टैंटलम पेंटोक्साइड

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टैंटलम पेंटोक्साइड, जिसे टैंटलम (वी) ऑक्साइड के रूप में भी जाना जाता है, रासायनिक सूत्र Ta
2O
5 के साथ अकार्बनिक यौगिक है यह सफेद ठोस है जो सभी विलायक में अघुलनशील है लेकिन मजबूत आधारों और हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल द्वारा आक्षेप किया जाता है। Ta
2O
5 उच्च अपवर्तनांक और कम अवशोषण (अर्थात रंगहीन) के साथ अक्रिय पदार्थ है, जो इसे आलेप के लिए उपयोगी बनाती है।[1] इसकी उच्च परावैद्युतांक के कारण, संधारित्र के उत्पादन में भी इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

तैयारी

घटना

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

शोधन

टैंटलम अयस्कों में अधिकांशतः महत्वपूर्ण मात्रा में नाइओबियम होता है, जो स्वयं एक मूल्यवान धातु है। जैसे, दोनों धातुओं को निकाला जाता है जिससे कि उन्हें बेचा जा सके। समग्र प्रक्रिया द्रवधातुकर्मिकी में से एक है और एक धावित द्रव्य (धातु विज्ञान) कदम से प्रारम्भ होती है; जिसमें अयस्क कोहाइड्रोफ्लुओरिक अम्ल और सल्फ्यूरिक अम्ल 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)(NbTa)2O6 + 16 HF → H2[TaF7] + H2[NbOF5] + FeF2 + MnF2 + 6 H2O

टैंटलम और नाइओबियम हाइड्रोजनफ्लोराइड को कार्बनिक विलायक, जैसे कि साइक्लोहेक्सानोन या मिथाइल आइसोबुटिल कीटोन का उपयोग करके तरल-तरल निष्कर्षण द्वारा जलीय विलयन से हटा दिया जाता है। 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 हाइड्रेटेड टैंटलम ऑक्साइड (Ta2O5(H2O)x) देने के लिए जलीय अमोनिया के साथ उदासीनीकृत किया जाता है, जिसे इन आदर्श समीकरणों में वर्णित टैंटलम पेंटॉक्साइड (Ta2O5) में निस्तारित किया जाता है:[2]

H2[TaF7] + 5 H2O + 7 NH3 → 1/2 Ta2O5(H2O)5 + 7 NH4F
Ta2O5(H2O)5 → Ta2O5 + 5 H2O

प्राकृतिक शुद्ध टैंटलम ऑक्साइड को खनिज टेंटाइट के रूप में जाना जाता है, चूंकि यह अत्यंत दुर्लभ है।[3]

अल्कोक्साइड्स से

टैंटलम ऑक्साइड अधिकांशतः इलेक्ट्रॉनिक्स में अधिकांशतः तनुफिल्म के रूप में प्रयोग किया जाता है। इन अनुप्रयोगों के लिए इसे धातु-जैविक वाष्प-चरण एपिटॉक्सी (एमओसीवीडी) (या संबंधित तकनीकों) द्वारा उत्पादित किया जा सकता है, जिसमें इसके वाष्पशील हलाइड्स या एल्कोक्साइड का जलीय विश्लेषण सम्मिलित है:

Ta2(OEt)10 + 5 H2O → Ta2O5 + 10 EtOH
2 TaCl5 + 5 H2O → Ta2O5 + 10 HCl

संरचना और गुण

टैंटलम पेंटोक्साइड की क्रिस्टल संरचना कुछ बहस का विषय रही है। थोक पदार्थ अव्यवस्थित चरण है,[4] या तो अनाकार या पॉलीक्रिस्टलाइन है; एकल क्रिस्टल के बढ़ने में कठिनाई होती है। जैसे एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी काफी हद तक पाउडर विवर्तन तक ही सीमित है, जो कम संरचनात्मक जानकारी प्रदान करता है।

कम से कम 2 बहुरूपता के अस्तित्व के बारे में जाना जाता है। एक निम्न तापमान रूप, जिसे L- या β-Ta2O5 के रूप में जाना जाता है, और उच्च तापमान रूप को H- या α-β-Ta2O5 के रूप में जाना जाता है। इन दो रूपों के बीच संक्रमण धीमा और उत्क्रमणीय है; मध्यवर्ती तापमान पर सम्मिलित संरचनाओं के मिश्रण के साथ 1000 और 1360 डिग्री सेल्सियस के बीच हो रहा है।[4]दोनों बहुरूपों की संरचनाओं में ऑक्टाहेड्रल TaO6 और पेंटागोनल बाइपिरामाइडल TaO7 पॉलीहेड्रा से निर्मित श्रृंखलाएं होती हैं जो विपरीत सिरों को साझा करती हैं; जो एज-शेयरिंग द्वारा और जुड़ जाते हैं।[5][6] एकल क्रिस्टल एक्स-रे विवर्तन द्वारा β-Ta2O5 केअंतरिक्ष समूह को Pna2 के रूप में पहचाने जाने के साथ समग्र क्रिस्टल प्रणाली दोनों स्थितियों में विषमलंबाक्ष है।[7] उच्च दाब रूप (Z-Ta2O5) भी सूचित किया गया है, जिसमें Ta परमाणु 7 निर्देशांक ज्यामिति को अपनाते हुए एकनताक्ष संरचना (अंतरिक्ष समूह C2) देते हैं।[8]

विशुद्ध रूप से अक्रिस्टलीय टैंटलम पेंटॉक्साइड में क्रिस्टलीय पॉलीमॉर्फ के समान स्थानीय संरचना होती है, जिसे TaO6 और TaO7 पॉलीहेड्रा से निर्मित किया जाता है, जबकि पिघले हुए तरल चरण में निम्न समन्वय पॉलीहेड्रा, मुख्य रूप से TaO5 और TaO6 पर आधारित अलग संरचना होती है।[9]

एक समान संरचना के साथ पदार्थ बनाने में कठिनाई के कारण इसकी विवरणी की गई गुण में भिन्नता आई है। कई धातु आक्साइड की तरह Ta2O5 अवरोधक है और इसके बैण्ड अन्तराल को निर्माण की विधि के आधार पर 3.8 और 5.3 इलेक्ट्रॉनवोल्ट के बीच होने की सूचना दी गई है।[10][11][12] सामान्यतः पदार्थ जितनी अधिक अनाकार होती है, उसका बैण्ड अन्तराल उतना ही अधिक होता है। अभिकलनात्मक रसायन (2.3 - 3.8 इलेक्ट्रॉनवोल्ट) द्वारा अनुमानित मूल्यों की तुलना में ये देखे गए मूल्य काफी अधिक हैं।[13][14][15]

इसका परावैद्युतांक सामान्यतः लगभग 25[16] होता है, चूंकि 50 से अधिक के मूल्यों की सूचना दी गई है।[17] सामान्यतः टैंटलम पेंटोक्साइड को एक उच्च-के परावैद्युत पदार्थ माना जाता है।

प्रतिक्रियाएं

Ta2O5 HCl या HBr के साथ अच्छी तरह से प्रतिक्रिया नहीं करता है, चूंकि यह हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल में घुल जाएगा, और निम्नलिखित समीकरण के अनुसार पोटेशियम बाइफ्लोराइड और HF के साथ प्रतिक्रिया करता है:[18][19]

Ta2O5 + 4 KHF2 + 6 HF → 2 K2[TaF7] + 5 H2O

कैल्शियम और एल्यूमीनियम जैसे धात्विक अपचायक के उपयोग के माध्यम से Ta2O5 को धात्विक Ta में कम किया जा सकता है।

Ta2O5 + 5 Ca → 2 Ta + 5 CaO
अनेक 10 μF × 30 V डीसी रेटेड टैंटलम संधारित्र, सॉलिड-बॉडीड एपॉक्सी-डिप्ड टाइप। ध्रुवीयता स्पष्ट रूप से चिह्नित है।

उपयोग

इलेक्ट्रॉनिक्स में

अपने उच्च बैंड अंतराल और परावैद्युतांक के कारण, टैंटलम पेंटोक्साइड ने इलेक्ट्रॉनिक्स में विशेष रूप से टैंटलम संधारित्र में विभिन्न प्रकार के उपयोग पाए हैं। इनका उपयोग स्वचालित इलेक्ट्रॉनिक्स, सेल फोन और पेजर्स, इलेक्ट्रॉनिक परिपथिकी में किया जाता है; तनुफिल्म घटक; और उच्च गति वाले उपकरण है। 1990 के दशक में, डीआरएएम संधारित्र अनुप्रयोगों के लिए उच्च-के डाइइलेक्ट्रिक के रूप में टैंटलम ऑक्साइड के उपयोग में रुचि बढ़ी है।[20][21]

इसका उपयोग उच्च आवृत्ति सीएमओएस एकीकृत परिपथ के लिए ऑन-चिप मेटल-अवरोधक-मेटल संधारित्र में किया जाता है। टैंटलम ऑक्साइड में अहासी स्मृति के लिए चार्ज संपाशन परत के रूप में अनुप्रयोग हो सकते हैं।[22][23] प्रतिरोधक रैंडम-एक्सेस मेमोरी में टैंटलम ऑक्साइड के अनुप्रयोग हैं।[24]

अन्य उपयोग

अपने उच्च अपवर्तनांक के कारण, Ta2O5 का उपयोग फोटोग्राफिक लेंस के ग्लास के निर्माण में उपयोग किया गया है।[1][25] इसे प्रकाशी विलेपन के रूप में भी निक्षेपित किया जा सकता है, जिसमें विशिष्ट अनुप्रयोग प्रतिपरावर्तन और बहुपरत फिल्टर आलेप निकट पराबैंगनी से निकट अवरक्त में होते हैं।[26]

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Fairbrother, Frederick (1967). The Chemistry of Niobium and Tantalum. New York: Elsevier Publishing Company. pp. 1–28. ISBN 978-0-444-40205-9.
  2. ↑ Anthony Agulyanski (2004). "Fluorine chemistry in the processing of tantalum and niobium". In Anatoly Agulyanski (ed.). Chemistry of Tantalum and Niobium Fluoride Compounds (1st ed.). Burlington: Elsevier. ISBN 9780080529028.
  3. ↑ "Tantite: Tantite mineral information and data". Mindat.org. Retrieved 2016-03-03.
  4. ↑ 4.0 4.1 Askeljung, Charlotta; Marinder, Bengt-Olov; Sundberg, Margareta (1 November 2003). "Effect of heat treatment on the structure of L-Ta2O5". Journal of Solid State Chemistry. 176 (1): 250–258. Bibcode:2003JSSCh.176..250A. doi:10.1016/j.jssc.2003.07.003.
  5. ↑ Stephenson, N. C.; Roth, R. S. (1971). "Structural systematics in the binary system Ta2O5–WO3. V. The structure of the low-temperature form of tantalum oxide L-Ta2O5". Acta Crystallographica Section B. 27 (5): 1037–1044. doi:10.1107/S056774087100342X.
  6. ↑ Wells, A.F. (1947). Structural Inorganic Chemistry. Oxford: Clarendon Press.
  7. ↑ Wolten, G. M.; Chase, A. B. (1 August 1969). "Single-crystal data for β Ta2O5 and A KPO3". Zeitschrift für Kristallographie. 129 (5–6): 365–368. Bibcode:1969ZK....129..365W. doi:10.1524/zkri.1969.129.5-6.365.
  8. ↑ Zibrov, I. P.; Filonenko, V. P.; Sundberg, M.; Werner, P.-E. (1 August 2000). "Structures and phase transitions of B-Ta2O5 and Z-Ta2O5: two high-pressure forms of Ta2O5". Acta Crystallographica Section B. 56 (4): 659–665. doi:10.1107/S0108768100005462.
  9. ↑ Alderman, O. L. G.; Benmore, C.J.; Neuefeind, J.; Coillet, E.; Mermet, A.; Martinez, V.; Tamalonis, A.; Weber, R. (2018). "Amorphous tantala and its relationship with the molten state". Physical Review Materials. 2 (4): 043602. doi:10.1103/PhysRevMaterials.2.043602.
  10. ↑ Kukli, Kaupo; Aarik, Jaan; Aidla, Aleks; Kohan, Oksana; Uustare, Teet; Sammelselg, Väino (1995). "Properties of tantalum oxide thin films grown by atomic layer deposition". Thin Solid Films. 260 (2): 135–142. Bibcode:1995TSF...260..135K. doi:10.1016/0040-6090(94)06388-5.
  11. ↑ Fleming, R. M.; Lang, D. V.; Jones, C. D. W.; Steigerwald, M. L.; Murphy, D. W.; Alers, G. B.; Wong, Y.-H.; van Dover, R. B.; Kwo, J. R.; Sergent, A. M. (1 January 2000). "Defect dominated charge transport in amorphous Ta2O5 thin films". Journal of Applied Physics. 88 (2): 850. Bibcode:2000JAP....88..850F. doi:10.1063/1.373747.
  12. ↑ Murawala, Prakash A.; Sawai, Mikio; Tatsuta, Toshiaki; Tsuji, Osamu; Fujita, Shizuo; Fujita, Shigeo (1993). "Structural and Electrical Properties of Ta2O5 Grown by the Plasma-Enhanced Liquid Source CVD Using Penta Ethoxy Tantalum Source". Japanese Journal of Applied Physics. 32 (Part 1, No. 1B): 368–375. Bibcode:1993JaJAP..32..368M. doi:10.1143/JJAP.32.368.
  13. ↑ Ramprasad, R. (1 January 2003). "First principles study of oxygen vacancy defects in tantalum pentoxide". Journal of Applied Physics. 94 (9): 5609–5612. Bibcode:2003JAP....94.5609R. doi:10.1063/1.1615700.
  14. ↑ Sawada, H.; Kawakami, K. (1 January 1999). "Electronic structure of oxygen vacancy in Ta2O5". Journal of Applied Physics. 86 (2): 956. Bibcode:1999JAP....86..956S. doi:10.1063/1.370831.
  15. ↑ Nashed, Ramy; Hassan, Walid M. I.; Ismail, Yehea; Allam, Nageh K. (2013). "Unravelling the interplay of crystal structure and electronic band structure of tantalum oxide (Ta2O5)". Physical Chemistry Chemical Physics. 15 (5): 1352–7. Bibcode:2013PCCP...15.1352N. doi:10.1039/C2CP43492J. PMID 23243661.
  16. ↑ Macagno, V.; Schultze, J.W. (1 December 1984). "The growth and properties of thin oxide layers on tantalum electrodes". Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry. 180 (1–2): 157–170. doi:10.1016/0368-1874(84)83577-7.
  17. ↑ Hiratani, M.; Kimura, S.; Hamada, T.; Iijima, S.; Nakanishi, N. (1 January 2002). "Hexagonal polymorph of tantalum–pentoxide with enhanced dielectric constant". Applied Physics Letters. 81 (13): 2433. Bibcode:2002ApPhL..81.2433H. doi:10.1063/1.1509861.
  18. ↑ Agulyansky, A (2003). "Potassium fluorotantalate in solid, dissolved and molten conditions". J. Fluorine Chemistry. 123: 155–161. doi:10.1016/S0022-1139(03)00190-8.
  19. ↑ Brauer, Georg (1965). Handbook of preparative inorganic chemistry. Academic Press. p. 256. ISBN 978-0-12-395591-3.
  20. ↑ Ezhilvalavan, S.; Tseng, T. Y. (1999). "Preparation and properties of tantalum pentoxide (Ta2O5) thin films for ultra large scale integrated circuits (ULSIs) application - a review". Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 10 (1): 9–31. doi:10.1023/A:1008970922635.
  21. ↑ Chaneliere, C; Autran, J L; Devine, R A B; Balland, B (1998). "Tantalum pentoxide (Ta2O5) thin films for advanced dielectric applications". Materials Science and Engineering: R. 22 (6): 269–322. doi:10.1016/S0927-796X(97)00023-5.
  22. ↑ Wang, X; et al. (2004). "A Novel MONOS-Type Nonvolatile Memory Using High-κ Dielectrics for Improved Data Retention and Programming Speed". IEEE Transactions on Electron Devices. 51 (4): 597–602. Bibcode:2004ITED...51..597W. doi:10.1109/TED.2004.824684.
  23. ↑ Zhu, H; et al. (2013). "Design and Fabrication of Ta2O5 Stacks for Discrete Multibit Memory Application". IEEE Transactions on Nanotechnology. 12 (6): 1151–1157. Bibcode:2013ITNan..12.1151Z. doi:10.1109/TNANO.2013.2281817.
  24. ↑ Lee, M-.J; et al. (2011). "A fast, high-endurance and scalable non-volatile memory device made from asymmetric Ta2O5−x/TaO2−x bilayer structures". Nature Materials. 10 (8): 625–630. Bibcode:2011NatMa..10..625L. doi:10.1038/NMAT3070. PMID 21743450.
  25. ↑ Musikant, Solomon (1985). "Optical Glas Composition". Optical Materials: An Introduction to Selection and Application. CRC Press. p. 28. ISBN 978-0-8247-7309-0.
  26. ↑ "TANTALUM OXIDE FOR OPTICAL COATING Applications". Materion. Retrieved April 1, 2021.
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