Virtual Laboratory Wiki
Advertisement
Тантал / Tantalum (Ta)
Атомный номер 73
Внешний вид простого вещества тяжелый твёрдый
металл серого цвета
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
180,9479 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 149 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
760,1 (7,88) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d3 6s2
Химические свойства
Ковалентный радиус 134 пм
Радиус иона (+5e) 68 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1,5
Электродный потенциал 0
Степени окисления 5
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность 16,654 г/см³
Удельная теплоёмкость 0,140 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 57,5 Вт/(м·K)
Температура плавления 3269 K
Теплота плавления 24,7 кДж/моль
Температура кипения 5 698 K
Теплота испарения 758 кДж/моль
Молярный объём 10,9 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая
объёмноцентрированая
Период решётки 3,310 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая 225,00 K

Танталметалл серого цвета со слабым свинцовым оттенком.

История

Тантал открыт в 1802 г. шведским химиком А. Г. Экебергом в двух минералах, найденных в Финляндии и Швеции. В последующем тантал и колумбий считали тождественными. Лишь в 1844 г. немецкий химик Розе доказал, что минерал колумбит содержит два различных элемента ниобий и тантал.

Пластичный металлический тантал впервые получен немецким учёным В. Больтеном в 1903 г.

Происхождение названия

Элемент назван по имени героя древнегреческой мифологии Тантала, из-за трудностей его получения в чистом виде.

Физические свойства

Обладает высокой температурой плавления (2996°С), цвет в чистом виде серо-стальной, плотность 16,6, несмотря на твердость пластичен, как золото.

Химические свойства

При нормальных условиях тантал малоактивен, на воздухе окисляется лишь при температуре свыше 280 °C, покрываясь защитной плёнкой Ta2O5; с галогенами реагирует при температуре свыше 250 °C. При нагревании реагирует с С, В, Si, P, Se, Те, Н2О, СО, СО2, NO, HCI, H2S.

Химически чистый тантал исключительно устойчив к действию жидких щелочных металлов, большинства неорганических и органических кислот, а также многих других агрессивных сред (за исключением расплавленных щелочей).

В отношении химической устойчивости к реагентам, тантал подобен стеклу. Тантал нерастворим в кислотах и их смесях, его не растворяет даже царская водка. Растворим только в смеси плавиковой и азотной кислот. Реакция с плавиковой кислотой идет только с пылью металла и сопровождается взрывом. Очень устойчив к воздействию серной кислоты любой концентрации и температуры, устойчив в обескислороженных расплавленных щелочных металлах и перегретых парах их -(литий, натрий, калий, рубидий, цезий-133).

Токсикология

ПДК 5 мг/м3.

Распространённость

Среднее содержание тантала (по массе):

  • в земной коре 2,5·10−4 %
  • в ультраосновных породах 1·10−6 %
  • в основных породах 4,8·10−5 %
  • в кислых породах 3,5·10−4 %
  • в полукислых породах 7·10−4 %

Нахождение в природе

В природе встречается в виде двух изотопов: 181Та (99,9877 %) и единственного стабильного ядерного изомера 180mТа (0,0123 %).

Известно около 20 собственно минералов тантала — серия колумбит — танталит, воджинит, лопарит и др. и более 60 минералов, содержащих тантал. Все они связаны с эндогенным минералообразованием. В минералах тантал всегда находится совместно с ниобием вследствие сходства их физических и химических свойств. Тантал — типично рассеянный элемент, т. к. изоморфен со многими химическими элементами. Месторождения тантала приурочены к гранитным пегматитам, карбонатитам и щелочным расслоенным интрузиям.

Получение

Основным сырьём для производства тантала и его сплавов служат танталитовые и лопаритовые концентраты, содержащие около 8 % Та2О5, 60 % и более Nb2O5. Концентраты разлагают кислотами или щелочами, лопаритовые — хлорируют. Разделение Та и Nb производят с помощью экстракции. Металлический тантал обычно получают восстановлением Ta2O5 углеродом, либо электрохимически из расплавов. Компактный металл производят вакуумно дуговой, плазменной плавкой или методом порошковой металлургии.

Применение

Первоначально использовался для изготовления проволоки для ламп накаливания. Сегодня из тантала и его сплавов изготовляют:

  • жаропрочные и коррозионностойкие сплавы;
  • коррозионно-устойчивую аппаратуру для химической промышленности, фильеры, лабораторную посуду и тигли для получения, плавки, и литья редкоземельных элементов, а так же иттрия и скандия;
  • теплообменники для ядерно-энергетических систем (тантал наиболее из всех металлов устойчив в перегретых расплавах и парах цезия-133);
  • в хирургии листы, фольгу и проволоку из тантала используют для скрепления тканей, нервов, наложения швов, изготовления протезов, заменяющих повреждённые части костей (ввиду биологической совместимости);
  • карбид тантала (температура плавления 3880 °С) применяется в производстве твёрдых сплавов (смеси карбидов вольфрама и тантала — марки с индексом ТТ, для тяжелейших условий металлообработки и ударно поворотного бурения крепчайших материалов (камень, композиты);
  • в производстве боеприпасов тантал применяется для изготовления металлической облицовки перспективных кумулятивных зарядов улучшающей бронепробиваемость;
  • тантал и ниобий используют для производства электролитических конденсаторов высокой удельной емкости (но тантал позволяет производить более качественные конденсаторы);
  • тантал используется в последние годы в качестве ювелирного металла, в связи с его способностью образовывать на поверхности прочные пленки оксида любого цвета;
  • тантал-182 используется в ядерно-физических лабораториях МВД.

Ядерный изомер тантал-180m2 накапливающийся в конструкционных материалах атомных реакторов может наряду с гафнием-178m2 служить источником гамма-лучей и энергии при разработке оружия и специальных транспортных средств.

Бериллид тантала чрезвычайно тверд и устойчив к окислению на воздухе до 1650 °C, применяется в авиакосмической технике.

Пятиокись тантала используется в атомной технике для варки стекла поглощающего гамма-излучение. Один из наиболее широко применяемых составов такого стекла: кремния двуокись — 2 %,монооксид свинца (глет) — 82 %,оксид бора — 14 %, пятиокись тантала — 2 %.

Ссылки




Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Тантал (элемент). Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .


Advertisement