टैंटालम क्लोराइड: उपयोग और उत्पादन

टैंटालम क्लोराइड कैसे तैयार किया जाता है

टैंटलम पेंटाक्लोराइड के उत्पादन में किसी न किसी रूप में टैंटलम को क्लोरीनेट करना शामिल है। इसके दो मुख्य तरीके हैं: टैंटलम धातु का क्लोरीनीकरण, और टैंटलम यौगिकों (आमतौर पर ऑक्साइड) का क्लोरीनीकरण। सभी मामलों में, प्रतिक्रिया शुष्क, ऑक्सीजन-मुक्त वातावरण में की जानी चाहिए। बुनियादी प्रक्रियाएँ हैं:

● धात्विक टैंटालम का प्रत्यक्ष क्लोरीनीकरण:बारीक विभाजित टैंटालम धातु (अक्सर बुरादा या पाउडर) को क्लोरीन गैस की धारा में गर्म किया जाता है। लगभग 170-250 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, क्लोरीन धातु के साथ प्रतिक्रिया करके TaCl₅ वाष्प बनाता है:
2 Ta+5 Cl2⟶2 TaCl5.2\,Ta + 5\,Cl_2 \लंबा दायां तीर 2\,TaCl_5.
यह ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया धातु को शीघ्रता से क्लोराइड में बदल देती है। व्यवहार में, टैंटालम को भट्टी या रिएक्टर में रखा जाता है और नियंत्रित तापमान पर इसके ऊपर Cl₂ गैस प्रवाहित की जाती है। परिणामी TaCl₅ वाष्प को ठंडा होने पर तरल या ठोस में संघनित किया जाता है। (इससे संबंधित विधि में Cl₂ के बजाय हाइड्रोजन क्लोराइड गैस (HCl) का उपयोग किया जाता है, लेकिन इसके लिए अभिक्रिया को चलाने के लिए उच्च तापमान - लगभग 400 °C - की आवश्यकता होती है।)

● अप्रत्यक्ष क्लोरीनीकरण (ऑक्साइड से):अक्सर, उच्च शुद्धता वाली टैंटलम धातु आसानी से उपलब्ध नहीं होती या बहुत महंगी होती है। इसके बजाय, कोई टैंटलम पेंटोक्साइड (Ta₂O₅) से शुरू कर सकता है, जो अयस्क सांद्रता में प्रचुर मात्रा में होता है। क्लोरीनेटिंग एजेंट जैसे कि Ta₂O₅ का उपयोग करके TaCl₅ में परिवर्तित किया जा सकता हैथायोनिल क्लोराइड (SOCl₂)प्रतिक्रिया है:
Ta2O5+5 SOCl2→240∘C2 TaCl5+5 SO2।
इस विधि में, ठोस Ta₂O₅ को तरल SOCl₂ के साथ मिलाया जाता है और गर्म किया जाता है (लगभग 240 °C)। SOCl₂ ऑक्साइड को क्लोराइड में प्रभावी रूप से परिवर्तित करता है, जिससे उपोत्पाद के रूप में सल्फर डाइऑक्साइड गैस बनती है। ऑक्साइड पाउडर के साथ काम करते समय यह अप्रत्यक्ष तरीका उपयोगी होता है और इससे बहुत शुद्ध TaCl₅ प्राप्त हो सकता है।

उपरोक्त दोनों विधियाँ उत्पादन करती हैंTaCl₅ गैस, जो तब होना चाहिएसंघनित और शुद्धव्यवहार में, क्लोरीन युक्त गैस को ठंडा किया जाता है ताकि TaCl₅ द्रवीभूत हो जाए (क्वथनांक ~239 °C)। आसवन का उपयोग अक्सर TaCl₅ को किसी भी अशुद्धता या कम-उबलने वाली सामग्री से अलग करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, प्रयोगशाला में संश्लेषण करते समय, कोई व्यक्ति गैस को ठंडे जाल या कंडेनसर की एक श्रृंखला से गुजार सकता है। संघनन के बाद, नमी के निशान हटाने के लिए उत्पाद को सुखाया जाता है (वैक्यूम के तहत धीरे से गर्म किया जाता है)। इसके परिणामस्वरूप उच्च शुद्धता वाला सफ़ेद ठोस पदार्थ बनता है। (एमेज़इन संश्लेषण विधियों का सारांश - अभिकारकों, स्थितियों और उत्पादों को सूचीबद्ध करना - मार्गों की तुलना करने में मदद कर सकता है।)

● अयस्क से औद्योगिक निष्कर्षण:बड़े पैमाने पर, टैंटलम अक्सर टैंटालाइट या कोल्टन जैसे खनिजों से प्राप्त किया जाता है, जिसमें टैंटलम और नियोबियम ऑक्साइड दोनों होते हैं। एक औद्योगिक प्रक्रिया में, अयस्क सांद्रण को कार्बन (कोक) के साथ मिश्रित किया जाता है और उच्च तापमान पर क्लोरीन गैस के साथ प्रतिक्रिया की जाती है। यह कार्बोक्लोरीनेशन ऑक्साइड को वाष्पशील क्लोराइड में परिवर्तित करता है। शुरुआत में, टाइटेनियम, नियोबियम और टैंटलम क्लोराइड का मिश्रण बनता है और "टाइटेनियम-नाइओबियम-टैंटलम ऑक्सीक्लोराइड" नामक तरल में संघनित होता है। इस तरल को आंशिक रूप से आसुत किया जाता है: पहले टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड (TiCl₄) को हटा दिया जाता है (136 °C पर उबाला जाता है), जिससे ज़्यादातर नियोबियम और टैंटलम क्लोराइड बच जाते हैं। फिर बचे हुए मिश्रण को आगे क्लोरीनेट किया जाता है (यदि आवश्यक हो) ताकि किसी भी ऑक्सीक्लोराइड को पेंटाक्लोराइड में परिवर्तित किया जा सके। अंत में, नाइओबियम क्लोराइड (NbCl₅) और टैंटलम क्लोराइड (TaCl₅) को आंशिक आसवन द्वारा अलग किया जाता है, क्योंकि TaCl₅ 239 °C पर उबलता है और NbCl₅ 248 °C पर। अंतिम परिणाम शुद्ध TaCl₅ है। इस TaCl₅ को अक्सर जलीय अमोनिया के साथ प्रतिक्रिया करके अमोनियम टैंटलम फ्लोराइड या ऑक्सीक्लोराइड बनाया जाता है, जो कैल्सीनेशन पर अल्ट्रा-शुद्ध Ta₂O₅ देता है। संक्षेप में, TaCl₅ अपने अयस्कों से टैंटलम को परिष्कृत करने में एक मध्यवर्ती के रूप में कार्य करता है।प्रवाह संचित्रकच्चे अयस्क से लेकर TaCl₅ से ऑक्साइड तक के इन चरणों का चित्रण पाठकों के लिए औद्योगिक प्रक्रिया को समझने में उपयोगी होगा।

संक्षेप में, टैंटलम क्लोराइड टैंटलम धातु या यौगिकों के हलोजनीकरण द्वारा निर्मित होता है। Cl₂ के साथ Ta धातु का सीधा क्लोरीनीकरण सबसे सरल प्रयोगशाला मार्ग है, जबकि औद्योगिक प्रक्रियाओं में अक्सर कार्बन (कार्बोक्लोरीनीकरण) या अन्य क्लोरीनेटिंग एजेंटों के साथ टैंटलम ऑक्साइड सांद्रता के उच्च तापमान वाले क्लोरीनीकरण का उपयोग किया जाता है। गैसीय TaCl₅ को तब संघनित किया जाता है और उच्च शुद्धता के लिए आसुत किया जाता है। विशेष रूप से, एक निर्माता के तकनीकी नोट में इस बात पर जोर दिया गया है कि TaCl₅ का उपयोग "कार्बनिक पदार्थों के क्लोरीनीकरण" में और शुद्ध टैंटलम धातु के उत्पादन में "रासायनिक मध्यवर्ती" के रूप में किया जाता है, जो एक अभिकर्मक और एक प्रमुख मध्यवर्ती दोनों के रूप में इसकी भूमिका को रेखांकित करता है।