El etóxido de tantalio (V) es un compuesto metalorgánico con fórmula Ta 2 (OC 2 H 5 ) 10 , a menudo abreviado como Ta 2 (O Et ) 10 . Es un sólido incoloro que se disuelve en algunos solventes orgánicos pero se hidroliza fácilmente. [3] Se utiliza para preparar películas de óxido de tantalio (V).
Los alcóxidos de tantalio (V) existen típicamente como dímeros [4] con centros metálicos de tantalio de seis coordenadas octaédricas. [5] El análisis cristalográfico posterior estableció que el metóxido y los isopropóxidos de niobio adoptan estructuras bioctaédricas. [6] [7] Desde una perspectiva geométrica, los diez átomos de oxígeno del ligando etóxido de la molécula Ta 2 (OEt) 10 en solución definen un par de octaedros que comparten un borde común con los dos átomos de tantalio ubicados en sus centros. [6] Desde una perspectiva de enlace, cada centro de tantalio está rodeado octaédricamente por cuatro ligandos etóxido monodentados y dos ligandos puente . Los átomos de oxígeno de los etóxidos puente están unidos cada uno a ambos centros de tantalio, y estos dos ligandos son cis entre sí dentro de la esfera de coordinación . La fórmula [(EtO) 4 Ta(μ-OEt)] 2 representa de forma más completa esta estructura dimérica, aunque la fórmula simplificada se utiliza comúnmente para la mayoría de los propósitos.
Se conocen varios métodos para preparar etóxido de tantalio (V). La metátesis de sal a partir de cloruro de tantalio (V) es generalmente la más exitosa. El pentacloruro de tantalio , Ta 2 Cl 10 , proporciona un punto de partida conveniente. Para evitar la generación de especies mixtas de cloruro y etóxido, generalmente se agrega una base como amoníaco para atrapar el HCl liberado: [8]
La metátesis de sal utilizando un alcóxido de metal alcalino también se puede utilizar: [8]
El mismo compuesto se puede preparar electroquímicamente . [6] [9] Las dos semiecuaciones y la ecuación general [9] para esta reacción son:
En Rusia se ha empleado este método electroquímico para la producción comercial de etóxido de tantalio (V). [9] El compuesto también se puede preparar mediante la reacción directa del metal de tantalio con etanol, en cuyo caso la ecuación general es la misma que la que se muestra arriba para el método electroquímico. [8]
Desde la década de 1970, Bayer de Alemania había estado produciendo etóxido de tantalio (V) en Leverkusen, sin embargo, tras la disolución de Bayer, la producción se trasladó a Heraeus. Mientras tanto, Inorgtech (posteriormente MultiValent), inició la producción en 1974 en Cambridge, Reino Unido. Ambas rutas implicaban la reacción directa del cloruro de metal con alcohol en presencia de disolventes para dar un producto con una pureza del 99,999 % o superior. [ cita requerida ]
La reacción más importante de los alcóxidos de tantalio es la hidrólisis para producir películas y geles de óxidos de tantalio. Aunque estas reacciones son complejas, la formación de una película de óxido de tantalio (V) por hidrólisis [3] se puede describir mediante esta ecuación simplificada:
Los recubrimientos ópticos de etóxido de tantalio (V) se pueden producir mediante deposición química de vapor a baja presión . [10] A presiones tan bajas como 1,33 mPa y temperaturas de 700 °C, primero se deposita una película de sílice de la profundidad deseada mediante la descomposición de tetraetoxisilano , Si(OEt) 4 , o di- t -butyoxydiacetoxisilano, Si(OC(CH 3 ) 3 ) 2 (OOCCH 3 ) 2 , luego se introduce etóxido de tantalio (V). [10] Como en el caso del etóxido de niobio (V) , el precursor de etóxido se descompone térmicamente para producir la capa de óxido con la liberación asociada de éter dietílico :
La pirólisis también produce una película de óxido de tantalio (V) por deposición química de vapor, en cuyo caso el etóxido de tantalio (V) se oxida completamente, produciendo dióxido de carbono y vapor de agua : [11]
Las películas de óxido de tantalio (V) amorfo también se pueden preparar mediante deposición de capas atómicas o mediante una técnica de deposición química de vapor pulsada en la que se aplican alternativamente etóxido de tantalio (V) y cloruro de tantalio (V). [12] A temperaturas cercanas a los 450 °C, las películas producidas tienen índices de refracción y propiedades de permitividad similares a las producidas a partir de métodos convencionales. [12] La preparación de estas películas se produce con la pérdida de cloroetano : [12]
El procesamiento sol-gel también produce películas delgadas de óxido de tantalio (V) [13] utilizando un enfoque químico similar. También se han desarrollado rutas sol-gel que utilizan etóxido de tantalio (V) para generar materiales de perovskita en capas. [14]
Se utiliza principalmente para la fabricación de materiales de película delgada de óxido de tantalio (V) mediante enfoques que incluyen deposición química de vapor , [10] deposición de capa atómica , [12] y procesamiento sol-gel . [13] Estos materiales tienen aplicaciones semiconductoras , [12] electrocrómicas , [15] y ópticas [10] .
Las películas de óxido de tantalio (V) tienen una variedad de aplicaciones, incluidas las películas ópticas con índices de refracción tan altos como 2.039 [16] y como un material dieléctrico de película delgada en memoria de acceso aleatorio dinámico y transistores de efecto de campo semiconductores . [12] El enfoque elegido para la preparación de estos materiales está determinado por las propiedades deseadas. La hidrólisis directa es apropiada cuando la presencia de agua residual o el uso de altas temperaturas para el secado es aceptable. Los micropatrones se pueden producir por deposición selectiva del sitio utilizando el enfoque de hidrólisis formando una monocapa autoensamblada seguida de recocido a alta temperatura . [17] La deposición química en fase de vapor permite controlar el espesor de la película a escala nanométrica, lo que es esencial para algunas aplicaciones. La pirólisis directa es conveniente para aplicaciones ópticas, [10] donde los materiales transparentes con baja pérdida de luz debido a la absorción son importantes, [16] y también se ha utilizado para preparar memoria de solo lectura de nitruro . [11] El electrocromismo es la propiedad de algunos materiales de cambiar de color cuando se les aplica una carga, [18] y es el medio por el cual funciona el llamado vidrio inteligente . Las películas producidas por hidrólisis de etóxido de tantalio (V) se han utilizado para preparar películas de óxido de tantalio (V) amorfo adecuadas para aplicaciones electrocrómicas. [15]
También se han preparado películas delgadas de metales mixtos a partir de este compuesto. Por ejemplo, las películas de tantalato de litio, LiTaO 3 , son deseables por sus propiedades ópticas no lineales y se han preparado haciendo reaccionar primero etóxido de tantalio (V) con dipivaloilmetanato de litio, LiCH(COC(CH 3 ) 3 ) 2 , para preparar un precursor adecuado para la epitaxia en fase de vapor metalorgánica (una forma de deposición química en fase de vapor). [19] También se han preparado películas de tantalato de estroncio, Sr(TaO 3 ) 2 , utilizando métodos de deposición de capas atómicas y se han investigado sus propiedades. [20]
El etóxido de tantalio (V) se condensa con ácidos carboxílicos para dar carboxilatos de oxo-alcóxido, por ejemplo, Ta 4 O 4 (OEt) 8 (OOCCH 3 ) 4 . [8] El núcleo Ta 4 O 4 de dichos compuestos forma un grupo de tipo cubano .