Tantalum pentoksida

Templat:SenyawaAnorganikAliasIa berupa padatan putih yang tidak larut dalam semua pelarut tetapi dapat diserang oleh basa kuat dan asam fluorida. Templat:Chem2 adalah bahan inert dengan indeks refraksi tinggi dan absorbansi rendah (tak berwarna), sehingga membuatnya berguna untuk penyalutan. Ia juga digunakan secara luas dalam produksi kapasitor, karena memiliki konstanta dielektrik yang tinggi.

Preparasi

Keterjadian dan pemurnian

Tantalum terdapat dalam mineral tantalit dan kolumbit (columbium merupakan nama kuno untuk niobium), yang terjadi dalam pegmatit, suatu formasi batuan beku. Campuran kolumbit dan tantalit disebut coltan. Tantalit ditemukan oleh Anders Gustaf Ekeberg di Ytterby, Swedia, dan Kimoto, Finlandia. Mineral mikrolit dan piroklor mengandung masing-masing 70% dan 10% Ta.

Bijih tantalum sering mengandung niobium, yang merupakan logam berharga, dalam jumlah yang signifikan. Dengan demikian, kedua logam diekstraksi sehingga bisa dijual. Proses keseluruhan merupakan salah satu hidrometalurgi dan dimulai dengan langkah pelindian; di mana bijih diolah dengan asam fluorida dan asam sulfat untuk menghasilkan hidrogen fluorida yang dapat larut dalam air, seperti heptafluorotantalat. Hal ini memungkinkan pemisahan logam dari berbagai ketakmurnian non-logam yang terdapat di dalam batuan.

(FeMn)(NbTa)₂O₆ + 16 HF → H₂[TaF₇] + H₂[NbOF₅] + FeF₂ + MnF₂ + 6 H₂O

Tantalum dan niobium hidrogen fluorida kemudian dikeluarkan dari larutan akuatik dengan cara ekstraksi cair-cair menggunakan pelarut organik, seperti sikloheksanon dan metil isobutil keton. Langkah ini memungkinkan penghilangan beberapa pengotor logam (misalnya besi dan mangan) yang tetap berada dalam fase akuatik dalam bentuk fluoridanya. Pemisahan tantalum dan niobium kemudian dicapai dengan penyesuaian pH. Niobium membutuhkan tingkat keasaman yang lebih tinggi agar tetap larut dalam fase organik sehingga dapat dipisahkan secara selektif dengan cara ekstraksi ke dalam air yang kurang asam.

Larutan tantalum hidrogen fluorida kemudian dinetralkan menggunakan larutan amonia dalam air untuk mendapatkan tantalum oksida terhidrasi (Ta₂O₅(H₂O)_x), yang kemudian dikalsinasi menjadi tantalum pentoksida (Ta₂O₅) seperti dijelaskan pada persamaan yang telah disederhanakan berikut:

H₂[TaF₇] + 5 H₂O + 7 NH₃ → 0.5 Ta₂O₅(H₂O)₅ + 7 NH₄F

Ta₂O₅(H₂O)₅ → Ta₂O₅ + 5 H₂O

Tantalum oksida murni alami dikenal sebagai mineral tantit, meskipun sangat langka.

Dari alkoksida

Tantalum oksida sering digunakan dalam elektronika, sering kali dalam bentuk film tipis. Untuk aplikasi ini dapat diproduksi dengan metode deposisi uap kimia logam organik (Templat:Lang-en, MOCVD) (atau teknik terkait), yang melibatkan hidrolisis halida atau alkoksida volatilnya:

Ta₂(OEt)₁₀ + 5 H₂O → Ta₂O₅ + 10 EtOH

2 TaCl₅ + 5 H₂O → Ta₂O₅ + 10 HCl

Struktur dan sifat

Struktur kristal tantalum pentoksida telah menjadi masalah perdebatan. Bahan curahnya tidak teratur, amorf atau polikristalin; dengan kristal tunggal menjadi sulit untuk tumbuh. Kristalografi sinar-X umumnya terbatas pada difraksi bubuk, sehingga kurang memberikan informasi struktural.

Setidaknya diketahui ada 2 polimorf. Bentuk suhu rendah, yang dikenal sebagai L- atau β-Ta₂O₅, dan bentuk suhu tinggi yang dikenal sebagai H- atau α-Ta₂O₅. Transisi antara kedua bentuk ini lamban dan reversibel; terjadi pada suhu antara 1000-1360 °C, dengan struktur campuran pada suhu menengah. Struktur kedua polimorf terdiri dari rantai yang dibangun dari TaO₆ oktahedral dan TaO₇ pentagonal bipiramidal polyhedra berbagi simpul yang berlawanan; yang selanjutnya digabungkan dengan berbagi tepi. Sistem kristal keseluruhan bersifat ortorombik dalam kedua kasus, dengan kelompok ruang β-Ta₂O₅ diidentifikasi sebagai Pna2 oleh difraksi sinar-X kristal tunggal .

Sebuah bentuk tekanan tinggi (Z-Ta₂O₅) juga telah dilaporkan, di mana atom Ta mengadopsi sebuah geometri 7 koordinasi menghasilkan struktur monoklinik (kelompok ruang C2).

Kesulitan dalam membentuk material dengan struktur seragam telah menyebabkan variasi sifat yang dilaporkan. Seperti kebanyakan oksida logam, Templat:Chem2 adalah isolator dan celah pitanya telah dilaporkan terjadi antara 3,8 dan 5,3 eV, tergantung pada metode pembuatannya. Secara umum semakin amorf suatu bahan, semakin besar celah pita yang teramati.

Perlu dicatat bahwa nilai yang diamati ini secara signifikan lebih tinggi daripada yang diprediksikan oleh kimia komputasi (2,3 - 3,8 eV).

Konstanta dielektriknya biasanya sekitar ~25 meskipun nilai lebih dari 50 telah dilaporkan. Secara umum tantalum pentoksida dianggap sebagai bahan dielektrik k-tinggi.

Reaksi

Templat:Chem2 kurang bereaksi dengan HCl atau HBr, namun akan larut dalam asam fluorida, dan bereaksi dengan kalium bifluorida dan HF sesuai dengan persamaan berikut:

Templat:Chem2 + 4 KHFTemplat:Sub + 6 HF → 2 [[Kalium heptafluorotantalat|Templat:Chem2]] + 5 Templat:Chem2

Templat:Chem2 dapat direduksi menjadi logam Ta menggunakan logam reduktor seperti kalsium dan aluminium.

Templat:Chem2 + 5 Ca → 2 Ta + 5&nbspCaO

Beberapa kapasitor tantalum 10uF x 30VDC, jenis bodi padat celup epoksi. Polaritas tercantum dengan jelas.

Kegunaan

Elektronika

Karena tingginya celah pita dan konstanta dielektrik, tantalum pentoksida telah menemukan berbagai kegunaan dalam elektronika, terutama pada kapasitor tantalum. Ini digunakan dalam elektronik otomotif, telepon seluler, dan pager, sirkuit elektronik; komponen film tipis; serta alat berkelajuan tinggi. Pada tahun 1990-an, tumbuh minat penggunaan tantalum oksida sebagai dielektrik k tinggi untuk aplikasi kapasitor DRAM.

Ini digunakan pada kapasitor logam-isolator-logam on-chip untuk sirkuit terpadu CMOS berfrekuensi tinggi. Tantalum oksida mungkin memiliki aplikasi sebagai lapisan perangkap muatan untuk memori yang tidak mudah menguap. Terdapat aplikasi oksida tantalum untuk memori pengalih resistif.

Kegunaan lain

Indeks refraksinya yang tinggi telah menyebabkan Templat:Chem2 digunakan dalam pabrikasi kaca lensa fotografi.

Referensi

Templat:Authority control