About the Author(s)
Marietjie J. Ungerer
Chemical Resource Beneficiation (CRB), North-West University, South Africa
Cornelia G.C.E. van Sittert
Chemical Resource Beneficiation (CRB), North-West University, South Africa
Derik J. van der Westhuizen
Chemical Resource Beneficiation (CRB), North-West University, South Africa
Henning M. Krieg
Chemical Resource Beneficiation (CRB), North-West University, South Africa
Citation
Ungerer, M.J., Van Sittert, C.G.C.E., Van der Westhuizen, D.J. & Krieg, H.M., 2017, ‘Molekuulmodellering van tantaalpentahaliedes tydens hidrolise- en oksidasiereaksies’, Suid-Afrikaanse Tydskrif vir Natuurwetenskap en Tegnologie 36(1), a1468. https://doi.org/10.4102/satnt.v36i1.1468
Note: A selection of conference proceedings: Student Symposium in Science, 27–28 October 2016, North-West University, South Africa. Organising committee: Mr Rudi Pretorius (Department of Geography, University of South Africa); Dr Hertzog Bisset (South African Nuclear Energy Corporation [NECSA]; Dr Andrew Swarts (School of Physical and Chemical Sciences, North-West University).
This abstract is partially based on the authors’ publication: Ungerer, M.J., Van Sittert, C.G.C.E., Van der Westhuizen, D.J. & Krieg, H.M., 2016, ‘Molecular modelling of tantalum penta-halides during hydrolysis and oxidation reactions’, Computational and Theoretical Chemistry 1090, 112–119. http://dx.doi.org/10.1016/j.comptc.2016.06.011


Referaatopsomming


Molekuulmodellering van tantaalpentahaliedes tydens hidrolise- en oksidasiereaksies


Marietjie J. Ungerer, Cornelia G.C.E. van Sittert, Derik J. van der Westhuizen, Henning M. Krieg
Copyright: © 2017. The Author(s). Licensee: AOSIS.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution,
and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.


Abstract
Molecular modelling of tantalum penta-halides during hydrolysis and oxidation reactions. Molecular modelling was used to identify the species that form during the solvent extraction of tantalum and niobium. In this case study the acknowledged reactions of tantalum pentachloride are used to identify the tantalum pentafluoride, -hydroxide and -oxyfluoride species that may form.
Die oorgangsmetale tantaal (Ta) en niobium (Nb), wat gewoonlik saam in die natuur gevind word, het soortgelyke chemiese en fisiese eienskappe, wat hul skeiding uitdagend maak. Daar is verskeie metodes vir die skeiding van hierdie twee metale beskikbaar, insluitende reduksie, fluorinering, chlorinering en vloeistof-vloeistofekstraksie. In ’n onlangse studie is die geskiktheid van vloeistof-vloeistofekstraksie vir die skeiding van Ta en Nb bevestig. In die studie is bevestig dat spesiëringdata benodig word om die verkrygde verdelingsdata te verduidelik. Omdat tradisionele tegnieke of instrumente wat die spesies kan identifiseer, egter nie geredelik vir Ta en Nb toegepas kan word nie, is daar besluit om vir hierdie doel van molekuulmodellering gebruik te maak.
Om die geskiktheid van molekuulmodellering te ondersoek is ’n gevallestudie gedoen, waar daar veronderstel is dat wanneer tantaalpentafluoried (TaF5) in water opgelos word, dit stapsgewys met water reageer om uiteindelik tantaalpentahidroksied [Ta(OH)5] en ander oksifluoriedspesies, insluitende TaOF3, te vorm. Vanweë die beperkte literatuur oor TaF5-reaksies met water, is in ’n eerste stap tantaalpentachloried (TaCl5) en sy reaksies met water gebruik om die metode te ontwikkel. As deel van die modelontwikkeling en -verifikasie, is digtheidsfunksionaalteorie (DFT), waar verskillende funksionale en basisstelle vergelyk is, gebruik om die energie te bereken wat nodig is vir hierdie reaksies. Die geverifieerde model is daarna as ’n gevallestudie op TaF5 toegepas.
Van die resultate word voorgestel in Figuur 1, waar spesie A TaF5 met H2O ’n intermediêre spesie B vorm, en waar die H2O koördineer met die metaalkern van die TaF5 in beide ’n aksiale en ekwatoriale posisie; C die stabiele Ta(H2O)F5-spesie; D die oorgangstoestand waar een van die H-atome van H2O met een van die F-atome in TaF5 bind voordat HF as produk afkom; en E TaF4OH met die OH-groep in ’n aksiale posisie (−4.80 kcal/mol) of ekwatoriale posisie (−2.35 kcal/mol) vorm. By punt E het die geometrie verander vanaf trigonaalbipiramidaal na vierkantigpiramidaal.
Tydens die vergelyking van die resultate van TaCl5 (metode verifikasie) met TaF5 (gevallestudie) is soortgelyke data en tendense waargeneem. Hierdie waarnemings dui daarop dat die model geskik is vir die bestudering van die TaF5-reaksies met H2O. Verdere resultate het bevestig dat die vorming van Ta(OH)5 en Ta2O5 vanaf die reaksie van TaX5 (X = Cl of F) met water ’n endotermiese reaksie is, terwyl die vorming van Ta(H2O)F5 en TaF4OH eksotermies is.
Toekomstige molekuulmodelleringswerk sal die ondersoek behels van die invloed van ’n suur op die metaal-H2O-interaksie deur spesie-identifikasie in ’n waterige fase, soos in vloeistof-vloeistofekstrasie gevind word.
Literatuurverwysings
Ungerer, M.J., Van Sittert, C.G.C.E., Van der Westhuizen, D.J. & Krieg, H.M., 2016, ‘Molecular modelling of tantalum penta-halides during hydrolysis and oxidation reactions’, Computational and Theoretical Chemistry 1090, 112–119.

