Chlorure de niobium(V)

Dans les conditions normales de température et de pression, il se présente sous la forme d'un solide cristallin de maille monoclinique et de couleur jaune. Il s'hydrolyse à l'air humide facilement en oxychlorures. Il se décompose dans l'eau froide. Il est soluble dans l'éthanol et dans l'acide chlorhydrique, ainsi que le chloroforme, tétrachlorure de carbone CCl₄.

Les échantillons préparés sont souvent contaminés par de petites quantités d'oxychlorure de niobium (en) (NbOCl₃). Il est tout de même possible de le purifier par sublimation[7].

La structure du pentachlorure de niobium expliquent ces principales propriétés physiques.

Structure moléculaire

Dimère Nb₂Cl₁₀
cristallographie par rayons X (données issues de Acta Cryst. (1991). C47, 2435-2437).

À l'état solide, deux unités de chlorure de niobium(V) s'associent par des ponts dichlore stabilisés pour former un dimère, dans une géométrie moléculaire bi-octaédrique grossièrement déformée, où chaque atome de niobium Nb est hexacoordiné, c'est-à-dire avec une coordination de six.

Les longueurs de liaisons sont les suivantes :

• liaison équatoriale entre niobium et chlore terminal : 225 pm
• liaison équatoriale entre niobium et chlore au niveau du pontage ou des ponts : 256 pm
  

  Modèle atomique simplifié du pentachlorure de niobium
• Liaison axiale entre niobium et chlore : 229,2 pm

L'angle entre un plan axial et équatorial vaut environ 83,7° et l'angle Nb-Cl-Nb vaut près de 101,3°. Il n'y a pas d'interaction métal-métal (entre les atomes de niobium) car ces centres métalliques sont trop éloignés (398,8 pm)[8].

Le bromure de niobium (NbBr₅), le chlorure de tantale (TaCl₅) et le bromure de tantale (TaBr₅) possèdent une même structure ou géométrie moléculaire similaire, alors que l'iodure de niobium (NbI₅) et l'iodure de tantale (TaI₅) diffèrent par leurs structures moléculaires.

Phase liquide et vapeur de pentachlorure de niobium

Au laboratoire, NbCl₅ est le plus souvent préparé par chloration du pentoxyde de niobium (Nb₂O₅), soit par réaction avec du chlorure de thionyle SOCl₂, soit par chloration directe par Cl₂ en présence de carbone à 300 °C[9]. Dans les deux cas, les réactions restent incomplètes et laissent inévitablement de l'oxychlorure NbOCl₃ en petites quantités. Tout se passe comme si entre l'hydrolyse ou oxydation complète (pentaoxyde de niobium), et la chloration complète (pentachlorure de niobium), l'état le plus stable était représenté par des oxohalogénures.

Dans l'industrie, le chlorure de niobium(V) est préparé directement par chloration du niobium métallique porté à une température entre 300 et 350 °C, à pression atmosphérique selon la réaction suivante[10] :

2 Nb _solide + 5 Cl_{2 gaz} → 2 NbCl_{5 gaz, ensuite condensé après refroidissement}

C'est la principale technique utilisée en industrie.

Il est souvent utilisé comme précurseur pour former d'autres composés du niobium[11].

NbCl₅ est le principal précurseur pour former des composés organo-métalliques du type Nb-O⁻ utilisés lors des procédés sol-gel. Il est aussi précurseur pour beaucoup d'autres composés.
En chimie organique, NbCl₅, qui est un acide de Lewis, permet d'activer l'alcène ou la double liaison carbone-carbone lors des réactions entre "ène" et "ènophile", aussi bien dans les réactions générales "Alder-ène" que dans la classique réaction de Diels-Alder.
Le chlorure de niobium peut aussi générer des composés inorganiques azotés du type N-acyliminium à partir de pyrrolidines qui servent de substrat à des nucléophiles comme l'allyltrimethylsilane, l'indole ou encore l'éther d'énol silylé de benzophénone[12].