五氯化钽
IUPAC名Tantalum(V) chlorideTantalum pentachloride
识别
CAS号
7721-01-9（TaCl5） Y17499-29-5（Ta2Cl10） N
PubChem
24394
SMILES
Cl[Ta](Cl)(Cl)(Cl)Cl
InChI
1S/5ClH.Ta/h5*1H;/q;;;;;+5/p-5
EINECS
231-755-6
性质
化学式
TaCl5
摩尔质量
358.213 g/mol g·mol⁻¹
外观
白色单斜晶体[1]
密度
3.68 g/cm3
熔点
216 °C（489 K）
沸点
239.4 °C（513 K）
溶解性（水）
反应
溶解性
氯仿、CCl4
磁化率
6996139999999999999♠+140.0×10−6 cm3/mol
结构
晶体结构
单斜, mS72
空间群
C2/m, No. 12
热力学
ΔfHm⦵298K
-858.98 kJ/mol
S⦵298K
221.75 J K−1 mol−1
危险性
闪点
不可燃
致死量或浓度：
LD50（中位剂量）
1900 mg/kg (大鼠，口服)
相关物质
其他阴离子
五氟化钽五溴化钽五碘化钽
其他阳离子
四氯化钒五氯化铌
相关化学品
三氯化钽, 四氯化钽
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。
五氯化钽是一种无机化合物，化学式 TaCl5。它是一种白色粉末，是研究钽化合物的开端。它会水解成三氯氧化钽（TaOCl3）甚至是五氧化二钽（Ta2O5）；这就要求使用空气隔绝技术在无水条件下进行合成和操作。
结构[编辑]
TaCl5 是一种单斜晶体，空间群 C2/m。[2]十个氯原子处在两个八面体顶点的位置。两个钽原子在八面体的中间，由两个桥接配体氯连接而成。二聚体结构保留在非络合溶剂中，并在很大程度上保持熔融状态。但是，气态的 TaCl5 是单体。这个单体的形状是三角双锥，就和PCl5一样。[3]
物理性质[编辑]
五氯化钽在芳香烃的溶解度是按照以下趋势升高的:
苯 < 甲苯 < 间二甲苯 < 均三甲苯
这反映在于溶液的颜色从浅黄色到橙色的加深。相较于芳香烃，五氯化钽的溶解度在环己烷和四氯化碳中较少。还已知五氯化钽的这种溶液是不良的电导体，表明几乎没有电离。通过升华纯化TaCl5，可得到白色针状固体。
制备[编辑]
五氯化钽可以由钽和氯气在 170 至 250 °C之间直接化合而成。这个反应也可以用HCl，不过要在400 °C下反应。[4]
2 Ta + 5 Cl2 → 2 TaCl5
2 Ta + 10 HCl → 2 TaCl5 + 5 H2
在240 °C，五氧化二钽和氯化亚砜反应也可以得到五氯化钽。
Ta2O5 + 5 SOCl2 → 2 TaCl5 + 5 SO2
五氯化钽是可以购买的，不过样本里会有少量的氯氧化钽 (TaOCl3)。这是五氯化钽水解而成的。
反应[编辑]
TaCl5 是亲电体，类似AlCl3。它会和路易斯碱反应，形成加合物。[5]
加合物[编辑]
TaCl5 可以和醚形成稳定的加合物:
TaCl5 + R2O → TaCl5(OR2) (R = Me, Et)
TaCl5 也可以和五氯化磷和氯氧化磷反应。后者是一个加合物，连接氧原子:
TaCl5 + PCl5 → [PCl+4][TaCl−6]
TaCl5 + OPCl3 → [TaCl5(OPCl3)]
五氯化钽会和叔胺反应，生成加合物晶体。
TaCl5 + 2 R3N → [TaCl5(NR3)]
取代反应[编辑]
五氯化钽会和三苯基氧化膦反应，生成氯氧化物:
TaCl5 + 3 OPPh3 → [TaOCl3(OPPh3)]x ...
TaCl5 和有氢氧基的化合物如：醇、苯酚和羧酸反应，形成氯化氢和有 Ta–O 键的化合物:
TaCl5 + 3 HOEt → TaCl2(OEt)3 + 3 HCl
用氨来吸收HCl，五个氯原子都会被替换，形成 Ta(OEt)5。同样的， TaCl5 会和甲醇锂在甲醇中反应，形成甲氧基化合物:
TaCl5 + 4 LiOMe → Ta(OMe)4Cl + 4 LiCl
和胺，醇的反应[编辑]
氨会取代 TaCl5 的大部分氯原子，形成簇合物。用伯胺或仲胺取代氯原子的速率较慢，不过用二烷基胺基锂反应可以取代五个氯原子，例如制备五（二甲基胺基）钽（英语：Pentakis(dimethylamido)tantalum）的反应:
TaCl5 + 5 LiNMe2 → Ta(NMe2)5
五氯化物与醇反应，生成醇盐。如制备五乙醇钽（英语：tantalum(V) ethoxide）所示，此类反应通常在碱的存在下进行:
10 EtOH + Ta2Cl10 + 10 NH3 → Ta2(OEt)10 + 10 NH4Cl
五氯化钽会被氮杂环如：吡啶还原。
还原[编辑]
还原五氯化钽会形成中性或阴离子的簇合物，如： [Ta6Cl18]4− 和 [Ta6Cl14](H2O)4。[6]
Ta6Cl182− 阴离子的结构[7]
参考资料[编辑]
^ Lide, David R. (编), CRC Handbook of Chemistry and Physics 87th, Boca Raton, FL: CRC Press, 2006, ISBN 0-8493-0487-3
^ Rabe, Susanne; Müller, Ulrich. Crystal structure of tantalum pentachloride, (TaCl5)2. Z. Kristallogr. - New Cryst. Struct. 2000, 215 (1): 1–2. doi:10.1515/ncrs-2000-0102 .
^ F. Fairbrother. The Chemistry of Niobium and Tantalum. Elsevier. 1967. 含有內容需登入查看的頁面 (link)
^ Young, Ralph C.; Brubaker, Carl H. Reaction of Tantalum with Hydrogen Chloride, Hydrogen Bromide and Tantalum Pentachloride; Action of Hydrogen on Tantalum Pentachloride. Journal of the American Chemical Society. 1952, 74 (19): 4967. doi:10.1021/ja01139a524.
^ F. A. Cotton, G. Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry (4th ed.), Wiley, New York, 1980.
^ Duraisamy, Thirumalai; Hay, Daniel N. T.; Messerle, Louis. Octahedral Hexatantalum Halide Clusters. Inorganic Syntheses. 2014, 36: 1–8. doi:10.1002/9781118744994.ch1.
^ Thaxton, C. B.; Jacobson, R. A. The Crystal Structure of H2(Ta6Cl18)(H2O)6. Inorganic Chemistry. 1971, 10: 1460–1463. doi:10.1021/ic50101a029.
扩展阅读[编辑]
Ozin, G. A.; Walton, R. A. Vibrational spectra and structures of the 1:1 complexes of niobium and tantalum, pentachlorides and tantalum pentabromide with aceto-, perdeuterioaceto-, and propionitriles in the solid and solution states and a vibrational analysis of the species MX5, NC·CY3 (Y = H or D). J. Chem. Soc. A. 1970: 2236–2239. doi:10.1039/j19700002236.
Bullock, J. I.; Parrett, F. W.; Taylor, N. J. Some metal halide–phosphorus halide–alkyl halide complexes. Part II. Reactions with niobium and tantalum pentachlorides and tungsten hexachloride. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1973, (5): 522–524. doi:10.1039/DT9730000522.
Đorđević, C.; Katović, V. Co-ordination complexes of niobium and tantalum. Part VIII. Complexes of niobium(IV), niobium(V), and tantalum(V) with mixed oxo, halogeno, alkoxy, and 2,2′-bipyridyl ligands. J. Chem. Soc. A. 1970: 3382–3386. doi:10.1039/j19700003382.
Cowley, A.; Fairbrother, F.; Scott, N. The halides of niobium (columbium) and tantalum. Part V. Diethyl ether complexes of the pentachlorides and pentabromides; the solubility of tantalum pentaiodide in ether. J. Chem. Soc. 1958: 3133–3137. doi:10.1039/JR9580003133.
外部链接[编辑]
维基共享资源上的相关多媒体资源：五氯化钽
NIST Standard Reference Database（页面存档备份，存于互联网档案馆）
查论编钽化合物钽(II)
TaB2
钽(III)
TaAl3
TaN
钽(IV)
TaS2
TaC
TaTe2
Ta4HfC5
钽(V)
TaF5
TaCl5
TaBr5
TaI5
Ta2O5
LiTaO3
NaTaO3
KTaO3
PbTa2O6
AgTaO3
LuTaO4
K2TaF7
H2TaF7
K2Ta2O3F6有机钽(V)化合物（英语：Organotantalum chemistry）
Ta2(OC2H5)10
TaC5H15
Ta(C2H6N)5（英语：Pentakis(dimethylamido)tantalum）
查论编氯化物
HCl
He
LiCl
BeCl2
BCl3 B2Cl4
CCl4C2Cl4C2Cl6
NCl3NH4ClNH4OCl ClN3
Cl2OClO2Cl2O7
ClF ClF3ClF5
Ne
NaCl
MgCl2
AlClAlCl3
SiCl4
P2Cl4PCl3PCl5
S2Cl2SCl2SCl4
Cl-Cl2
Ar
KCl
CaClCaCl2
ScCl3
TiCl2TiCl3TiCl4
VCl2VCl3VCl4 VCl5
CrCl2CrCl3CrCl4
MnCl2MnCl3
FeCl2FeCl3
CoCl2 CoCl3（英语：Cobalt(III) chloride）
NiCl2
CuClCuCl2
ZnCl2
GaCl2GaCl3
GeCl2GeCl4
AsCl3AsCl5
Se2Cl2SeCl4
BrCl
KrCl
RbCl
SrCl2
YCl3
ZrCl3ZrCl4
NbCl3（英语：niobium trichloride）NbCl4NbCl5
MoCl2MoCl3 MoCl4Mo2Cl10MoCl6
TcCl3TcCl4
RuCl3
RhCl3
PdCl2
AgCl
CdCl2
InClInCl2InCl3
SnCl2SnCl4
SbCl3SbCl5
Te3Cl2TeCl2TeCl4
IClICl3
XeCl（英语：Xenon monochloride）XeCl2XeCl4
CsCl
BaCl2
镧系
HfCl4
TaCl4TaCl5
W6Cl12W6Cl18 WCl4 WCl5 WCl6
ReCl3ReCl4 ReCl5 ReCl6
OsCl2OsCl3OsCl4OsCl5
IrCl2IrCl3IrCl4
PtCl2PtCl3PtCl4
AuClAuCl3
Hg2Cl2HgCl2
TlClTlCl3
PbCl2PbCl4
BiCl3
PoCl2PoCl4
AtCl
RnCl2
FrCl
RaCl2
锕系
RfCl4
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
Cn
Nh
Fl
Mc
Lv
Ts
Og
↓
镧系
LaCl3
CeCl3
PrCl3
NdCl2NdCl3
PmCl3
SmCl2SmCl3
EuCl2EuCl3
GdCl3
TbCl3
DyCl2DyCl3
HoCl3
ErCl3
TmCl2TmCl3
YbCl2YbCl3
LuCl3
锕系
AcCl3
ThCl4
PaCl4PaCl5
UCl3UCl4UCl5UCl6
NpCl3NpCl4
PuCl3
AmCl2AmCl3
CmCl3
BkCl3
CfCl2CfCl3
EsCl2EsCl3
Fm
Md
No
LrCl3