五氯化鉭

五氯化鉭是一種無機化合物，化學式 TaCl₅。它是一種白色粉末，是研究鉭化合物的開端。它會水解成三氯氧化鉭（TaOCl₃）甚至是五氧化二鉭（Ta₂O₅）；這就要求使用空氣隔絕技術在無水條件下進行合成和操作。

五氯化鉭
IUPAC名 Tantalum(V) chloride Tantalum pentachloride
識別
CAS號	7721-01-9（TaCl5）  Y 17499-29-5（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
性質
化學式	TaCl5
莫耳質量	358.213 g/mol g·mol⁻¹
外觀	白色單斜晶體[1]
密度	3.68 g/cm3
熔點	216 °C（489 K）
沸點	239.4 °C（513 K）
溶解性（水）	反應
溶解性	氯仿、CCl4
磁化率	6996139999999999999♠+140.0×10−6 cm3/mol
結構
晶體結構	單斜, mS72
空間群	C2/m, No. 12
熱力學
ΔfHm⦵298K	-858.98 kJ/mol
S⦵298K	221.75 J K−1 mol−1
危險性
閃點	不可燃
致死量或濃度：
LD50（中位劑量）	1900 mg/kg (大鼠，口服)
相關物質
其他陰離子	五氟化鉭 五溴化鉭 五碘化鉭
其他陽離子	四氯化釩 五氯化鈮
相關化學品	三氯化鉭, 四氯化鉭
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

結構

TaCl₅ 是一種單斜晶體，空間群 C2/m。^[2]十個氯原子處在兩個八面體頂點的位置。兩個鉭原子在八面體的中間，由兩個橋接配體氯連接而成。二聚體結構保留在非絡合溶劑中，並在很大程度上保持熔融狀態。但是，氣態的 TaCl₅ 是單體。這個單體的形狀是三角雙錐，就和PCl₅一樣。^[3]

物理性質

五氯化鉭在芳香烴的溶解度是按照以下趨勢升高的:

苯 < 甲苯 < 間二甲苯 < 均三甲苯

這反映在於溶液的顏色從淺黃色到橙色的加深。相較於芳香烴，五氯化鉭的溶解度在環己烷和四氯化碳中較少。還已知五氯化鉭的這種溶液是不良的電導體，表明幾乎沒有電離。通過升華純化TaCl₅，可得到白色針狀固體。

製備

五氯化鉭可以由鉭和氯氣在 170 至 250 °C之間直接化合而成。這個反應也可以用HCl，不過要在400 °C下反應。^[4]

2 Ta + 5 Cl₂ → 2 TaCl₅

2 Ta + 10 HCl → 2 TaCl₅ + 5 H₂

在240 °C，五氧化二鉭和氯化亞碸反應也可以得到五氯化鉭。

Ta₂O₅ + 5 SOCl₂ → 2 TaCl₅ + 5 SO₂

五氯化鉭是可以購買的，不過樣本里會有少量的氯氧化鉭 (TaOCl₃)。這是五氯化鉭水解而成的。

反應

TaCl₅ 是親電體，類似AlCl₃。它會和路易斯鹼反應，形成加合物。^[5]

加合物

TaCl₅ 可以和醚形成穩定的加合物:

TaCl₅ + R₂O → TaCl₅(OR₂) (R = Me, Et)

TaCl₅ 也可以和五氯化磷和氯氧化磷反應。後者是一個加合物，連接氧原子:

TaCl₅ + PCl₅ → [PCl+
4][TaCl−
6]

TaCl₅ + OPCl₃ → [TaCl₅(OPCl₃)]

五氯化鉭會和叔胺反應，生成加合物晶體。

TaCl₅ + 2 R₃N → [TaCl₅(NR₃)]

取代反應

五氯化鉭會和三苯基氧化膦反應，生成氯氧化物:

TaCl₅ + 3 OPPh₃ → [TaOCl₃(OPPh₃)]_x ...

TaCl₅ 和有氫氧基的化合物如：醇、苯酚和羧酸反應，形成氯化氫和有 Ta–O 鍵的化合物:

TaCl₅ + 3 HOEt → TaCl₂(OEt)₃ + 3 HCl

用氨來吸收HCl，五個氯原子都會被替換，形成 Ta(OEt)₅。同樣的， TaCl₅ 會和甲醇鋰在甲醇中反應，形成甲氧基化合物:

TaCl₅ + 4 LiOMe → Ta(OMe)₄Cl + 4 LiCl

和胺，醇的反應

氨會取代 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較慢，不過用二烷基胺基鋰反應可以取代五個氯原子，例如製備五（二甲基胺基）鉭（英語：Pentakis(dimethylamido)tantalum）的反應:

TaCl₅ + 5 LiNMe₂ → Ta(NMe₂)₅

五氯化物與醇反應，生成醇鹽。如製備五乙醇鉭（英語：tantalum(V) ethoxide）所示，此類反應通常在鹼的存在下進行:

10 EtOH + Ta₂Cl₁₀ + 10 NH₃ → Ta₂(OEt)₁₀ + 10 NH₄Cl

五氯化鉭會被氮雜環如：吡啶還原。

還原

還原五氯化鉭會形成中性或陰離子的簇合物，如： [Ta₆Cl₁₈]⁴⁻ 和 [Ta₆Cl₁₄](H₂O)₄。^[6]

Ta₆Cl₁₈²⁻ 陰離子的結構^[7]

參考資料

1. Lide, David R. (編), CRC Handbook of Chemistry and Physics 87th, Boca Raton, FL: CRC Press, 2006, ISBN 0-8493-0487-3
2. 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 .
3. F. Fairbrother. The Chemistry of Niobium and Tantalum. Elsevier. 1967. 含有內容需登入查看的頁面 (link)
4. 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.
5. F. A. Cotton, G. Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry (4th ed.), Wiley, New York, 1980.
6. Duraisamy, Thirumalai; Hay, Daniel N. T.; Messerle, Louis. Octahedral Hexatantalum Halide Clusters. Inorganic Syntheses. 2014, 36: 1–8. doi:10.1002/9781118744994.ch1.
7. Thaxton, C. B.; Jacobson, R. A. The Crystal Structure of H₂(Ta₆Cl₁₈)(H₂O)₆. Inorganic Chemistry. 1971, 10: 1460–1463. doi:10.1021/ic50101a029.

擴展閱讀

• 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.

外部連結

• NIST Standard Reference Database（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）