Этот химический элемент обнаружился с трудом. Благодаря этому получил название, связанное с персонажем греческих мифов.
Что представляет собой
Тантал – это химический элемент, занимающий 73-ю ячейку таблицы Менделеева. Твердый, относится к металлам «тяжелой» группы.
В обычном микроклимате – блестящее сероватое вещество. На воздухе обретает легкую синеватость, свинцовость оттенка, что позволяет отличить его от других металлов.
Международное обозначение – Ta, Tantalum.
Как был открыт и назван
История открытия тантала извилиста:
- «Отцом» считается химик Андерс Экеберг. Исследуя в 1802 году образцы минералов, откопанных в родной Швеции и соседней Финляндии, он открыл тантал.
- Почти сорок лет колумбий (так тогда называли ниобий) и тантал считались одним и тем же элементом, пока немецкий ученый Генрих Розе не доказал обратное. Его правоту подтверждает формула колумбита-танталита – (Fe, Mn) (Nb, Ta, Ti)2O6).
- Пластичный металлический образец получил в начале ХХ века немецкий естествоиспытатель Вернер фон Болтон.
Элемент вошел в историю под именем персонажа древнегреческой мифологии Тантала. Он был покаран богами за гордыню: умирал от голода и жажды, хотя еда и вода были рядом. Отсюда выражение «танталовы муки».
Так отобразились в названии трудности извлечения элемента.
Первый образец продукции из металла – штабик размером со спичечную головку – получен в 1922 году. Промышленное производство отладили через 30 лет.
Физико-химические характеристики
Тантал относится к тугоплавким металлам, однако по пластичности соперничает с золотом.
Будучи чистым, легко обрабатывается. Примеси газов разрушают кристаллическую структуру, сводя на нет это свойство.
У металла средняя электропроводимость, но он становится сверхпроводником при меньших температурах, чем другие.
Химические свойства проявляются при высоких температурах:
- Окисляется, если воздух горячее 280°C. Результат – радужная пленка-оксид, защищающая от дальнейших трансформаций.
- Беспримесный металл равнодушен к воздействию агрессивных сред (кроме щелочного расплава).
Химическая стойкость тантала аналогична стеклу.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Танта́л / Tantalum (Ta), 73 |
| Атомная масса (молярная масса) |
180,94788(2) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Xe] 4f14 5d3 6s2 |
| Электроны по оболочкам | 2, 8, 18, 32, 11, 2 |
| Радиус атома | 149 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 134 пм |
| Радиус иона | (+5e) 68 пм |
| Электроотрицательность | 1,5 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | −1,12 |
| Степени окисления | 5 |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
760,1 (7,88) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 16,65 г/см³ |
| Температура плавления | 3290 K (3017 °C) |
| Температура кипения | 5731 K (5458 °C) |
| Уд. теплота плавления | 24,7 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 758 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 25,39 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 10,9 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая, объёмноцентрированая |
| Параметры решётки | 3,310 Å |
| Температура Дебая | 225,00 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 57,5 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-25-7 |
Не растворяется кислотами (кроме плавиково-азотной смеси), включая царскую водку. С плавиковой взаимодействует порошковый тантал, реакция завершается взрывом.
Присутствие в природе
Тантал как чистый металл на планете не встречается:
- Выявлено два десятка его минералов плюс 60 с танталом в составе.
- В минералах пару танталу всегда составляет ниобий. Это следствие близости природных характеристик элементов.
- Также представлен двумя изотопами, из которых на долю стабильного Та181 приходится 99,992%.
Тонна земной коры содержит два грамма тантала. Однако к группе редкоземельных металлов он не относится.
Месторождения формируются в гранитных, карбонатных массивах, щелочных слоях-интрузиях.
Технология получения
Для производства металла, сплавов используются танталиты и лопариты (оксид тантала – 8%, оксид ниобия – 60+%).
Процесс включает следующие этапы:
- Концентрированную породу разлагают кислотами либо щелочами.
- Тантал и ниобий выделяют экстрагированием.
- Металлический тантал восстанавливают из расплавов (электролиз) либо оксида (углеродом).
Способы получения компактных модификаций: порошковая металлургия либо плавка (дуговая/плазменная).
Чистота металла важна для продавцов: цена кг продукции стандартных кондиций – $215-200, с содержанием тантала 99,98+% – в 15 раз дороже.
Где используется
Первой сферой применения стали лампы бытовой радиоэлектроники.
Сегодня достоинства металла – пластичность, тугоплавкость, устойчивость к агрессивным средам, коррозии, совместимость с биологическим материалом изучены досконально. Они обусловили применение продукции промышленностью, оборонным комплексом, медициной, наукой.
Промышленность, ВПК
Применение металла в гражданском сегменте:
- Металлурги добавляют вещество в сплавы для устойчивости к жару, коррозии. Продукция идет на аппаратуру для химпрома, лабораторий, тигли для выплавки проблемных элементов (особенно редкоземельных металлов).
- Благодаря низкому порогу сверхпроводимости востребован при производстве электронно-вычислительных приборов.
- Карбид вещества – компонент сверхтвердых сплавов. Из сталей, маркированных индексом ТТ, делают оборудование для работы в экстремальных условиях (бурение скважин, композитов, других сверхтвердых материалов).
- Супертвердый неокисляемый бериллид используют строители космических аппаратов (ракет, спутников, самолетов).
- Танталово-ниобиевый сплав – материал конденсаторов для электролиза.
Оболочка снарядов с повышенной бронебойностью состоит из тантала.
Ядерный комплекс
Высшая из металлов устойчивость в жаре, неуязвимость к воздействию паров цезия обусловили применение металла в защитных оболочках объектов ядерной энергетики.
Тантал-180 «застревает» в конструкциях атомных реакторов. И служит источником энергии, гамма-излучения для лазерного оружия, транспорта специального назначения.
Пятиокись (2%) добавляют к стеклу, поглощающему гамма-лучи.
Другие сферы
- Биологически совместимый с организмом человека металл – материал скелетных протезов. Хирурги используют танталовую фольгу, проволоку комплексно: наложение швов, скрепление нервных окончаний.
- Ювелиры оценили способность металла образовывать на поверхности изделия прочные разноцветные пленки.
- Казахстан радует нумизматов: Национальный банк страны чеканит коллекционные танталово-серебряные монеты.
Применение металла сдерживают недостатки: микроскопичная доля в составе земной коры, трудность получения, высокая цена.
Предупреждение
Тантал токсичен.
По стандартам РФ, один кубометр воздуха не должен содержать более 5 мг вещества.
Загрузка...
