टैंटलम पेंटोक्साइड

टैंटलम पेंटोक्साइड, जिसे टैंटलम (वी) ऑक्साइड भी कहा जाता है, रासायनिक सूत्र के साथ अकार्बनिक यौगिक है. यह एक सफेद ठोस है जो सभी सॉल्वैंट्स में अघुलनशील है लेकिन मजबूत आधारों और हाइड्रोफ्लोरिक एसिड द्वारा हमला किया जाता है। उच्च अपवर्तक सूचकांक और कम अवशोषण (यानी रंगहीन) के साथ एक निष्क्रिय सामग्री है, जो इसे कोटिंग्स के लिए उपयोगी बनाती है. इसकी उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक के कारण टैंटलम संधारित्र के उत्पादन में भी इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

घटना
टैंटलम खनिजों में टैंटेलाइट और कोलंबाइट (कोलंबियम नाइओबियम के लिए एक पुरातन नाम है) में होता है, जो पेगमाटाइट्स में होता है, एक आग्नेय चट्टान का निर्माण होता है। कोलम्बाइट और टैंटालाइट के मिश्रण को कोल्टन कहा जाता है। टैंटालाइट की खोज एंडर्स गुस्ताफ एकेबर्ग ने की थी येटरबी, स्वीडन और किमोटो, फिनलैंड में। microlite और pyrochlor खनिजों में क्रमशः लगभग 70% और 10% टा होता है।

शोधन
टैंटलम अयस्कों में अक्सर महत्वपूर्ण मात्रा में नाइओबियम होता है, जो स्वयं एक मूल्यवान धातु है। जैसे, दोनों धातुओं को निकाला जाता है ताकि उन्हें बेचा जा सके। समग्र प्रक्रिया hydrometallurgy में से एक है और एक लीचिंग (धातु विज्ञान) कदम से शुरू होती है; जिसमें अयस्क को हाइड्रोफ्लुओरिक अम्ल और सल्फ्यूरिक एसिड के साथ पानी में घुलनशील हाइड्रोजिन फ्लोराइड जैसे पोटेशियम हेप्टाफ्लोरोटेंटेलेट के उत्पादन के लिए उपचारित किया जाता है। यह धातुओं को चट्टान में विभिन्न गैर-धात्विक अशुद्धियों से अलग करने की अनुमति देता है।


 * (FeMn)(एनबीटीए)2O6 + 16 हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड → एच2[बंद7] + एच2[एनबीओएफ5] + आयरन (II) फ्लोराइड|FeF2+ मैंगनीज (द्वितीय) फ्लोराइड | एमएनएफ2+ 6 एच2हे

तब टैंटलम और नाइओबियम हाइड्रोजनफ्लोराइड्स को तरल-तरल निष्कर्षण द्वारा जलीय घोल से हटा दिया जाता है| cyclohexanone या मिथाइल आइसोबुटिल कीटोन जैसे ऑर्गेनिक सॉल्वेंट का उपयोग करके तरल-तरल निष्कर्षण। यह कदम विभिन्न धातु अशुद्धियों (जैसे लोहा और मैंगनीज) को आसानी से हटाने की अनुमति देता है जो फ्लोराइड्स के रूप में जलीय चरण में रहते हैं। तब टैंटलम और नाइओबियम का पृथक्करण पीएच समायोजन द्वारा प्राप्त किया जाता है। नाइओबियम को कार्बनिक चरण में घुलनशील रहने के लिए उच्च स्तर की अम्लता की आवश्यकता होती है और इसलिए इसे कम अम्लीय पानी में निष्कर्षण द्वारा चुनिंदा रूप से हटाया जा सकता है। शुद्ध टैंटलम हाइड्रोजन फ्लोराइड घोल को जलीय अमोनिया के साथ उदासीन करके हाइड्रेशन टैंटलम ऑक्साइड (टा) का पानी दिया जाता है।2O5(एच2ओ)x), जो टैंटलम पेंटोक्साइड (ता2O5) जैसा कि इन आदर्श समीकरणों में वर्णित है:
 * एच2[बंद7] + 5 एच2हे + 7 अमोनिया|एनएच3→ $-0 cm^{3}/mol$ का सामना करना पड़2O5(एच2ओ)5 + 7 अमोनियम फ्लोराइड|NH4एफ
 * का2O5(एच2ओ)5 → वह2O5 + 5 एच2हे

प्राकृतिक शुद्ध टैंटलम ऑक्साइड को खनिज चाची के रूप में जाना जाता है, हालांकि यह अत्यंत दुर्लभ है।

अल्कोक्साइड्स से
टैंटलम ऑक्साइड अक्सर इलेक्ट्रॉनिक्स में प्रयोग किया जाता है, अक्सर पतली फिल्मों के रूप में। इन अनुप्रयोगों के लिए इसे MOCVD (या संबंधित तकनीकों) द्वारा उत्पादित किया जा सकता है, जिसमें इसके वाष्पशील halide या एल्कोक्साइड्स का हाइड्रोलिसिस शामिल है:


 * टैंटलम (वी) एथोक्साइड | ता2(ओईटी)10+ 5 एच2ओ → ता2O5 + 10 EtOH
 * 2 टैंटलम क्लोराइड|TaCl5+ 5 एच2ओ → ता2O5 + 10 एचसीएल

संरचना और गुण
टैंटलम पेंटोक्साइड की क्रिस्टल संरचना कुछ बहस का विषय रही है। थोक सामग्री अव्यवस्थित चरण है, या तो अनाकार या polycrystalline होना; एकल क्रिस्टल के बढ़ने में कठिनाई होती है। जैसे एएक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी काफी हद तक पाउडर विवर्तन तक ही सीमित है, जो कम संरचनात्मक जानकारी प्रदान करता है।

कम से कम 2 बहुरूपता (पदार्थ विज्ञान) के अस्तित्व के बारे में जाना जाता है। एक निम्न तापमान रूप, जिसे L- या β-Ta के रूप में जाना जाता है2O5, और उच्च तापमान रूप जिसे H- या α-Ta के रूप में जाना जाता है2O5. इन दो रूपों के बीच संक्रमण धीमा और उत्क्रमणीय है; मध्यवर्ती तापमान पर मौजूद संरचनाओं के मिश्रण के साथ 1000 और 1360 डिग्री सेल्सियस के बीच हो रहा है। दोनों बहुरूपियों की संरचना में अष्टफलकीय ताओ से निर्मित श्रृंखलाएँ होती हैं6 और पंचकोणीय द्विपिरामिडल ताओ7 पॉलीहेड्रा विपरीत कोने साझा करना; जो कि एज-शेयरिंग द्वारा और जुड़ जाते हैं। β-Ta के अंतरिक्ष समूह के साथ, समग्र क्रिस्टल प्रणाली दोनों मामलों में orthorhombic है2O5 एकल क्रिस्टल एक्स-रे विवर्तन द्वारा Pna2 के रूप में पहचाना जा रहा है। एक उच्च दबाव प्रपत्र (Z-Ta2O5) भी बताया गया है, जिसमें टा परमाणु एक monoclinic संरचना (अंतरिक्ष समूह C2) देने के लिए 7 समन्वय ज्यामिति को अपनाते हैं। विशुद्ध रूप से अक्रिस्टलीय टैंटलम पेंटॉक्साइड की एक समान स्थानीय संरचना होती है जो ताओ से निर्मित क्रिस्टलीय बहुरूपताओं के समान होती है।6 और ताओ7 पॉलीहेड्रा, जबकि पिघले हुए तरल चरण में एक अलग संरचना होती है जो निचले समन्वय पॉलीहेड्रा पर आधारित होती है, मुख्य रूप से ताओ5 और ताओ6. एक समान संरचना के साथ सामग्री बनाने में कठिनाई के कारण इसकी रिपोर्ट की गई संपत्तियों में भिन्नता आई है। कई धातु आक्साइड की तरह टा2O5 एक इंसुलेटर (बिजली) है और इसके ऊर्जा अंतराल को निर्माण की विधि के आधार पर 3.8 और 5.3 eV के बीच बताया गया है।  सामान्य तौर पर सामग्री जितनी अधिक अनाकार होती है, उसका बैंड गैप उतना ही अधिक होता है। ये देखे गए मान कम्प्यूटेशनल रसायन विज्ञान (2.3 - 3.8 eV) द्वारा अनुमानित की तुलना में काफी अधिक हैं। इसका ढांकता हुआ स्थिरांक आमतौर पर लगभग 25 होता है हालांकि 50 से अधिक के मूल्यों की सूचना दी गई है। सामान्य तौर पर टैंटलम पेंटोक्साइड को एक उच्च-के ढांकता हुआ पदार्थ माना जाता है।

प्रतिक्रियाएं
टा2O5 एचसीएल या एचबीआर के साथ पर्याप्त रूप से प्रतिक्रिया नहीं करता है, हालांकि यह हाइड्रोफ्लोरिक एसिड में भंग हो जाएगा, और निम्नलिखित समीकरण के अनुसार पोटेशियम बाइफ्लोराइड और एचएफ के साथ प्रतिक्रिया करता है:
 * सामना करना2O5 + 4 केएचएफ2 + 6 एचएफ → 2 पोटेशियम हेप्टाफ्लोरोटेंटलेट | के2[बंद7] + 5 एच2

2O5 कैल्शियम और एल्यूमीनियम जैसे धात्विक रिडक्टेंट्स के उपयोग के माध्यम से धात्विक टा को कम किया जा सकता है।


 * ता2O5 + 5 सीए → 2 टा + 5 कैल्शियम ऑक्साइड



इलेक्ट्रॉनिक्स में
अपने उच्च बैंड अंतराल और ढांकता हुआ स्थिरांक के कारण, टैंटलम पेंटोक्साइड ने इलेक्ट्रॉनिक्स में विशेष रूप से टैंटलम कैपेसिटर में विभिन्न प्रकार के उपयोग पाए हैं। इनका उपयोग ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स, सेल फोन और पेजर्स, इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्री में किया जाता है; पतली-फिल्म घटक; और उच्च गति वाले उपकरण। 1990 के दशक में, डीआरएएम कैपेसिटर अनुप्रयोगों के लिए उच्च-के डाइइलेक्ट्रिक के रूप में टैंटलम ऑक्साइड के उपयोग में रुचि बढ़ी। इसका उपयोग उच्च आवृत्ति सीएमओएस एकीकृत सर्किट के लिए ऑन-चिप मेटल-इन्सुलेटर-मेटल कैपेसिटर में किया जाता है। टैंटलम ऑक्साइड में गैर-वाष्पशील मेमोरी | गैर-वाष्पशील यादों के लिए चार्ज ट्रैपिंग परत के रूप में अनुप्रयोग हो सकते हैं। प्रतिरोधक रैंडम-एक्सेस मेमोरी में टैंटलम ऑक्साइड के अनुप्रयोग हैं।

अन्य उपयोग
अपने उच्च अपवर्तक सूचकांक के कारण, Ta2O5 फोटोग्राफिक लेंस के काँच के निर्माण में उपयोग किया गया है। इसे एक ऑप्टिकल कोटिंग के रूप में भी जमा किया जा सकता है, जिसमें विशिष्ट अनुप्रयोग एंटीरफ्लेक्शन और बहुपरत फिल्टर कोटिंग्स निकट पराबैंगनी से निकट अवरक्त में होते हैं।