Этоксид тантала (V) - Tantalum(V) ethoxide

Этоксид тантала (V)
Ta2 (OEt) 10.png
Имена
Название ИЮПАК
Этоксид тантала (V)
Другие имена
  • Этилат тантала
  • Этилат тантала (V)
  • Пентаэтил танталат
  • Пентаэтоксид тантала
  • Пентаэтокситантал (V)
  • Пентаэтанолат тантала (5+)
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.025.464 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 228-010-2
Характеристики
C10ЧАС25О5Та
Молярная масса406,25 г моль−1
ВнешностьБесцветная жидкость
Плотность1,566 г / см3 (при 25 ° C)
Температура плавления 21 ° С (70 ° F, 294 К)
Точка кипения 145 ° C (293 ° F, 418 K) при 0,0133 кПа
реагирует
РастворимостьОрганические растворители
1.488[1]
Опасности[2]
Паспорт безопасностиВнешний паспорт безопасности материала
Пиктограммы GHSGHS02: ЛегковоспламеняющийсяGHS05: КоррозийныйGHS07: Вредно
Сигнальное слово GHSОпасность
H226, H314, H319, H335
P280, P305 + 351 + 338
NFPA 704 (огненный алмаз)
точка возгорания 31 ° С; 87 ° F; 304 К
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Этоксид тантала (V) это металлоорганическое соединение с формулой Ta2(OC2ЧАС5)10, часто сокращенно Ta2(OEt )10. Это бесцветное твердое вещество, растворяющееся в некоторых органических растворителях, но гидролизует охотно.[3] Он используется для получения пленок оксида тантала (V).

Структура

Алкоксиды тантала (V) обычно существуют в виде димеры[4] с октаэдрическими шестикоординатными металлическими центрами тантала.[5] Последующий кристаллографический анализ установили, что метоксид и изопропоксиды ниобия имеют биоктаэдрические структуры.[6][7] С геометрической точки зрения, десять этоксид лиганд атомы кислорода Ta2(OEt)10 Молекула в растворе определяет пару октаэдров, имеющих общий край с двумя атомами тантала, расположенными в их центрах.[6] С точки зрения связывания каждый центр тантала октаэдрически окружен четырьмя монодентатный и два мостиковые этоксидные лиганды. Каждый атом кислорода мостиковых этоксидов связан с обоими центрами тантала, и эти два лиганда являются СНГ друг другу в сфера координации. Формула [(EtO)4Ta (μ-OEt)]2 более полно представляет эту димерную структуру, хотя упрощенная формула обычно используется для большинства целей. Вот иллюстрация ЯМР анализ.

Подготовка

Известно несколько подходов к получению этоксида тантала (V). Метатезис солей из хлорид тантала (V) вообще самый удачный. Пентахлорид тантала, Та2Cl10, обеспечивает удобную отправную точку. Чтобы избежать образования смешанных хлорид-этоксидных соединений, основание, такое как аммиак обычно добавляют в улавливатель высвободившейся HCl:[8]

10 EtOH + Ta2Cl10 + 10 NH3 → Та2(OEt)10 + 10 NH4Cl

Метатезис солей с использованием щелочной металл Также можно использовать алкоксид:[8]

10 NaOEt + Ta2Cl10 → Та2(OEt)10 + 10 NaCl

То же соединение можно приготовить электрохимически.[6][9] Два полууравнения и общее уравнение[9] для этой реакции:

катод: 2 EtOH + 2 е− → 2 EtO− + H2
анод: Ta → "Ta5+"+ 5 e−
общий: 2 Ta + 10 EtOH → 2 "Ta5+"+ 10 EtO− + 5 часов2 → Та2(OEt)10 + 5 часов2

Промышленное производство этоксида тантала (V) с использованием этого электрохимического подхода применялось в России.[9] Соединение также может быть получено прямой реакцией металлического тантала с этанолом, и в этом случае общее уравнение такое же, как показано выше для электрохимического подхода.[8]

Реакции

Самая важная реакция алкоксидов тантала - это гидролиз для производства пленок и гелей оксидов тантала. Хотя эти реакции являются сложными, образование оксид тантала (V) пленка гидролизом[3] можно описать этим упрощенным уравнением:

Та2(OC2ЧАС5)10 + 5 часов2O → Ta2О5 + 10 С2ЧАС5ОЙ

Этоксид тантала (V) оптические покрытия может производиться при низком давлении химическое осаждение из паровой фазы.[10] При давлении 1,33мПа и температурах 700 ° C, a кремнезем пленка нужной глубины сначала наносится разложением тетраэтоксисилан, Si (OEt)4, или ди-т-бутиоксидиацетоксисилан, Si (OC (CH3)3)2(OOCCH3)2, затем вводится этоксид тантала (V).[10] Как и в случае с этоксид ниобия (V), предшественник этоксида термически разлагается с образованием оксидного слоя с соответствующим высвобождением диэтиловый эфир:

Та2(OEt)10 → Та2О5 + 5 Et – O – Et

Пиролиз также образует пленку оксида тантала (V) путем химического осаждения из паровой фазы, в этом случае этоксид тантала (V) полностью окисляется, образуя углекислый газ и воды пар:[11]

Та2(OC2ЧАС5)10 + 30 O2 → Та2О5 + 20 СО2 + 25 часов2О

Аморфный пленки оксида тантала (V) также могут быть получены осаждение атомного слоя или методом импульсного химического осаждения из паровой фазы, в котором поочередно наносят этоксид тантала (V) и хлорид тантала (V).[12] При температуре около 450 ° C полученные пленки имеют показатели преломления и диэлектрическая проницаемость свойства аналогичны тем, которые получены с помощью традиционных подходов.[12] Изготовление этих пленок происходит с потерей хлорэтан:[12]

Та2(OC2ЧАС5)10 + Та2Cl10 → 2 Та2О5 + 10 С2ЧАС5Cl

Золь-гель обработка также производит тонкие пленки оксида тантала (V)[13] используя аналогичный химический подход. Золь-гель способы с использованием этоксида тантала (V) для создания слоистых перовскит материалы также были разработаны.[14]

Приложения

В основном используется для изготовления оксид тантала (V) тонкопленочные материалы подходами, включающими химическое осаждение из паровой фазы,[10] осаждение атомного слоя,[12] и золь-гель обработка.[13] Эти материалы имеют полупроводник,[12] электрохромный,[15] и оптический[10] Приложения.

Пленки оксида тантала (V) имеют множество применений, в том числе в качестве оптических пленок с показателем преломления до 2,039.[16] и как тонкая пленка диэлектрический материал в динамическая память с произвольным доступом и полупроводник полевые транзисторы.[12] Подход, выбранный для приготовления этих материалов, определяется желаемыми свойствами. Прямой гидролиз подходит, когда допустимо присутствие остаточной воды или использование высоких температур для сушки. Микрошаблоны может быть получен сайт-селективным осаждением с использованием подхода гидролиза путем формирования самосборный монослой сопровождаемый высокой температурой отжиг.[17] Химическое осаждение из паровой фазы позволяет контролировать толщину пленки в нанометровом масштабе, что важно для некоторых приложений. Прямой пиролиз удобен для оптических приложений,[10] где важны прозрачные материалы с низкими потерями света из-за поглощения,[16] а также использовался для получения нитрида только для чтения памяти.[11] Электрохромизм свойство некоторых материалов менять цвет при наложении заряда,[18] и является средством, с помощью которого так называемые умное стекло работает. Пленки, полученные гидролизом этоксида тантала (V), были использованы для получения пленок аморфного оксида тантала (V), подходящих для электрохромных применений.[15]

Тонкие пленки из смешанных металлов также были приготовлены из этого соединения. Например, танталат лития, LiTaO3, фильмы желательны для их нелинейная оптика свойств и были получены путем первой реакции этоксида тантала (V) с дипивалоилметанатом лития, LiCH (COC (CH3)3)2, чтобы приготовить прекурсор, подходящий для эпитаксия из паровой фазы металлоорганических соединений (форма химического осаждения из паровой фазы).[19] Пленки танталата стронция, Sr (TaO3)2, были также получены с использованием подходов к осаждению атомных слоев и исследованы их свойства.[20]

Этоксид тантала (V) конденсируется с карбоновыми кислотами с образованием оксоалкоксидкарбоксилатов, например Ta4О4(OEt)8(OOCCH3)4.[8] Та4О4 ядро таких соединений образуют кластер кубанового типа.

Рекомендации

  1. ^ «Этиоксид тантала и этиоксид ниобия». Materian Advanced Chemicals. Получено 19 октября 2012.
  2. ^ «Этоксид тантала (V) 99.98% на основе следов металлов». Сигма Олдрич. Получено 18 октября 2012.
  3. ^ а б Лиде, Дэвид Р., изд. (2006). CRC Справочник по химии и физике (87-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN  0-8493-0487-3.
  4. ^ Брэдли, Д.; Холлоуэй, К. Э. (1968). «Исследования ядерного магнитного резонанса на пентаалкоксидах ниобия и тантала». J. Chem. Soc. А: 219–223. Дои:10.1039 / J19680000219.
  5. ^ Брэдли, Д.; Холлоуэй, Х. (1961). "Полимеры алкоксидов оксидов металлов: Часть II. Гидролиз пентаэтоксида тантала". Может. J. Chem. 39 (9): 1818–1826. Дои:10.1139 / v61-239.
  6. ^ а б c Турова, Н.Ю .; Королев, А. В .; Чебуков, Д. Э .; Белоконь, А. И .; Яновский, А. И .; Стручков Ю. Т. (1996). "Алкоксиды тантала (V): электрохимический синтез, масс-спектральные исследования и оксоалкоксокомплексы". Многогранник. 15 (21): 3869–3880. Дои:10.1016/0277-5387(96)00092-7.
  7. ^ Мехротра, Рам К.; Сингх, Анируд (1997). «Последние тенденции в химии алкоксидов металлов». В Карлин, Кеннет Д. (ред.). Прогресс в неорганической химии. 46. Джон Уайли и сыновья. С. 239–454. Дои:10.1002 / 9780470166475.ch4. ISBN  9780470167045.
  8. ^ а б c d Шуберт, У. (2003). «Золь – гель обработка соединений металлов». В МакКлеверти, Дж. А .; Мейер, Т. Дж. (Ред.). Комплексная координационная химия II. Справочный модуль по химии, молекулярным наукам и химической инженерии. 7. Пергамон. С. 629–656. Дои:10.1016 / B0-08-043748-6 / 06213-7. ISBN  978-0-12-409547-2.
  9. ^ а б c Брэдли, Дон С.; Мехротра, Рам К.; Ротвелл, Ян П .; Сингх, А. (2001). Алкоксо- и арилоксопроизводные металлов. Сан Диего: Академическая пресса. п. 18. ISBN  978-0-08-048832-5.
  10. ^ а б c d е Баумейстер, П. В. (2004). Технология оптического покрытия. SPIE Press. п. 7. ISBN  9780819453136.
  11. ^ а б Патент США, Chang, K. K. & Chen, C.-H., "Method For Manufacturing A Nitride-Read-Only Memory (NROM)", выпущенный 8 октября 2002 г., переуступлен Macronix International Co. Ltd. 
  12. ^ а б c d е ж Кукли, К .; Ritala, M .; Лескеля, М. (2000). «Осаждение атомного слоя и химическое осаждение из паровой фазы оксида тантала путем последовательного и одновременного воздействия на этоксид тантала и хлорид тантала». Chem. Mater. 12 (7): 1914–1920. Дои:10.1021 / см 001017j.
  13. ^ а б Winter, S .; Velten, D .; Обертен, Ф .; Hoffmann, B .; Heidenau, F .; Зиглер, Г. (2008). «Химические модификации поверхности». In Breme, J .; Киркпатрик, С. Дж .; Thull, R. (ред.). Интерфейсы из металлических биоматериалов. Джон Уайли и сыновья. п.51. ISBN  9783527318605.
  14. ^ Налва, Х.С. (2001). Справочник по современным электронным и фотонным материалам и устройствам: халькогенидные стекла и золь-гелевые материалы. Академическая пресса. п. 208. ISBN  9780125137553.
  15. ^ а б Tepehan, F. Z .; Ghodsi, F.E .; Озер, Н .; Тепехан, Г. Г. (1999). «Оптические свойства талька с покрытием из золь-геля.2О5 Пленки для электрохромных применений ». Sol. Англ. Мат. Sol. Клетки. 59 (3): 265–275. Дои:10.1016 / S0927-0248 (99) 00041-0.
  16. ^ а б Oubaha, M .; Elmaghrum, S .; Copperwhite, R .; Corcoran, B .; McDonagh, C .; Горин, А. (2012). «Оптические свойства тонких пленок с высоким показателем преломления, обработанных при низкой температуре». Опт. Mater. 34 (8): 1366–1370. Bibcode:2012OptMa..34.1366O. Дои:10.1016 / j.optmat.2012.02.023.
  17. ^ Masuda, Y .; Wakamatsu, S .; Комото, К. (2004). «Сайт-селективное осаждение и микрорельеф тонких пленок оксида тантала с использованием монослоя». J. Eur. Ceram. Soc. 24 (2): 301–307. Дои:10.1016 / S0955-2219 (03) 00230-9.
  18. ^ Мортимер, Р. Дж. (2011). «Электрохромные материалы». Анну. Rev. Mater. Res. 41 (Pt 3): 241–268. Bibcode:2011AnRMS..41..241M. Дои:10.1146 / annurev-matsci-062910-100344. PMID  12449538.
  19. ^ Wernberg, A. A .; Браунштейн, G .; Paz-Pujalt, G .; Gysling, H.J .; Блэнтон, Т. Н. (1993). "Твердофазный эпитаксиальный рост тонких пленок танталата лития, осажденных методом распыления металлоорганических химикатов из паровой фазы". Appl. Phys. Lett. 63 (3): 331–333. Bibcode:1993АпФЛ..63..331Вт. Дои:10.1063/1.110061.
  20. ^ Lee, W. J .; Вы, И.К .; Ryu, S.O .; Ю. Б. Г .; Чо, К. И .; Yoon, S.G .; Ли, С. С. (2001). «SrTa2О6 Тонкие пленки, нанесенные методом плазменного осаждения атомных слоев ". Jpn. J. Appl. Phys. 40 (12): 6941–6944. Bibcode:2001JaJAP..40.6941L. Дои:10.1143 / JJAP.40.6941.