Тантал – полезные свойства, особенности и опасность металла

Этот химический элемент обнаружился с трудом. Благодаря этому получил название, связанное с персонажем греческих мифов.

Тантал

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.

Тяжёлый твёрдый металл серого цвета - тантал
Тяжёлый твёрдый металл серого цвета – тантал

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+%).

Металл тантал

Процесс включает следующие этапы:

  1. Концентрированную породу разлагают кислотами либо щелочами.
  2. Тантал и ниобий выделяют экстрагированием.
  3. 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.

Тантал элемент

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.

Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака

Знак Зодиака мужчины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы

Знак Зодиака женщины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы


Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
451
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: