ടാന്റലം ക്ലോറൈഡ്: ഉപയോഗങ്ങളും ഉൽപ്പാദനവും

ടാന്റലം ക്ലോറൈഡ് എങ്ങനെ തയ്യാറാക്കുന്നു

ടാന്റലം പെന്റക്ലോറൈഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് ഏതെങ്കിലും രൂപത്തിൽ ടാന്റലം ക്ലോറിനേറ്റ് ചെയ്യുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു. രണ്ട് പ്രധാന വഴികളുണ്ട്: ടാന്റലം ലോഹത്തിന്റെ ക്ലോറിനേഷൻ, ടാന്റലം സംയുക്തങ്ങളുടെ (സാധാരണയായി ഓക്സൈഡുകൾ) ക്ലോറിനേഷൻ. എല്ലാ സാഹചര്യങ്ങളിലും, പ്രതിപ്രവർത്തനം വരണ്ടതും ഓക്സിജൻ രഹിതവുമായ അന്തരീക്ഷത്തിലാണ് നടത്തേണ്ടത്. അടിസ്ഥാന പ്രക്രിയകൾ ഇവയാണ്:

● ലോഹ ടാന്റലത്തിന്റെ നേരിട്ടുള്ള ക്ലോറിനേഷൻ:നന്നായി വിഭജിച്ച ടാന്റലം ലോഹം (പലപ്പോഴും ഫയലിംഗുകൾ അല്ലെങ്കിൽ പൊടി) ക്ലോറിൻ വാതക പ്രവാഹത്തിൽ ചൂടാക്കപ്പെടുന്നു. ഏകദേശം 170–250 °C താപനിലയിൽ, ക്ലോറിൻ ലോഹവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് TaCl₅ നീരാവി ഉണ്ടാക്കുന്നു:
2 Ta+5 Cl2⟶2 TaCl5.2\,Ta + 5\,Cl_2 \longrightarrow 2\,TaCl_5.
ഈ എക്സോതെർമിക് പ്രതിപ്രവർത്തനം ലോഹത്തെ വേഗത്തിൽ ക്ലോറൈഡാക്കി മാറ്റുന്നു. പ്രായോഗികമായി, ടാന്റലം ഒരു ചൂളയിലോ റിയാക്ടറിലോ സ്ഥാപിക്കുകയും നിയന്ത്രിത താപനിലയിൽ Cl₂ വാതകം അതിന് മുകളിലൂടെ ഒഴുകുകയും ചെയ്യുന്നു. തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന TaCl₅ നീരാവി തണുക്കുമ്പോൾ ദ്രാവകമോ ഖരരൂപമോ ആയി ഘനീഭവിക്കുന്നു. (അനുബന്ധമായ ഒരു രീതി Cl₂ ന് പകരം ഹൈഡ്രജൻ ക്ലോറൈഡ് വാതകം (HCl) ഉപയോഗിക്കുന്നു, പക്ഷേ ഇതിന് പ്രതിപ്രവർത്തനം നടത്താൻ ഉയർന്ന താപനില - ഏകദേശം 400 °C - ആവശ്യമാണ്.)

● പരോക്ഷ ക്ലോറിനേഷൻ (ഓക്സൈഡുകളിൽ നിന്ന്):പലപ്പോഴും, ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള ടാന്റലം ലോഹം എളുപ്പത്തിൽ ലഭ്യമല്ല അല്ലെങ്കിൽ വളരെ ചെലവേറിയതാണ്. പകരം, അയിര് സാന്ദ്രതകളിൽ ധാരാളമായി അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന ടാന്റലം പെന്റോക്സൈഡ് (Ta₂O₅) ഉപയോഗിച്ച് ആരംഭിക്കാം. ക്ലോറിനേറ്റിംഗ് ഏജന്റ് ഉപയോഗിച്ച് Ta₂O₅ നെ TaCl₅ ആക്കി മാറ്റാം, ഉദാഹരണത്തിന്തയോണൈൽ ക്ലോറൈഡ് (SOCl₂). പ്രതികരണം ഇതാണ്:
Ta2O5+5 SOCl2→240∘C2 TaCl5+5 SO2.\text{Ta}_2\text{O}_5 + 5\,SOCl_2 \xrightarrow{240^\circ\text{C}} 2\,TaCl_5 + 5\,SO_2.
ഈ രീതിയിൽ, ഖര Ta₂O₅ ദ്രാവക SOCl₂ യുമായി കലർത്തി ചൂടാക്കുന്നു (ഏകദേശം 240 °C). SOCl₂ ഓക്സൈഡിനെ ഫലപ്രദമായി ക്ലോറൈഡാക്കി മാറ്റുന്നു, ഇത് ഒരു ഉപോൽപ്പന്നമായി സൾഫർ ഡൈ ഓക്സൈഡ് വാതകം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. ഓക്സൈഡ് പൊടികളുമായി പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ ഈ പരോക്ഷ മാർഗം ഉപയോഗപ്രദമാണ്, കൂടാതെ വളരെ ശുദ്ധമായ TaCl₅ ഉത്പാദിപ്പിക്കാനും കഴിയും.

മുകളിലുള്ള രണ്ട് രീതികളും ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കുന്നുTaCl₅ ഗ്യാസ്, അപ്പോൾ അത് ആയിരിക്കണംഘനീഭവിപ്പിച്ചതും ശുദ്ധീകരിച്ചതും. പ്രായോഗികമായി, ക്ലോറിൻ അടങ്ങിയ വാതകം തണുപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ TaCl₅ ദ്രവീകരിക്കപ്പെടുന്നു (തിളയ്ക്കുന്ന പോയിന്റ് ~239 °C). ഏതെങ്കിലും മാലിന്യങ്ങളിൽ നിന്നോ തിളയ്ക്കുന്ന വസ്തുക്കളിൽ നിന്നോ TaCl₅ വേർതിരിക്കാൻ പലപ്പോഴും വാറ്റിയെടുക്കൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു ലാബിൽ സമന്വയിപ്പിക്കുമ്പോൾ, ഒരാൾക്ക് ഒരു തണുത്ത കെണിയിലൂടെയോ കണ്ടൻസറുകളുടെ ഒരു പരമ്പരയിലൂടെയോ വാതകം കടത്തിവിടാം. ഘനീഭവിച്ചതിനുശേഷം, ഈർപ്പത്തിന്റെ അംശം നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനായി ഉൽപ്പന്നം ഉണക്കുന്നു (ശൂന്യതയിൽ സൌമ്യമായി ചൂടാക്കുന്നു). ഇത് ഉയർന്ന ശുദ്ധമായ വെളുത്ത ഖരവസ്തുവിന് കാരണമാകുന്നു. (Aമേശ(ഈ സിന്തസിസ് രീതികളെ സംഗ്രഹിക്കുന്നത് - റിയാക്ടന്റുകൾ, അവസ്ഥകൾ, ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ എന്നിവ പട്ടികപ്പെടുത്തുന്നത് - റൂട്ടുകളെ വശങ്ങളിലായി താരതമ്യം ചെയ്യാൻ സഹായിക്കും.)

● അയിരിൽ നിന്നുള്ള വ്യാവസായിക വേർതിരിച്ചെടുക്കൽ:വലിയ തോതിൽ, ടാന്റലം പലപ്പോഴും ലഭിക്കുന്നത് ടാന്റലൈറ്റ് അല്ലെങ്കിൽ കോൾട്ടാൻ പോലുള്ള ധാതുക്കളിൽ നിന്നാണ്, അവയിൽ ടാന്റലം, നിയോബിയം ഓക്സൈഡുകൾ എന്നിവ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഒരു വ്യാവസായിക പ്രക്രിയയിൽ, അയിര് സാന്ദ്രത കാർബണുമായി (കോക്ക്) കലർത്തി ഉയർന്ന താപനിലയിൽ ക്ലോറിൻ വാതകവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഈ കാർബോക്ലോറിനേഷൻ ഓക്സൈഡുകളെ ബാഷ്പശീലമായ ക്ലോറൈഡുകളാക്കി മാറ്റുന്നു. തുടക്കത്തിൽ, ടൈറ്റാനിയം, നിയോബിയം, ടാന്റലം ക്ലോറൈഡുകൾ എന്നിവയുടെ മിശ്രിതം രൂപപ്പെടുകയും "ടൈറ്റാനിയം-നിയോബിയം-ടാന്റലം ഓക്സിക്ലോറൈഡ്" എന്ന ദ്രാവകത്തിലേക്ക് ഘനീഭവിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ ദ്രാവകം ഭാഗികമായി വാറ്റിയെടുക്കുന്നു: ആദ്യം ടൈറ്റാനിയം ടെട്രാക്ലോറൈഡ് (TiCl₄) നീക്കം ചെയ്യുന്നു (136 °C തിളപ്പിക്കുന്നു), കൂടുതലും നയോബിയം, ടാന്റലം ക്ലോറൈഡുകൾ അവശേഷിക്കുന്നു. ഓക്സിക്ലോറൈഡുകളെ പെന്റാക്ലോറൈഡുകളാക്കി മാറ്റാൻ ബാക്കിയുള്ള മിശ്രിതം (ആവശ്യമെങ്കിൽ) കൂടുതൽ ക്ലോറിനേറ്റ് ചെയ്യുന്നു. ഒടുവിൽ, TaCl₅ 239 °C ലും NbCl₅ 248 °C ലും തിളയ്ക്കുന്നതിനാൽ, നയോബിയം ക്ലോറൈഡും (NbCl₅) ടാന്റലം ക്ലോറൈഡും (TaCl₅) ഭിന്ന വാറ്റിയെടുക്കൽ വഴി വേർതിരിക്കപ്പെടുന്നു. അന്തിമഫലം ശുദ്ധീകരിച്ച TaCl₅ ആണ്. ഈ TaCl₅ പലപ്പോഴും ജലീയ അമോണിയയുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് അമോണിയം ടാന്റലം ഫ്ലൂറൈഡ് അല്ലെങ്കിൽ ഓക്സിക്ലോറൈഡ് അവക്ഷിപ്തമാക്കുന്നു, ഇത് കാൽസിനേഷനിൽ അൾട്രാ-പ്യുവർ Ta₂O₅ നൽകുന്നു. സാരാംശത്തിൽ, TaCl₅ അതിന്റെ അയിരുകളിൽ നിന്ന് ടാന്റലം ശുദ്ധീകരിക്കുന്നതിൽ ഒരു ഇടനിലക്കാരനായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. Aഫ്ലോചാർട്ട്അസംസ്കൃത അയിര് മുതൽ TaCl₅, ഓക്സൈഡ് വരെയുള്ള ഈ ഘട്ടങ്ങൾ ചിത്രീകരിക്കുന്നത് വായനക്കാർക്ക് വ്യാവസായിക പ്രക്രിയ ദൃശ്യവൽക്കരിക്കാൻ ഉപയോഗപ്രദമാകും.

ചുരുക്കത്തിൽ, ടാന്റലം ലോഹത്തിന്റെയോ സംയുക്തങ്ങളുടെയോ ഹാലോജനേഷൻ വഴിയാണ് ടാന്റലം ക്ലോറൈഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത്. Cl₂ ഉപയോഗിച്ച് Ta ലോഹത്തിന്റെ നേരിട്ടുള്ള ക്ലോറിനേഷൻ ഏറ്റവും ലളിതമായ ലാബ് മാർഗമാണ്, അതേസമയം വ്യാവസായിക പ്രക്രിയകളിൽ പലപ്പോഴും കാർബൺ (കാർബോക്ലോറിനേഷൻ) അല്ലെങ്കിൽ മറ്റ് ക്ലോറിനേറ്റിംഗ് ഏജന്റുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ടാന്റലം ഓക്സൈഡ് സാന്ദ്രതകളുടെ ഉയർന്ന താപനില ക്ലോറിനേഷൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. വാതകരൂപത്തിലുള്ള TaCl₅ പിന്നീട് ഘനീഭവിച്ച് ഉയർന്ന ശുദ്ധതയിലേക്ക് വാറ്റിയെടുക്കുന്നു. ശ്രദ്ധേയമായി, ഒരു നിർമ്മാതാവിന്റെ സാങ്കേതിക കുറിപ്പ് TaCl₅ "ഓർഗാനിക് വസ്തുക്കളുടെ ക്ലോറിനേഷനിലും" ശുദ്ധമായ ടാന്റലം ലോഹം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതിൽ "രാസ ഇന്റർമീഡിയറ്റായും" ഉപയോഗിക്കുന്നുവെന്ന് ഊന്നിപ്പറയുന്നു, ഇത് ഒരു റിയാജന്റായും ഒരു പ്രധാന ഇന്റർമീഡിയറ്റായും അതിന്റെ പങ്ക് അടിവരയിടുന്നു.