Tantal (element)

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 13 august 2022; verificarea necesită 1 editare .

Tantal
←  Hafniu | Tungsten  →
73 Nb ↑ Ta ↓ Db 73 Ta
Aspectul unei substanțe simple
Probă de tantal cristalin
Proprietățile atomului
Nume, simbol, număr	Tantal / Tantal (Ta), 73
Grup , punct , bloc	5 (învechit 5), 6, element d
Masa atomica ( masa molara )	180,94788(2) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Configuratie electronica	[Xe] 6s 2 4f 14 5d 3 .
Electroni în cochilii	2, 8, 18, 32, 11, 2
Raza atomului	ora 149
Proprietăți chimice
raza covalentă	ora 134
Raza ionică	(+5e) 68  pm
Electronegativitatea	1,5 (scara Pauling)
Potențialul electrodului	−1,12 [2]
Stări de oxidare	+5
Energia de ionizare (primul electron)	760,1 (7,88)  kJ / mol  ( eV )
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple
Densitate (la n.a. )	16,65 [3]  g/cm³
Temperatură de topire	3290 K (3017 °C) [3]
Temperatura de fierbere	5731 K (5458 °C) [3]
Oud. căldură de fuziune	24,7 kJ/mol
Oud. căldură de evaporare	758 kJ/mol
Capacitate de căldură molară	25,39 [4]  J/(K mol)
Volumul molar	10,9  cm³ / mol
Rețeaua cristalină a unei substanțe simple
Structura de zăbrele	Corp cubic centrat
Parametrii rețelei	3,310  Å
Debye temperatura	225,00  K
Alte caracteristici
Conductivitate termică	(300 K) 57,5 ​​W/(m K)
numar CAS	7440-25-7
Spectrul de emisie

73	Tantal
Ta180,9489
4f 14 5d 3 6s 2

Tantalul ( simbol chimic  - Ta , din lat.  Tantal ) este un element chimic al grupului a 5-a (conform clasificării învechite  - un subgrup lateral al celui de-al cincilea grup, VB) din a șasea perioadă a sistemului periodic de elemente chimice din D. I. Mendeleev , cu număr atomic 73.

În condiții standard, tantalul este un metal de tranziție  strălucitor [4] de culoare alb-argintie (cu o ușoară nuanță de plumb (albăstrui) datorită formării unui film dens de oxid ).

Istorie

Tantalul a fost descoperit în 1802 de chimistul suedez A. G. Ekeberg în două minerale găsite în Finlanda și Suedia . Cu toate acestea, nu a fost posibil să-l izolăm în forma sa pură. Datorită dificultății de a obține acest element, a fost numit după eroul mitologiei grecești antice  - regele Tantalus .

Ulterior, tantalul și „columbiul” ( niobiul ) au fost considerate identice. Abia în 1844, chimistul german Heinrich Rose a demonstrat că mineralul columbit-tantalit conține două elemente diferite - niobiu și tantal.

Tantalul metalic din plastic a fost obținut pentru prima dată de omul de știință german W. Bolton în 1903.

Prima tijă industrială de tantal a fost obținută în 1922, în timp ce nu a depășit dimensiunea unui cap de chibrit. Apoi elementul a început să fie folosit în redresoare și tuburi radio. Producția activă de tantal a fost desfășurată chiar la sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial.

Fiind în natură

Tantalul este un metal rar, în scoarța terestră reprezintă 0,0002%. Sunt cunoscute aproximativ 20 de minerale native de tantal - o serie de columbit-tantalit , wojinit , loparit , manganotalit și altele, precum și peste 60 de minerale care conțin tantal. Toate sunt asociate cu formarea de minerale endogene . În minerale, tantalul se găsește întotdeauna împreună cu niobiul datorită asemănării proprietăților lor fizice și chimice. Tantalul este un element dispersat, deoarece este izomorf cu multe elemente chimice. Depozitele de tantal sunt limitate la pegmatite granitice, carbonatite și intruziuni stratificate alcaline.

Depozite

Cele mai mari zăcăminte de minereuri de tantal sunt situate în Franța , Egipt , Thailanda [4] , China . De asemenea, există zăcăminte de minereuri de tantal în Mozambic , Australia , Nigeria , Canada , Brazilia , CSI , RDC , Malaezia [4] . În Rusia, există zăcăminte de tantal în regiunea Murmansk , Siberia de Est , Transbaikalia și Yakutia [5] .

Cel mai mare zăcământ de minereuri de tantal din lume, Greenbushes , este situat în Australia , în statul Australia de Vest , la 250 km sud de Perth [6] .

Proprietăți fizice

Configurația electronică completă a atomului de tantal este: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 3 .

Tantalul are un punct de topire ridicat  - 3290  K ( 3017 ° C ); fierbe la 5731  K ( 5458 °C ) [3] . Densitatea tantalului este de 16,65 g/cm 3 [3] . În ciuda punctului său de topire ridicat, tantalul este la fel de maleabil ca aurul . Tantalul pur se pretează bine la prelucrare, este ușor ștanțat, rulat în sârmă și cele mai subțiri foi cu o grosime de sutimi de milimetru. Nu devine fragil chiar și la temperatura azotului lichid (−196 °C). În prezența impurităților (carbon, azot, oxigen, hidrogen), proprietățile mecanice se deteriorează brusc, ceea ce face ca problema obținerii metalului ultrapur să fie deosebit de importantă [7] . Tantalul este un excelent getter (gaz getter), la 800 °C este capabil să absoarbă 740 de volume de gaz. Rețeaua cristalină  este cubică, centrată pe corp [4] . Are proprietăți paramagnetice [4] .

La temperaturi sub 4,45 K , trece în starea supraconductoare [4] .

Izotopi

Izotopi cunoscuți ai tantalului cu numere de masă de la 155 la 190 (numărul de protoni  - 73, neutroni  - de la 82 la 117) și mai mult de 30 de izomeri nucleari .

Tantalul natural constă dintr-un amestec dintr-un izotop stabil și un izomer stabil: 181 Ta (99,9877%) și 180m Ta (0,0123%). Acesta din urmă este un izomer (stare excitată) extrem de stabil al izotopului 180 Ta, cu un timp de înjumătățire de puțin peste 8 ore [8] .

Proprietăți chimice

În condiții normale, tantalul este inactiv, se oxidează în aer numai la temperaturi peste 280 ° C , devenind acoperit cu o peliculă de oxid de Ta 2 O 5 ; reacţionează cu halogenii la temperaturi peste 250 °C . Când este încălzit , reacţionează cu C , B , Si , P , Se , Te , H2O , CO , CO2 , NO , HCl , H2S .

Tantalul pur din punct de vedere chimic este excepțional de rezistent la metalele alcaline lichide , la majoritatea acizilor anorganici și organici și la multe alte medii agresive (cu excepția alcalinelor topite).

În ceea ce privește rezistența chimică la reactivi, tantalul este similar cu sticla. Tantalul este insolubil în acizi și amestecurile acestora, cu excepția unui amestec de acizi fluorhidric și acizi azotici ; nici acva regia nu o dizolva . Reacția cu acidul fluorhidric are loc numai cu praful metalic și este însoțită de o explozie . Este foarte rezistent la acid sulfuric de orice concentrație și temperatură (la 200 °C , metalul se corodează în acid cu doar 0,006 milimetri pe an) [9] , stabil în metalele alcaline topite dezoxigenate și vaporii acestora supraîncălziți (litiu, sodiu, potasiu). , rubidiu, cesiu ).

Toxicologie

MPC 5 mg/m³ .

Prevalență

Conținutul mediu de tantal (în masă):

• în scoarța terestră 2,5⋅10 −4  % [4]
• în roci ultramafice 1⋅10 −6  %
• în roci de bază 4,8⋅10 −5  %
• în roci acide 3,5⋅10 −4  %
• în roci semi-acide 7⋅10 −4  %

Obținerea

Principalele materii prime pentru producerea tantalului și a aliajelor acestuia sunt concentratele de tantalit și loparit care conțin aproximativ 8% Ta 2 O 5 , precum și 60% sau mai mult Nb 2 O 5 . Concentratele sunt descompuse de acizi sau alcaline, concentratele de loparit sunt clorurate. Separarea Ta și Nb se realizează prin extracție . Tantalul metalic este obținut de obicei prin reducerea Ta 2 O 5 cu carbon sau electrochimic din topituri. Metalul compact este produs prin arcul de vid, topirea cu plasmă sau metalurgia pulberilor .

Pentru a obține 1 tonă de concentrat de tantal, este necesar să procesați până la 3.000 de tone de minereu.

Cost

Costul tantalului este de aproximativ 218  USD pe 1 kg (septembrie 2019) [10] . Tantalul pur în special (de la 99,985%) are un preț de aproximativ 3585 de dolari per 1 kg [11] .

Aplicație

A fost folosit inițial pentru a face sârmă pentru lămpi cu incandescență. Astăzi, tantalul și aliajele sale sunt folosite pentru a produce:

• aliaje rezistente la căldură și coroziune;
• echipamente rezistente la coroziune pentru industria chimică, filiere , sticlă de laborator și creuzete pentru obținerea, topirea și turnarea elementelor din pământuri rare, precum și ytriu și scandiu ;
• schimbătoare de căldură pentru sisteme nucleare (tantalul este cel mai stabil dintre toate metalele din topituri supraîncălzite și vapori de cesiu );
• în chirurgie , foile de tantal, folie și sârmă sunt folosite pentru fixarea țesuturilor, nervilor, suturarea, realizarea de proteze care înlocuiesc părțile deteriorate ale oaselor (datorită compatibilității biologice), realizând electreți ortopedici [12] ;
• sârma de tantal este folosită în criotroni  - elemente supraconductoare instalate în tehnologia informatică;
• în producția de muniție, tantalul este folosit pentru a face căptușeală metalică din încărcături de formă avansată, ceea ce îmbunătățește penetrarea armurii ;
• tantalul și niobiul sunt folosite la fabricarea condensatoarelor electrolitice (de calitate mai înaltă decât condensatoarele electrolitice din aluminiu, dar proiectate pentru o tensiune mai mică);
• tantalul a fost folosit în ultimii ani ca metal de bijuterii, datorită capacității sale de a forma pelicule durabile de oxid de culori frumoase de curcubeu la suprafață;
• Biroul de Standarde din SUA și Biroul Internațional de Greutăți și Măsuri din Franța folosesc tantal în loc de platină pentru a face greutăți analitice standard de înaltă precizie;
• Berilida de tantal este extrem de dura și rezistentă la oxidarea în aer până la 1650 ° C , folosită în tehnologia aerospațială;
• Carbura de tantal (punct de topire 3880 °C , duritate apropiată de cea a diamantului) este utilizată în producția de aliaje dure  - un amestec de carburi de wolfram și tantal (grade indice TT), pentru cele mai dificile condiții de prelucrare a metalelor și găurirea rotativă cu percuție a cele mai puternice materiale (piatră, compozite), și, de asemenea, aplicate duzelor, duzelor de rachete;
• Oxidul de tantal (V) este utilizat în tehnologia nucleară pentru a topi sticla care absoarbe radiațiile gamma . Una dintre cele mai utilizate compoziții de astfel de sticlă: dioxid de siliciu - 2%, monoxid de plumb (litharg) - 82%, oxid de bor - 14%, pentoxid de tantal - 2%;
• în numismatică. Din 2006, Banca Națională a Kazahstanului emite monede bimetalice comemorative de 100 și 500 de tenge din argint și tantal.

Vezi și

• Columbit-tantalit

Note

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Greutăți atomice ale elementelor 2011 (Raport tehnic IUPAC  )  // Chimie pură și aplicată . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 . Arhivat din original pe 5 februarie 2014.
2. ↑ Elemente refractare și de aliere  (rusă)  ? . chem21. Data accesului: 2019-29-01.  (nedefinit)
3. ↑ 1 2 3 4 5 Tantal:  proprietăți fizice . WebElements. Consultat la 17 august 2013. Arhivat din original la 2 ianuarie 2010.
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Enciclopedia chimică: în 5 tone / Ed.: N. S. Zefirov (editor-șef). - M . : Enciclopedia Sovietică, 1995. - T. 4. - S. 494. - 639 p. — 20.000 de exemplare.  - ISBN 5-85270-039-8.
5. ↑ Cei opt magnifici . Pământuri rare . Preluat la 5 iulie 2020. Arhivat din original la 25 februarie 2020. (nedefinit)
6. ↑ Marea Enciclopedie Rusă: În 30 de volume / Președintele redacției științifice. Consiliul Yu. S. Osipov. Reprezentant. ed. S. L. Kravets. T. 8. Grigoriev - Dinamica. - M .: Marea Enciclopedie Rusă, 2007. - 767 p.: il.: hărți.
7. ↑ G. N. Fadeev. A cincea verticală. - Moscova: Educație, 1985. - S. 173. - 191 p.
8. ↑ Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties  // Nuclear Physics A . - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - Cod biblic .
9. ↑ Venetsky S. I. Născut în durere // Povești despre metale. - M . : Metalurgie, 1979. - S. 167. - 240 p. — 60.000 de exemplare.
10. ↑ Tantal, USD/kg preț pe piața mondială . infogeo.ru. Preluat la 17 august 2013. Arhivat din original la 4 septembrie 2013. (nedefinit)
11. ↑ Fapte despre elementele tantal  . Chemicool.com. Preluat la 17 august 2013. Arhivat din original la 7 august 2013.
12. ↑ Aleksandrova S. A., Aleksandrova O. I., Khomutov V. P., Morgunov M. S., Blinova M. I. Efectul unui câmp electric al unui electret bazat pe oxid de tantal anodic asupra proprietăților de diferențiere a celulelor stromale ale măduvei osoase la un pacient cu osteoartroză // Citologie. - 2018. - Nr. 60(12). - S. 987-995.

Link -uri

• Tantal la Biblioteca Populară a Elementelor Chimice

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană Mare norvegian Rusă mare Brockhaus și Efron canadian Micul Brockhaus și Efron Britannica (online) Treccani Universalis Universalis
În cataloagele bibliografice	GND : 4059023-9 J9U : 987007558428505171 LCCN : sh85132346 NDL : 00572700

Sistem periodic de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev

unu 2                             3 patru 5 6 7 opt 9 zece unsprezece 12 13 paisprezece cincisprezece 16 17 optsprezece unu H   El 2 Li Fi   B C N O F Ne 3 N / A mg   Al Si P S Cl Ar patru K Ca   sc Ti V Cr Mn Fe co Ni Cu Zn Ga GE La fel de Se Br kr 5 Rb Sr   Y Zr Nb lu Tc Ru Rh Pd Ag CD În sn Sb Te eu Xe 6 Cs Ba La Ce Relatii cu publicul Nd P.m sm UE Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb lu hf Ta W Re Os Ir Pt Au hg Tl Pb Bi Po La Rn 7 pr Ra AC Th Pa U Np Pu A.m cm bk cf Es fm md Nu lr RF Db Sg bh hs Mt Ds Rg Cn Nh fl Mc Lv Ts Og   Metale alcaline metale alcalino-pământoase Lantanide Actinide metale de tranziție metale ușoare Semimetale nemetale Halogeni gaze nobile

Compuși de tantal

Antimoniură de tantal (Ta 5 Sb 4 ) Bromură de tantal(II) ( TaBr2 ) Bromură de tantal(III) ( TaBr3 ) Bromură de tantal(V) ( TaBr5 ) Acid hexafluorotantalic (H[TaF6 ] ) Heptafluorotantalat de potasiu (V) (K 2 [TaF 7 ]) Diborura de tantal (TaB 2 ) Iodură de tantal (IV) (TaI 4 ) Iodură de tantal(V) ( TaI5 ) Carbură de tantal (TaC) Carbură de tantal hafniu (Ta 4 HfC 5 ) Nitrură de tantal (TaN) Nitrură de tantal(V) (Ta 3 N 5 ) Oxihexafluorotantalat de potasiu (K 3 [TaOF 6 ]) Oxid de tantal (I) (Ta 2 O) Oxid de tantal (II) (TaO) Oxid de tantal(III) (Ta 2 O 3 ) Oxid de tantal(IV) ( TaO2 ) Tantal(V) oxid (Ta 2 O 5 ) Oxitribromură de tantal(V) ( TaOBr3 ) Oxitriclorura de tantal(V) (TaOCl3 ) sulfură de tantal(IV) ( TaS2 ) Fluorura de tantal(III) ( TaF3 ) Fluorura de tantal(V) ( TaF5 ) Clorura de tantal(II) ( TaCl2 ) Clorura de tantal(III) ( TaCl3 ) Clorura de tantal(IV) ( TaCl4 ) Clorura de tantal(V) ( TaCl5 )