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Formation and thermochemical properties of oxychlorides of niobium (Nb) and tantalum (Ta); Towards the gas-phase investigation of dubnium (Db) oxychloride

ドブニウム(Db)オキシ塩化物の気相化学研究に向けたニオブ(Nb)およびタンタル(Ta)オキシ塩化物の生成と熱化学的性質

Chiera, N. M.; 佐藤 哲也; 富塚 知博; 浅井 雅人; 鈴木 颯人*; 床井 健運; 豊嶋 厚史; 塚田 和明; 永目 諭一郎

Chiera, N. M.; Sato, Tetsuya; Tomitsuka, Tomohiro; Asai, Masato; Suzuki, Hayato*; Tokoi, Katsuyuki; Toyoshima, Atsushi; Tsukada, Kazuaki; Nagame, Yuichiro

トレーサー量のNbOCl$$_3$$およびTaOCl$$_3$$の生成とその石英表面における吸着挙動を、等温ガスクロマトグラフ法を用いて調べた。吸着-脱離モデルをもとにしたモンテカルロ・シミュレーションにより、それぞれについて求められた吸着エンタルピー($$Delta H_{rm ads}$$)は、-$$Delta H_{rm ads}$$(NbOCl$$_3$$) = 102 $$pm$$ 4 kJ/molおよび-$$Delta H_{rm ads}$$(TaOCl$$_3$$) = 128 $$pm$$ 5 kJ/molだった。得られた値は、それぞれの化合物の昇華エンタルピーから経験的に予想される値と非常によく一致した。これにより、金属オキシ塩化物について$$Delta H_{rm ads}$$$$Delta H^circ _{rm subl}$$間に知られている経験式を更新することができた。さらに、NbおよびTaオキシ塩化物の$$Delta H^circ _{rm subl}$$から外挿してDbOCl$$_3$$について予想された$$Delta H^circ _{rm subl}$$(DbOCl$$_3$$)から、$$Delta H_{rm ads}$$(DbOCl$$_3$$)は135 $$pm$$ 2 kJ/molと予想された。本結果を元に、今後同一実験条件下でDbOCl$$_3$$の吸着挙動研究をおこない、5族元素の揮発性について議論することができるとともに、その結果から、ドブニウムにおける相対論効果の影響について見積もることが可能となる。

The formation of NbOCl$$_3$$ and TaOCl$$_3$$ and their adsorption behavior on quartz surfaces was explored by applying an isothermal gas-chromatographic method. Trace amounts of short-lived Nb and Ta isotopes were used. Adsorption enthalpy values ($$Delta H_{rm ads}$$) at zero surface coverage of -$$Delta H_{rm ads}$$(NbOCl$$_3$$) = 102 $$pm$$ 4 kJ/mol and -$$Delta H_{rm ads}$$(TaOCl$$_3$$) = 128 $$pm$$ 5 kJ/mol were determined by analyzing the chromatographic behavior of the Nb andTa complexes with a Monte-Carlo simulation method based on an adsorption-desorption kinetic model.By applying an empirical correlation, the experimental $$Delta H_{rm ads}$$ values were successively related to the macroscopic standard sublimation enthalpy, $$Delta H^circ _{rm subl}$$, as a measure of the volatility of each substance. The inferred sublimation enthalpies are in agreement with tabulated thermochemical values. Thus, the linear empirical correlation between $$Delta H_{rm ads}$$ and $$Delta H^circ _{rm subl}$$ for metal-oxychlorides was updated with the inclusion of the present data. According to the predicted $$Delta H^circ _{rm subl}$$(DbOCl$$_3$$), a $$Delta H_{rm ads}$$(DbOCl$$_3$$) value of 135 $$pm$$ 2 kJ/mol was extrapolated. The future accomplishment of comparative studies with DbOCl$$_3$$ under the same experimental conditions will provide valuable information on the volatility trend in Group-5 elements, together with an indication on the magnitude of relativistic effects on the electronic structure of dubnium.

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