Tantalum pentoksida

Ia berupa padatan putih yang tidak larut dalam semua pelarut tetapi dapat diserang oleh basa kuat dan asam fluorida.  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 (, 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,  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 
 kurang bereaksi dengan HCl atau HBr, namun akan larut dalam asam fluorida, dan bereaksi dengan kalium bifluorida dan HF sesuai dengan persamaan berikut:

  +  4 KHF + 6 HF   →   2  +  5 

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

 + 5 Ca →  2 Ta + 5&nbspCaO

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  digunakan dalam pabrikasi kaca lensa fotografi.

Referensi 

Senyawa tantalum
Oksida
Dielektrik k-tinggi