五氯化鈮

五氯化鈮由金屬鈮與稀釋的氯氣在300-350°C下反應(yīng)得到，通過升華純化。沒有碳存在時(shí)，五氧化二鈮直接氯化生成NbOCl3;有碳存在下反應(yīng)，反應(yīng)生成的是NbCl5和NbOCl3的混合物。比較純的五氯化鈮可通過鈮的硫化物與氯氣反應(yīng)制備。

Nb2O5+3Cl2+3C→2NbOCl3+3CO

Nb2O5+5Cl2+5C→2NbCl5+5CO

Nb2O5+3NbCl5→5NbOCl3

英文名:Niobium pentachloride、Niobium(V) chloride

分子式:NbCl5

密度2.75g/cm3

熔點(diǎn)204.7℃

沸點(diǎn)254℃。

CAS:10026-12-7

性質(zhì):黃白色單斜結(jié)晶。溶于醇、鹽酸。遇水則分解。易潮解。在潮濕空氣中分解析出氯化氫。由干燥的水合五氧化鈮中，緩慢加入新蒸餾過的亞硫酰氯，在室溫下進(jìn)行反應(yīng)，通過離心沉降，把未溶解的水合五氧化鈮和黃色晶狀化合物(六氯合鈮酸銨)分離除去，在室溫和連續(xù)低真空下數(shù)小時(shí)使亞硫酰氯真空蒸發(fā)離析五氯化鈮，必要時(shí)把產(chǎn)品于約150℃進(jìn)行真空升華，進(jìn)一步提純。用于制造其他鈮化合物。

固態(tài)的五氯化鈮為二聚體，含有兩個(gè)氯橋連的結(jié)構(gòu)，見右圖 及下圖。每個(gè)鈮原子都為六配位變形八面體構(gòu)型，兩個(gè)橋鍵長為256pm，平鍵鍵長225pm，直鍵鍵長229.2pm。直鍵向內(nèi)變形，與兩個(gè)氯橋組成的平面形成的角度為83.7°，氯橋的Nb-Cl-Nb鍵角為101.3°。Nb-Nb距離較長，為398.8pm，不足以產(chǎn)生金屬-金屬相互作用。

相似的五溴化鈮、五氯化鉭、五溴化鉭等也都采取這種結(jié)構(gòu)。氣態(tài)時(shí)的五氯化鈮是單分子的。

R20吸入有害。

R34引起灼傷。

S25避免眼睛接觸。

S37戴適當(dāng)手套。

S39戴護(hù)目鏡或面具。

五氯化鈮的相關(guān)化合物有:四氯化鈮、四氟化鈮、五氟化鈮、三氟化鈮、三氯化鈮、五氟化鉭。

五氟化鉭和五氟化鈮的化學(xué)性質(zhì)相似。上述化合物中的氯原子、氟原子極易被氧原子取代。

五氯化鈮(化學(xué)式:NbCl5)是制備其他鈮化合物的常用原料。室溫下它為白色結(jié)晶，加熱到183°C時(shí)轉(zhuǎn) 變?yōu)辄S色，熔融時(shí)變?yōu)槌燃t色。

五氯化鈮摩爾質(zhì)量270.17g/mol，在204.7℃熔化，254℃沸騰。

五氯化鈮能很好地溶解在濃鹽酸中，不溶于乙醚，四氯化碳等有機(jī)溶劑，若將NbCl5的S2Cl2或CCl4溶液冷卻，則NbCl5可以重新結(jié)晶析出。

易水解為NbOCl3，在潮濕空氣中冒煙。

五氯化鈮可溶于濃鹽酸和硫酸中，依次生成Nb(OH)2Cl4(-)、Nb(OH)Cl3(+)和Nb2O(SO4)4、Nb2O3(SO4)2、Nb2O2(SO4)3、Nb2O4SO4等。當(dāng)稀釋或煮沸這些溶液時(shí)，鈮的化合物便水解，析出水和氧化物沉淀或膠體。

2Nb2O5+6Cl2←→4NbOCl3+3O2(可逆)反應(yīng)的平衡常數(shù)如下表:

五氯化鈮有較強(qiáng)的氧化性。

焙燒法:將鈮料或粗五氧化二鈮經(jīng)硝酸和氫氟酸混合液溶解生成氟鈮酸,用強(qiáng)酸和甲基異丁酮有機(jī)相混合液萃取鈮,再經(jīng)反萃后,用氨水和氟鈮酸反應(yīng)生成氫氧化鈮沉淀,再經(jīng)洗滌、烘干及灼燒,可得精制五氧化鈮。

3Nb+5HNO3+21HF→3H2NbF7+5NO+10H2O

H2NbF7+7NH4OH→Nb(OH)5+7NH4F+2H2O

2Nb(OH)5→Nb2O5+5H2O

【其他】

受熱時(shí)變黃色，冷卻后仍變白色。與堿金屬的酸式硫酸鹽、鹽酸鹽或氫氧化物共熔而分解。

【用途】

用作拉鈮酸鎳單晶，制特種光學(xué)玻璃、高頻和低頻電容器及壓電陶瓷元件。也用于生產(chǎn)鈮鐵和特殊鋼需要的各種鈮合金。是制取鈮及其化合物的原料。還用作催化劑、耐火材料。

【安全性】 高純品用雙層蓋聚乙烯塑料瓶包裝,每瓶凈重5kg,嚴(yán)密封口。后外套聚乙烯塑料袋置于硬箱中,用紙屑填緊,以防竄動(dòng),每箱凈重20kg。工業(yè)品為雙層聚乙烯塑料袋裝,外套鐵套,每桶凈重40kg。貯存于通風(fēng)、干燥處。不得露天堆放。包裝應(yīng)密封。運(yùn)輸時(shí)要防雨淋和包裝破損。失火時(shí),可用水、砂土和滅火器撲救。毒性及防護(hù):職業(yè)性中毒尚沒有記載。使用鈮絡(luò)合物的工人,上呼吸道的發(fā)病率相對高,這可能與分離出來的氟化氫和氟鈮酸鹽的作用有關(guān)。鈮及其氧化物的最高容許濃度為10mg/m ;含氟化合物通常按氟計(jì)算,即1mg/m 。在粉塵含量較高的環(huán)境中工作,要戴防毒口罩,要注意通風(fēng)和除塵。

可用金屬銻法或銻化合物法制造:

通常，五氯化銻生產(chǎn)采用金屬銻法和三氯化銻法。這些方法都采用已有的冶煉產(chǎn)品為原料，致使五氯化銻生產(chǎn)總體流程較長，成本較高。采用控電氯化浸出-低壓連續(xù)蒸餾-氧化結(jié)晶法處理高銻低銀類鉛陽極泥制備五氯化銻的工藝，銻回收率高，工藝過程具有連續(xù)性，可綜合回收其他有價(jià)金屬，溶液閉路循環(huán)，無三廢排放。

鉛的電解精煉是以硅氟酸和硅氟酸鉛的水溶液作電解液，鉛陽極泥不可避免地存在硅氟酸和硅氟酸鉛。因此，采用鉛陽極泥制備五氯化銻必須首先去除硅氟酸和硅氟酸鉛。稀鹽酸酸洗可有效去除鉛陽極泥中的氟和硅; 當(dāng)溶液電位控制在430 mV以上時(shí),陽極泥中銻、銅和鉍的浸出率均大于99%,浸出液中三價(jià)銻離子的濃度高達(dá)310 g/L,浸出液經(jīng)冷卻結(jié)晶后銀的入渣率為91.12%,鉛的入渣率為96.35%;當(dāng)蒸餾溫度為190℃時(shí),蒸餾余物中三氯化銻已接近無水三氯化銻熔鹽,無水三氯化銻熔鹽通氯氧化-結(jié)晶分離所獲得的五氯化銻產(chǎn)品質(zhì)量完全達(dá)到試劑級產(chǎn)品的要求,而金屬鐵、鉍和銅等均殘留在結(jié)晶分離殘?jiān)?銻的回收率大于95%，賤金屬鐵、鉍、銅等99%以上富集在結(jié)晶分離殘?jiān)?，有利于進(jìn)一步回收利用。

五氯化銻主要作為氟化工的催化劑，也用于紡織工業(yè)作織物阻燃劑，在染料工業(yè)中用于制造染料中間體，此外還用于制備高純金屬銻以及制備無機(jī)離子交換材料HAP和制備膠體五氧化二銻的原料。

SbCl5還可用于區(qū)別三萜皂苷和甾體皂苷(顯色反應(yīng)):

五氯化銻反應(yīng)(Kahlenberg reaction)--將皂苷樣品溶于氯仿或醇后，點(diǎn)于濾紙上，噴以20%五氯化銻的氯仿溶液(不應(yīng)含乙醇和水)，干燥后60℃~70℃加熱，顯藍(lán)色、灰藍(lán)色或灰紫色斑點(diǎn)。

功能性高分子, 是高分子科學(xué)日新月異并向其它學(xué)科滲透和發(fā)展的一個(gè)生氣勃勃的重要領(lǐng)域。由于眾多的高聚物其組成和結(jié)構(gòu)可以予先設(shè)計(jì)、人為選擇和重新改造, 因此便于進(jìn)行各種功能化使之滿足各種特殊要求, 擔(dān)負(fù)各種特殊任務(wù)。高分子催化劑是功能高分子的一個(gè)重要部分, 它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和功能。

Neckers 和 Sket 等人曾將 AICl3 和 BF3 與聚苯乙烯反應(yīng)制成高分子復(fù)合物, 對酯化、縮醛、縮酮等有機(jī)反應(yīng)有良好催化作用。北京大學(xué)化學(xué)系于1986年首次將在空氣中強(qiáng)烈水解的五氯化銻與聚苯乙烯反應(yīng), 制成了一種十分穩(wěn)定的高分子載體 Lewis 酸催化劑, 并證明它對多種有機(jī)化學(xué)反應(yīng)具有很高的催化效能, 還可重復(fù)使用多次，是一種效率高、使用方便、無污染、可再生的很有前途的新型高分子載體催化劑。

用20克交聯(lián)聚苯乙烯白球(含二乙烯基苯4%, 粒度16 ~ 50 目, 孔徑0.3一1.25 μm) 經(jīng)氯仿60mL溶脹, 在冰水浴中冷卻, 在攪拌下緩慢滴加五氯化銻(化學(xué)純、無色液體) 和氯仿的混合物(1:2 ,V/V ) 30mL , 樹脂小球逐漸變?yōu)樯詈稚? 1 小時(shí)滴完。攪拌反應(yīng)3 小時(shí)。過濾, 用氯仿洗滌五次, 真空干燥72 小時(shí)，制得聚苯乙烯-五氯化銻復(fù)合物催化劑。以聚苯乙烯一五氯化銻復(fù)合物小球( 以下簡稱PS一SbCI5 ) 為催化劑, 苯為溶劑, 在裝有分水器的反應(yīng)瓶中進(jìn)行常量酯化, 縮酮、縮醛、成醚反應(yīng)(傅氏烷基化反應(yīng)不用溶劑) 。反應(yīng)溫度為82 一95 ℃, 回流反應(yīng)2小時(shí), 用氣相色譜法測定收率。

紫外可見光譜分析表明，PS一SbCI5 復(fù)合物與 SbCl5-C6H6 復(fù)合物結(jié)構(gòu)相似, 確有復(fù)合物形成, 且可能主要是鏈上的苯環(huán)形成了某種復(fù)合物, 使非常容易水解的固體網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn), 使大量苯環(huán)的熱運(yùn)動(dòng)受阻, 因此與SbCl5 形成的復(fù)合物更加穩(wěn)定, 可保存一年以上而不失效。

以下實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃C明催化劑能夠重復(fù)使用:0.1mol 環(huán)己酮和乙二醇, 1.5 克復(fù)合物小球, 50 mL苯在裝有分水器的反應(yīng)瓶中, 在85 ℃下回流反應(yīng)45 分鐘, 用氣相色譜法測定收率。過濾收集催化劑小球, 用苯洗滌三次, 抽干后再進(jìn)行同樣的反應(yīng), 如此重復(fù)7 次, 收率仍然很高, 顯然催化劑穩(wěn)定性很好, 可重復(fù)使用多次使用。即使失效之后其聚苯乙烯小球仍可回收再使用。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚苯乙烯交聯(lián)白球與五氯化銻溶液反應(yīng)可以形成一種穩(wěn)定的復(fù)合物, 這種復(fù)合物是一種新型的高分子載體 Lewis 酸催化劑，可至少保存一年以上不失效。它對各種有機(jī)合成反應(yīng)，特別是縮醛反應(yīng)、縮酮反應(yīng)都有很高的催化效能。不僅收率高, 而且催化劑制備簡單, 使用方便, 易于從反應(yīng)體系中分離, 無污染, 還可重復(fù)使用多次。失效后的載體小球還可回收再使用。因此 PS一SbCI5 復(fù)合物是一種很有前途的新型高分子催化劑，可望在實(shí)際中得到應(yīng)用。