 2 CO 3 con Ta 2 O 5 ". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 78 (18): 4514–4520. doi : 10.1021 / ja01599a003 .
  2. ↑ a b Fairbrother, Frederick (1967). La química del niobio y el tantalio . Nueva York: Elsevier Publishing Company. págs.  1 –28. ISBN 978-0-444-40205-9.
  3. ^ Anthony Agulyanski (2004). "Química del flúor en el procesamiento de tantalio y niobio". En Anatoly Agulyanski (ed.). Química de los compuestos de fluoruro de niobio y tantalio (1ª ed.). Burlington: Elsevier. ISBN 9780080529028.
  4. ^ "Tantita: información y datos minerales de tantita" . Mindat.org . Consultado el 3 de marzo de 2016 .
  5. ↑ a b Askeljung, Charlotta; Marinder, Bengt-Olov; Sundberg, Margareta (1 de noviembre de 2003). "Efecto del tratamiento térmico sobre la estructura de L-Ta 2 O 5 ". Revista de química del estado sólido . 176 (1): 250–258. Código bibliográfico : 2003JSSCh.176..250A . doi : 10.1016 / j.jssc.2003.07.003 .
  6. ^ Stephenson, Carolina del Norte; Roth, RS (1971). "Sistemática estructural en el sistema binario Ta 2 O 5 –WO 3. V. La estructura de la forma de baja temperatura del óxido de tantalio L-Ta 2 O 5 " . Acta Crystallographica Sección B . 27 (5): 1037–1044. doi : 10.1107 / S056774087100342X .
  7. ^ Wells, AF (1947). Química inorgánica estructural . Oxford: Clarendon Press.
  8. ^ Wolten, GM; Chase, AB (1 de agosto de 1969). "Datos de monocristal para β Ta 2 O 5 y A KPO 3 ". Zeitschrift für Kristallographie . 129 (5–6): 365–368. Código Bibliográfico : 1969ZK .... 129..365W . doi : 10.1524 / zkri.1969.129.5-6.365 .
  9. ^ Zibrov, IP; Filonenko, vicepresidente; Sundberg, M .; Werner, P.-E. (1 de agosto de 2000). "Estructuras y transiciones de fase de B-Ta 2 O 5 y Z-Ta 2 O 5 : dos formas de alta presión de Ta 2 O 5 " . Acta Crystallographica Sección B . 56 (4): 659–665. doi : 10.1107 / S0108768100005462 .
  10. ^ Concejal, OLG; Benmore, CJ; Neuefeind, J .; Coillet, E .; Mermet, A .; Martínez, V .; Tamalonis, A .; Weber, R. (2018). "Tantala amorfa y su relación con el estado fundido" . Materiales de revisión física . 2 (4): 043602. doi : 10.1103 / PhysRevMaterials.2.043602 .
  11. ^ Kukli, Kaupo; Aarik, Jaan; Aidla, Aleks; Kohan, Oksana; Uustare, Teet; Sammelselg, Väino (1995). "Propiedades de las películas delgadas de óxido de tantalio crecidas por deposición de capa atómica". Películas sólidas delgadas . 260 (2): 135-142. Código Bibliográfico : 1995TSF ... 260..135K . doi : 10.1016 / 0040-6090 (94) 06388-5 .
  12. ^ Fleming, RM; Lang, DV; Jones, CDW; Steigerwald, ML; Murphy, DW; Alers, GB; Wong, Y.-H .; van Dover, RB; Kwo, JR; Sergent, AM (1 de enero de 2000). "Transporte de carga dominado por defectos en películas delgadas de Ta 2 O 5 amorfa ". Revista de Física Aplicada . 88 (2): 850. Código Bibliográfico : 2000JAP .... 88..850F . doi : 10.1063 / 1.373747 .
  13. ↑ Murawala, Prakash A .; Sawai, Mikio; Tatsuta, Toshiaki; Tsuji, Osamu; Fujita, Shizuo; Fujita, Shigeo (1993). "Propiedades estructurales y eléctricas de Ta 2 O 5 cultivadas por la CVD de fuente líquida mejorada con plasma utilizando fuente de penta etoxi tantalio". Revista japonesa de física aplicada . 32 (Parte 1, núm. 1B): 368–375. Código bibliográfico : 1993JaJAP..32..368M . doi : 10.1143 / JJAP.32.368 .
  14. ^ Ramprasad, R. (1 de enero de 2003). "Estudio de los primeros principios de los defectos de vacancia de oxígeno en el pentóxido de tantalio". Revista de Física Aplicada . 94 (9): 5609–5612. Código bibliográfico : 2003JAP .... 94.5609R . doi : 10.1063 / 1.1615700 .
  15. ^ Sawada, H .; Kawakami, K. (1 de enero de 1999). "Estructura electrónica de la vacante de oxígeno en Ta 2 O 5 ". Revista de Física Aplicada . 86 (2): 956. Código Bibliográfico : 1999JAP .... 86..956S . doi : 10.1063 / 1.370831 .
  16. ^ Nashed, Ramy; Hassan, Walid MI; Ismail, Yehea; Allam, Nageh K. (2013). "Desentrañar la interacción de la estructura cristalina y la estructura de la banda electrónica de óxido de tantalio (Ta 2 O 5 )". Física Química Física Química . 15 (5): 1352–7. Código Bibliográfico : 2013PCCP ... 15.1352N . doi : 10.1039 / C2CP43492J . PMID 23243661 . 
  17. ↑ Macagno, V .; Schultze, JW (1 de diciembre de 1984). "El crecimiento y las propiedades de las finas capas de óxido en los electrodos de tantalio". Revista de Química Electroanalítica y Electroquímica Interfacial . 180 (1-2): 157-170. doi : 10.1016 / 0368-1874 (84) 83577-7 .
  18. ^ Hiratani, M .; Kimura, S .; Hamada, T .; Iijima, S .; Nakanishi, N. (1 de enero de 2002). "Polimorfo hexagonal de tantalio-pentóxido con constante dieléctrica mejorada". Letras de Física Aplicada . 81 (13): 2433. Código bibliográfico : 2002ApPhL..81.2433H . doi : 10.1063 / 1.1509861 .
  19. ^ Agulyansky, A (2003). "Fluorotantalato de potasio en estado sólido, disuelto y fundido". J. Química del flúor . 123 : 155-161. doi : 10.1016 / S0022-1139 (03) 00190-8 .
  20. ^ Brauer, Georg (1965). Manual de química inorgánica preparativa . Prensa académica. pag. 256. ISBN 978-0-12-395591-3.
  21. ↑ Ezhilvalavan, S .; Tseng, TY (1999). "Preparación y propiedades de películas delgadas de pentóxido de tantalio (Ta 2 O 5 ) para la aplicación de circuitos integrados de gran escala (ULSI) - una revisión". Revista de ciencia de materiales: Materiales en electrónica . 10 (1): 9–31. doi : 10.1023 / A: 1008970922635 .
  22. ↑ Chaneliere, C; Autran, JL; Devine, RAB; Balland, B (1998). " Películas delgadas de pentóxido de tantalio (Ta 2 O 5 ) para aplicaciones dieléctricas avanzadas". Ciencia de los Materiales e Ingeniería: R . 22 (6): 269–322. doi : 10.1016 / S0927-796X (97) 00023-5 .
  23. ^ Wang, X; et al. (2004). "Una nueva memoria no volátil de tipo MONOS que utiliza dieléctricos de alto κ para mejorar la retención de datos y la velocidad de programación". Transacciones IEEE en dispositivos electrónicos . 51 (4): 597–602. Código Bibliográfico : 2004ITED ... 51..597W . doi : 10.1109 / TED.2004.824684 .
  24. ^ Zhu, H; et al. (2013). "Diseño y Fabricación de Pilas Ta 2 O 5 para Aplicación de Memoria Discreta Multibit". Transacciones IEEE sobre nanotecnología . 12 (6): 1151-1157. Código bibliográfico : 2013ITNan..12.1151Z . doi : 10.1109 / TNANO.2013.2281817 .
  25. ^ Lee, M-.J; et al. (2011). "Un dispositivo de memoria no volátil rápido, de alta resistencia y escalable hecho de estructuras asimétricas de dos capas Ta 2 O 5− x / TaO 2− x ". Materiales de la naturaleza . 10 (8): 625–630. Código Bibliográfico : 2011NatMa..10..625L . doi : 10.1038 / NMAT3070 . PMID 21743450 . 
  26. ^ Musikant, Solomon (1985). "Composición de vidrio óptico" . Materiales ópticos: Introducción a la selección y aplicación . Prensa CRC. pag. 28. ISBN 978-0-8247-7309-0.
  27. ^ "ÓXIDO DE TANTALO PARA APLICACIONES DE RECUBRIMIENTO ÓPTICO" . Materion . Consultado el 1 de abril de 2021 .
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