ট্যানটালাম ক্লোরাইড: ব্যবহার এবং উৎপাদন

ট্যানটালাম ক্লোরাইড কীভাবে প্রস্তুত করা হয়

ট্যানটালাম পেন্টাক্লোরাইড উৎপাদনের জন্য ট্যানটালামকে কোনো না কোনোভাবে ক্লোরিনেটেড করা হয়। দুটি প্রধান উপায় রয়েছে: ট্যানটালাম ধাতুর ক্লোরিনেশন এবং ট্যানটালাম যৌগের (সাধারণত অক্সাইড) ক্লোরিনেশন। সকল ক্ষেত্রেই, বিক্রিয়াটি শুষ্ক, অক্সিজেন-মুক্ত পরিবেশে সম্পন্ন করতে হবে। মৌলিক প্রক্রিয়াগুলি হল:

● ধাতব ট্যানটালামের সরাসরি ক্লোরিনেশন:সূক্ষ্মভাবে বিভক্ত ট্যানটালাম ধাতু (প্রায়শই ফাইলিং বা পাউডার) ক্লোরিন গ্যাসের প্রবাহে উত্তপ্ত করা হয়। প্রায় 170-250 °C তাপমাত্রায়, ক্লোরিন ধাতুর সাথে বিক্রিয়া করে TaCl₅ বাষ্প তৈরি করে:
2 Ta+5 Cl2⟶2 TaCl5.2\,Ta + 5\,Cl_2 \longrightarrow 2\,TaCl_5।
এই বহির্মুখী বিক্রিয়া ধাতুকে দ্রুত ক্লোরাইডে রূপান্তরিত করে। বাস্তবে, ট্যানটালামকে একটি চুল্লি বা চুল্লিতে স্থাপন করা হয় এবং নিয়ন্ত্রিত তাপমাত্রায় এর উপর দিয়ে Cl₂ গ্যাস প্রবাহিত করা হয়। ফলে উৎপন্ন TaCl₅ বাষ্প ঠান্ডা হওয়ার সাথে সাথে ঘনীভূত হয়ে তরল বা কঠিনে পরিণত হয়। (একটি সম্পর্কিত পদ্ধতিতে Cl₂ এর পরিবর্তে হাইড্রোজেন ক্লোরাইড গ্যাস (HCl) ব্যবহার করা হয়, তবে বিক্রিয়াটি চালানোর জন্য এর জন্য উচ্চ তাপমাত্রা - প্রায় 400 °C - প্রয়োজন হয়।)

● পরোক্ষ ক্লোরিনেশন (অক্সাইড থেকে):প্রায়শই, উচ্চ-বিশুদ্ধতা ট্যানটালাম ধাতু সহজেই পাওয়া যায় না অথবা খুব ব্যয়বহুল। পরিবর্তে, ট্যানটালাম পেন্টক্সাইড (Ta₂O₅) দিয়ে শুরু করা যেতে পারে, যা আকরিক ঘনত্বে প্রচুর পরিমাণে পাওয়া যায়। Ta₂O₅ কে ক্লোরিনেটিং এজেন্ট ব্যবহার করে TaCl₅ এ রূপান্তর করা যেতে পারে যেমনথায়োনিল ক্লোরাইড (SOCl₂)। প্রতিক্রিয়াটি হল:
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।
এই পদ্ধতিতে, কঠিন Ta₂O₅ তরল SOCl₂ এর সাথে মিশ্রিত করা হয় এবং উত্তপ্ত করা হয় (প্রায় 240 °C)। SOCl₂ কার্যকরভাবে অক্সাইডকে ক্লোরাইডে রূপান্তরিত করে, যার ফলে সালফার ডাই অক্সাইড গ্যাস উপজাত হিসেবে উৎপন্ন হয়। অক্সাইড পাউডারের সাথে কাজ করার সময় এই পরোক্ষ পথটি কার্যকর এবং খুব বিশুদ্ধ TaCl₅ উৎপন্ন করতে পারে।

উপরের উভয় পদ্ধতিই উৎপাদন করেTaCl₅ গ্যাস, যা তখন অবশ্যই হতে হবেঘনীভূত এবং পরিশোধিত। বাস্তবে, ক্লোরিনযুক্ত গ্যাস ঠান্ডা করা হয় যাতে TaCl₅ তরলীকৃত হয় (ফুটন্ত বিন্দু ~239 °C)। TaCl₅ কে যেকোনো অমেধ্য বা কম ফুটন্ত পদার্থ থেকে আলাদা করার জন্য প্রায়শই পাতন ব্যবহার করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, ল্যাবে সংশ্লেষণ করার সময়, গ্যাসটি একটি ঠান্ডা ফাঁদ বা কনডেন্সারের একটি সিরিজের মধ্য দিয়ে যেতে পারে। ঘনীভবনের পরে, আর্দ্রতার চিহ্ন অপসারণের জন্য পণ্যটি শুকানো হয় (ভ্যাকুয়ামের নীচে হালকাভাবে উত্তপ্ত করা হয়)। এর ফলে একটি উচ্চ-বিশুদ্ধ সাদা কঠিন পদার্থ তৈরি হয়। (Aটেবিলএই সংশ্লেষণ পদ্ধতিগুলির সংক্ষিপ্তসার - বিক্রিয়ক, অবস্থা এবং পণ্যগুলির তালিকা - পথগুলির পাশাপাশি তুলনা করতে সাহায্য করতে পারে।)

● শিল্প আকরিক নিষ্কাশন:বৃহৎ পরিসরে, ট্যানটালাইট বা কোল্টানের মতো খনিজ পদার্থ থেকে ট্যানটালাম পাওয়া যায়, যার মধ্যে ট্যানটালাম এবং নাইওবিয়াম উভয় অক্সাইডই থাকে। একটি শিল্প প্রক্রিয়ায়, আকরিক ঘনত্ব কার্বন (কোক) এর সাথে মিশ্রিত করা হয় এবং উচ্চ তাপমাত্রায় ক্লোরিন গ্যাসের সাথে বিক্রিয়া করা হয়। এই কার্বোক্লোরিনেশন অক্সাইডগুলিকে উদ্বায়ী ক্লোরাইডে রূপান্তরিত করে। প্রাথমিকভাবে, টাইটানিয়াম, নাইওবিয়াম এবং ট্যানটালাম ক্লোরাইডের মিশ্রণ তৈরি হয় এবং ঘনীভূত হয়ে "টাইটানিয়াম-নিওবিয়াম-ট্যান্টালাম অক্সিক্লোরাইড" নামক তরলে পরিণত হয়। এই তরলটি ভগ্নাংশে পাতন করা হয়: প্রথমে টাইটানিয়াম টেট্রাক্লোরাইড (TiCl₄) অপসারণ করা হয় (১৩৬ °C তাপমাত্রায় ফুটন্ত), যার ফলে বেশিরভাগ নাইওবিয়াম এবং ট্যানটালাম ক্লোরাইড থাকে। অবশিষ্ট মিশ্রণটি (প্রয়োজনে) আরও ক্লোরিনযুক্ত করা হয় যাতে যেকোনো অক্সিক্লোরাইডকে পেন্টাক্লোরাইডে রূপান্তর করা যায়। অবশেষে, নাইওবিয়াম ক্লোরাইড (NbCl₅) এবং ট্যানটালাম ক্লোরাইড (TaCl₅) ভগ্নাংশ পাতন দ্বারা পৃথক করা হয়, যেহেতু TaCl₅ 239 °C তাপমাত্রায় এবং NbCl₅ 248 °C তাপমাত্রায় ফুটে। শেষ ফলাফল TaCl₅ পরিশোধিত হয়। এই TaCl₅ প্রায়শই জলীয় অ্যামোনিয়ার সাথে বিক্রিয়া করে অ্যামোনিয়াম ট্যানটালাম ফ্লোরাইড বা অক্সিক্লোরাইড নিঃসরণ করে, যা ক্যালসিনেশনে অতি-বিশুদ্ধ Ta₂O₅ উৎপন্ন করে। মূলত, TaCl₅ এর আকরিক থেকে ট্যানটালাম পরিশোধনে মধ্যবর্তী হিসাবে কাজ করে। Aফ্লোচার্টকাঁচা আকরিক থেকে TaCl₅ থেকে অক্সাইড পর্যন্ত এই ধাপগুলি চিত্রিত করা পাঠকদের জন্য শিল্প প্রক্রিয়াটি কল্পনা করার জন্য কার্যকর হবে।

সংক্ষেপে, ট্যানটালাম ক্লোরাইড ট্যানটালাম ধাতু বা যৌগের হ্যালোজেনেশনের মাধ্যমে উৎপাদিত হয়। Cl₂ দিয়ে Ta ধাতুর সরাসরি ক্লোরিনেশন সবচেয়ে সহজ ল্যাব রুট, অন্যদিকে শিল্প প্রক্রিয়াগুলি প্রায়শই কার্বন (কার্বোক্লোরিনেশন) বা অন্যান্য ক্লোরিনেটিং এজেন্টের সাথে ট্যানটালাম অক্সাইডের ঘনত্বের উচ্চ-তাপমাত্রার ক্লোরিনেশন ব্যবহার করে। গ্যাসীয় TaCl₅ তারপর ঘনীভূত হয় এবং উচ্চ বিশুদ্ধতায় পাতিত হয়। উল্লেখযোগ্যভাবে, একজন প্রস্তুতকারকের প্রযুক্তিগত নোট জোর দিয়ে বলে যে TaCl₅ "জৈব পদার্থের ক্লোরিনেশন" এবং বিশুদ্ধ ট্যানটালাম ধাতু উৎপাদনে "রাসায়নিক মধ্যবর্তী" হিসাবে ব্যবহৃত হয়, যা একটি বিকারক এবং একটি মূল মধ্যবর্তী উভয় ভূমিকার উপর জোর দেয়।