- Тантал (элемент)
-
73 Гафний ← Тантал → Вольфрам Внешний вид простого вещества Свойства атома Имя, символ, номер Танта́л / Tantalum (Ta), 73
Атомная масса
(молярная масса)Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d3 6s2
Радиус атома 149 пм
Химические свойства Ковалентный радиус 134 пм
Радиус иона (+5e) 68 пм
Электроотрицательность 1,5 (шкала Полинга)
Электродный потенциал 0
Степени окисления 5
Энергия ионизации
(первый электрон)Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у.) 16,654 г/см³
Температура плавления 3290 K, 3017 °C
Температура кипения 5731 K, 5458 °C
Теплота плавления 24,7 кДж/моль
Теплота испарения 758 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 25,39[1] Дж/(K·моль)
Молярный объём Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки кубическая
объёмноцентрированаяПараметры решётки 3,310 Å
Температура Дебая 225,00 K
Прочие характеристики Теплопроводность (300 K) 57,5 Вт/(м·К)
73 ТанталTa180,9484f145d36s2 Танта́л — химический элемент с зарядом ядра 73, при обычных условиях — металл серого цвета (со слабым свинцовым оттенком вследствие образования плотной оксидной плёнки).
Содержание
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.
Нахождение в природе
В природе встречается в виде двух изотопов: стабильного 181Та (99,9877 %) и радиоактивного с периодом полураспада 1012 лет 180Та (0,0123 %).
Известно около 20 собственно минералов тантала — серия колумбит — танталит, воджинит, лопарит, манганотанталит и другие, а также 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, так как изоморфен со многими химическими элементами. Месторождения тантала приурочены к гранитным пегматитам, карбонатитам и щелочным расслоенным интрузиям.
Месторождения
Самые крупные месторождения танталовых руд находятся во Франции, Египте, Таиланде, Китае[2].
Также есть месторождения танталовых руд в Мозамбике, Австралии, Нигерии[2].
Крупнейшее мировое месторождение танталовых руд Гринбушес расположено в Австралии в штате Западная Австралия в 250 км к югу от Перта[3].
Происхождение названия
Элемент назван по имени героя древнегреческой мифологии Тантала, из-за трудностей его получения в чистом виде.
Физические свойства
Обладает высокой температурой плавления (3017 °C), температура кипения 5458 °C, цвет в чистом виде серо-стальной, плотность 16,6, несмотря на твёрдость 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, HCl, 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).
Токсикология
ПДК 5 мг/м³.
Распространённость
Среднее содержание тантала (по массе):
- в земной коре 2,4·10−4 %
- 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 %
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.
Стоимость
Стоимость тантала — 1800—2500$ за 1 кг (сентябрь 2011)[4]. Особо чистый тантал (от 99,985 %) имеет цену порядка 4500$ за 1 кг[5].
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 также иттрия и скандия;
- теплообменники для ядерно-энергетических систем (тантал наиболее из всех металлов устойчив в перегретых расплавах и парах цезия);
- 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 °C) 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 %.
См. также
- Колумбит-танталит (колтан)
Примечания
- ↑ Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 494. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8
- ↑ 1 2 Месторождение ниобия и тантала
- ↑ Большая Российская энциклопедия: В 30 т. / Председатель науч.-ред. совета Ю. С. Осипов. Отв. ред С. Л. Кравец. Т. 8. Григорьев — Динамика. — М.: Большая Российская энциклопедия, 2007. — 767 с.: ил.: карт.
- ↑ Infogeo.ru/metalls. Цветные металлы. Рынки, цены, тенденции. Аналитика.
- ↑ Tantalum Element Facts
Ссылки
Тантал (элемент) на Викискладе? - Тантал на сайте «Webelements»
- Тантал в Популярной библиотеке химических элементов
- Тантал и его соединения
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 H He 2 Li Be B C N O F Ne 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo Щелочные металлы Щёлочноземельные металлы Лантаноиды Актиноиды Переходные металлы Другие металлы Металлоиды Другие неметаллы Галогены Инертные газы Антимонид тантала (Ta5Sb4) • Борид тантала (TaB2) • Бромид тантала(II) (TaBr2) • Бромид тантала(III) (TaBr3) • Бромид тантала(V) (TaBr5) • Гептафторотанталат(V) калия (K2[TaF7]) • Иодид тантала(IV) (TaI4) • Иодид тантала(V) (TaI5) • Карбид тантала (TaC) • Карбид тантала-гафния (Ta4HfC5) • Нитрид тантала (TaN) • Нитрид тантала(V) (Ta3N5) • Оксид тантала(I) (Ta2O) • Оксид тантала(II) (TaO) • Оксид тантала(III) (Ta2O3) • Оксид тантала(IV) (TaO2) • Оксид тантала(V) (Ta2O5) • Окситрибромид тантала(V) (TaOBr3) • Окситрихлорид тантала(V) (TaOCl3) • Сульфид тантала(IV) (TaS2) • Фторид тантала(III) (TaF3) • Фторид тантала(V) (TaF5) • Хлорид тантала(II) (TaCl2) • Хлорид тантала(III) (TaCl3) • Хлорид тантала(IV) (TaCl4) • Хлорид тантала(V) (TaCl5)
Категории:- Химические элементы
- Соединения тантала
- Металлы
- Тантал (элемент)
Wikimedia Foundation. 2010.