Chlorure de tantale(V)

Chlorure de tantale(V)
Maille cristalline du chlorure de tantale(V)
Identification
Synonymes	pentachlorure de tantale
No CAS	7721-01-9
No ECHA	100.028.869
No CE	231-755-6
No RTECS	WW5600000
PubChem	24394
SMILES	Cl[Ta](Cl)(Cl)(Cl)Cl PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/5ClH.Ta/h5*1H;/q;;;;;+5/p-5 Std. InChIKey : OEIMLTQPLAGXMX-UHFFFAOYSA-I
Apparence	solide jaune cristallisé à l'odeur piquante ; poudre ou aiguilles blanches
Propriétés chimiques
Formule	Cl5TaTaCl5
Masse molaire	358,213 ± 0,01 g/mol Cl 49,49 %, Ta 50,51 %,
Propriétés physiques
T° fusion	216 à 217 °C
T° ébullition	232 à 235 °C
Solubilité	faible dans l'éthanol ; se décompose dans l'eau
Masse volumique	3,68 g·cm-3
Précautions
SGH
Danger H302, H314, H335, EUH014, P280, P301+P330+P331, P304+P340, P305+P351+P338 et P309+P310 H302 : Nocif en cas d'ingestion H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires H335 : Peut irriter les voies respiratoires EUH014 : Réagit violemment au contact de l'eau P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P301+P330+P331 : En cas d'ingestion : rincer la bouche. NE PAS faire vomir. P304+P340 : En cas d'inhalation : transporter la victime à l’extérieur et la maintenir au repos dans une position où elle peut confortablement respirer. P305+P351+P338 : En cas de contact avec les yeux : rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes. Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer. P309+P311 : En cas d'exposition ou de malaise : appeler immédiatement un CENTRE ANTIPOISON ou un médecin.
Transport
80    3260    Code Kemler : 80 : matière corrosive ou présentant un degré mineur de corrosivité Numéro ONU : 3260 : SOLIDE INORGANIQUE CORROSIF, ACIDE, N.S.A. Classe : 8 Étiquette : 8 : Matières corrosives Emballage : Groupe d'emballage II : matières moyennement dangereuses ;
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le chlorure de tantale(V), ou pentachlorure de tantale, est un composé chimique de formule TaCl₅. Il se présente sous la forme d'un solide jaune cristallisé à l'odeur piquante ou d'une poudre blanche. Il est purifié par sublimation pour donner des aiguilles blanches. Il est couramment utilisé comme précurseur pour la chimie du tantale. Il s'hydrolyse facilement pour donner de l'oxychlorure de tantale(V) TaOCl₃ puis de l'oxyde de tantale(V) Ta₂O₅ ce qui implique de le manipuler constamment sous atmosphère rigoureusement anhydre.

Structure et propriétés physiques

Le chlorure de tantale(V) cristallise sous forme dimère Ta₂Cl₁₀ dans le groupe d'espace monoclinique C2/m. Les dix atomes de chlore forment un couple d'octaèdres partageant une arête commune tandis que les atomes de tantale occupent les centres des deux octaèdres et sont liés par deux ligands pontants. Le dimère se retrouve en solution dans les solvants apolaires et, dans une large mesure, également à l'état fondu. Le chlorure de tantale(V) gazeux est cependant constitué de monomères TaCl₅ dont la géométrie est trigonale bipyramidale, comme celle du pentachlorure de phosphore PCl₅.

Le chlorure de tantale(V) est faiblement soluble dans certains solvants organiques, avec une solubilité croissante pour les solvants suivants : benzène C₆H₆ < toluène (méthylbenzène C₇H₈) < méta-xylène (1,3-diméthylbenzène C₈H₁₀) < mésitylène (1,3,5-triméthylbenzène C₉H₁₂) ; cet effet est visible par la couleur des solutions correspondantes, qui va du jaune pâle dans le benzène à l'orange dans le mésitylène. Le TaCl₅ est davantage soluble dans les solvants aromatiques que dans le cyclohexane C₆H₁₂ et le tétrachlorure de carbone CCl₄. Ces solutions sont également connues pour être de mauvais conducteurs d'électricité, ce qui indique leur faible ionisation.

Production

Le chlorure de tantale(V) peut être préparé en faisant réagir du tantale métallique pulvérulent avec du chlore Cl₂ gazeux dans une échelle de températures de 170 à 250 °C ou avec du chlorure d'hydrogène HCl à 400 °C :

2 Ta + 5 Cl₂ → 2 TaCl₅,

2 Ta + 10 HCl → 2 TaCl₅ + 5 H₂.

Il peut également être préparé en faisant réagir de l'oxyde de tantale(V) Ta₂O₅ avec du chlorure de thionyle SOCl₂ à 240 °C :

Ta₂O₂ + 5 SOCl₂ → 2 TaCl₅ + 5 SO₂.

Le chlorure de tantale(V) est disponible dans le commerce mais de tels échantillons sont susceptibles d'être contaminés par de l'oxychlorure de tantale(V) TaOCl₃ formé par hydrolyse sous l'effet de traces d'humidité résiduelles.

Propriétés chimiques

Le chlorure de tantale(V) est électrophile et se comporte comme un catalyseur de type Friedel-Crafts semblable au chlorure d'aluminium AlCl₃. Il forme des adduits avec un grand nombre de bases de Lewis.

Adduits simples

TaCl₅ forme des complexes stables avec des éthers :

TaCl₅ + R₂O → TaCl₅(OR₂) (R = Me, Et).

TaCl₅ réagit également avec le pentachlorure de phosphore PCl₅ et l'oxychlorure de phosphore OPCl₃, le premier agissant comme donneur de chlorure et le second comme ligand avec une liaison via un atome d'oxygène :

TaCl₅ + PCl₅ → [PCl₄⁺][TaCl_6⁻],

TaCl₅ + OPCl₃ → [TaCl₅(OPCl₃)].

TaCl₅ réagit également avec les amines tertiaires pour donner des adduits cristallisés :

TaCl₅ + 2 R₃N → [TaCl₅(NR₃)].

Réactions de déplacement de chlorure

Le chlorure de tantale(V) réagit à la température ambiante avec un excès d'oxyde de triphénylphosphine pour donner des oxychlorures :

TaCl₅ + 3 OPPh₃ → [TaOCl₃(OP(C₆H₅)₃]_x ...

La formation initiale de produits d'addition entre TaCl₅ et des composés hydroxylés tels que les alcools, les phénols et les acides carboxyliques est immédiatement suivie de l'élimination de chlorure d'hydrogène HCl et la formation de liaisons Ta–O :

TaCl₅ + 3 EtOH → TaCl₂(OEt)₃ + 3 HCl.

En présence d'ammoniac comme un accepteur d'HCl, les cinq ligands chlorure sont déplacés avec formation de Ta(OEt)₅. De même, TaCl₅ réagit avec le méthanolate de lithium LiOCH₃ dans du méthanol HOCH₃ anhydre pour former des méthanolates dérivés :

TaCl₅ + 4 LiOMe → Ta(OMe)₄Cl + 4 LiCl.

Ammonolyse, alcoolyse et réactions apparentées

L'ammoniac déplace la plupart des ligands du TaCl₅ pour former un cluster. Le chlorure est déplacé plus lentement par les amines primaires et les amines secondaires mais le remplacement des cinq chlorures par cinq groupes amido a été obtenu à l'aide de dialkyamides de lithium :

TaCl₅ + 5 LiNR₂ → Ta(NR₂)₅

Avec les alcools, TaCl₅ réagit en donnant des alcoolates. Comme illustré par la préparation de l'éthanolate de tantale(V) Ta₂(OEt)₁₀, ces réactions sont souvent conduites en présence d'une base :

10 EtOH + Ta₂Cl₁₀ + 10 NH₃ → Ta₂(OEt)₁₀ + 10 NH₄Cl.

Le chlorure de tantale(V) est réduit par des hétérocycles azotés tels que la pyridine.