Температура плавления тантала

Тантал

Тантал – особый вид металла, который относиться к группе благородных. Был открыт в далеком 1802 году, но считается молодым элементом. Несмотря на свою редкость, он широко используется не только в ювелирном деле, но и в промышленности. Особенно часто встречается в электронике — практически каждое устройство содержит его в составе.

Массовое использование этого металла началось в 40-х годах прошлого века и продолжается до сих пор. Свою популярность он обрел благодаря повышенным прочностным свойствам. При этом он имеет множество уникальных физических и химических свойств.

Физические и химические свойства

Среди физических свойств этого металла следует выделить высокую температуру плавления, которая составляет 3017 градусов Цельсия, что выделяет его среди многих аналогов. Благодаря этому его используют в тех сферах, где необходима повышенная устойчивость к экстремальным условиям. При этом к характеристикам тантала стоит отнести пластичность и твердость, сочетание которых довольно редко встречается в природе.

Температура плавления тантала 3017 °C.

Вышеупомянутые свойства тантала позволяют обрабатывать металл без особых усилий, создавать необходимые формы и размеры. Особое строение атома очень важно для создания деталей и механизмов конструкций повышенной ответственности. Тантал хорошо поддается ковке и прокату. При этом можно также успешно использовать метод холодной деформации. Следует выделить высокую теплопроводность.

Благодаря высокой плотности металл можно использовать для производства мелких шестеренок, деталей электроприборов, которые устойчивы к износу и не подвергаются разрушению после длительного периода использования.

В некоторых случаях его используют как поглотитель газа. Следует выделить электронную конфигурацию: металл имеет различные свойства электропроводности в обычном состоянии и при высоких температурах.

Соединение танталовых деталей можно проводить с помощью пайки, сварки или клепочным методом. Наиболее часто используют метод сваривания, так как качество сварного шва отличается высокой прочностью и стойкостью к физическому напряжению.

Внешний вид тантала

Среди химических свойств стоит выделить высокую устойчивость к окислению и воздействию щелочи. Однако, при расплавлении он частично подвержен воздействию щелочи. Окисление невозможно при температуре менее 250 градусов.

Химическими свойствами этот металл очень похож на стекло. Его практически невозможно растворить в кислоте, если не использовать плавиковую и азотную. Даже воздействие серной кислоты не влияет на структуру и форму металла. Возможно лишь появление небольшой пленки на поверхности. Также он не подвержен разрушению при длительном воздействии морской водой.

Нахождение в природе и производство тантала

Тантал, как химический элемент, очень редко встречается в природе, составляет всего 0,0002% от земной коры. Очень редко встречается в чистом виде, чаще всего в составе различных минералов, в соседстве с другим металлом – ниобием.

Месторождения этого элемента встречаются в многих странах. Большие месторождения встречаются во Франции, Египте, Китае и Таиланде. Но наибольшие залежи этого элемента находятся в Австралии. Тантал добывается в размерах более чем 400 тонн ежегодно. При этом потребность в его использовании постоянно растет, что связано с увеличением объема производимой электротехники с использованием данного метала. Исходя из этого, наблюдается постоянная разработка новых месторождений.

В нашей стране производство тантала сосредоточено на Соликамском магниевом заводе. Металл получают после переработки лопаритовых концентратов. В других странах используют также другие минералы, такие как рутил, стрюверит, танталит и колумбит.

Крупнейшими производителями этого металла в мире являются США, Япония и Китай. Количество мировых производителей не превышает 40 фирм. Стоимость — от 1000 долларов за кг.

Сплавы на основе тантала

Благодаря особым физическим свойствам данный металл в чистом виде очень часто используется в промышленности. Однако для повышения прочности и устойчивость к высоким температурам могут использоваться сплавы на его основе, добавляться соответствующие легирующие компоненты.

Читайте также:
Техника электросварки для начинающих

Сплавы тантала могут сохранять твердое состояние при температуре около 1700 градусов. Это необходимо при использовании соединений тантала в энергетической сфере, химической промышленности, производстве приборов повышенной точности и металлургии. Очень часто различные сплавы используются при строении космических ракет.

Тип используемых легирующих компонентов зависит от требуемых конечных свойств. Для повышения качества работ используют элементы, придающие сплаву улучшенные свойства пластичности.

Следует отметить, что очень часто тантал в сплавах используется не как основа, а как легирующий компонент. Его добавление к различным материалам позволяет добиться повышенной устойчивости к высоким температурам и коррозии.

Тантал ТАВ-10 – широко используемый сплав на основе этого металла. Его производят с добавлением вольфрама, количество которого в составе около 10%. Благодаря этому получается материал с улучшенными показателями жаропрочности. Его применяют для производства нагревательных элементов и в медицинских целях, так как его компоненты не раздражают кожный покров человека.

Применение тантала

Применение тантала не ограничивается одной сферой. Следует выделить сферы, в которых наиболее широко используются изделия из тантала:

  1. Металлургия. Практически половина этого металла используется в металлургической промышленности. Это связано с тем, что его легко использовать для создания различных сплавов, особенно антикоррозийных марок стали, устойчивых к высоким температурам. Проволоку из тантала используют в различных сферах, где требуется повышенная прочность и жаростойкость. Также широко используется карбид тантала при производстве тиглей для тугоплавких металлов.
  2. Электротехника. Около 25% применяет при производстве электротехники и электроприборов. Конденсаторы с использованием этого элемента отличаются повышенной стабильностью функционирования. Причем в случае разрушения поверхности конденсатора, образуется пленка из оксида тантала, которая защищает его. Также следует выделить такие элементы, как аноды, катоды, лампы и другие металлические детали, которые также производятся на его основе.
  3. Химическая промышленность. Пятая часть производимого объема применяется в химической отрасли. Это связано с тем, что он устойчив к воздействию большинства кислот, солей и щелочей.
  4. Медицина. Тантал в медицине применяется в таких отраслях, как костная и пластическая хирургия. Элементами из этого материала скрепляют кости для достижения повышенной прочности без раздражения органической ткани.
  5. Военная сфера. В военной сфере производят мишени из тантала и оболочку кумулятивных снарядов.
  6. Приборостроение. Этот метал применяется для производства точных приборов, контрольного оборудования и различных диафрагм, а также вакуумных приборов, так как он отличается свойством поглощения газов.
  7. Ядерная энергетика. В этой сфере металл выступает в качестве теплообменника.

Следует отметить, что сфера применения тантала ограничивается лишь малым объемом его добычи. Если объем добычи вырастет, область применения значительно расширится.

Тантал (элемент)

Танта́л / Tantalum (Ta), 73

[Xe] 4f 14 5d 3 6s 2

1,5 (шкала Полинга)

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 181 Та (99,9877 %) и радиоактивного с периодом полураспада 10 12 лет 180 Та (0,0123 %).

Читайте также:
Пылеулавливатель своими руками

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

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.
Читайте также:
Как положить плитку на балконе своими руками

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 %.

ТАНТАЛ — твёрдый, редкий и дорогой

История мифологического Тантала похожа на историю открытия героя нашей статьи.

История

Тантал — металл не только редкий, но и трудноуловимый. Шведский химик Экеберг, исследуя образец руды, открыл новый элемент и назвал его танталом. Окисел металла был очень устойчивым, он словно не мог «напиться» кислотой — так же, как его тезка не мог напиться, стоя по горло в воде.

Однако оказалось, что это была смесь нового элемента с ниобием.

Чистый элемент удалось выделить только через 40 лет.

Свойства

Тантал (Tantalum, обозначается в формулах Ta) относится к тяжелым металлам.

Характеристики:

  1. Цвет «свежего» металла голубовато-серебристый; на воздухе быстро покрывается окисной пленкой пентаоксида тантала.
  2. Высокая тугоплавкость (3017 °С); более высокая температура плавления только у вольфрама и рения.
  3. Парамагнитен.
  4. Высокая пластичность сохраняется до -198°С.
  5. Структура кристаллической решетки объемноцентрированная, кубическая.

Химические свойства:

  1. Устойчив к воздействию сильных кислот (серной, азотной, соляной). Упрямый металл «игнорирует» даже «царскую водку».
  2. Менее устойчив к воздействию щелочей.
  3. Защитная пленка Ta2O5 (это единственный стабильный окисел) препятствует коррозии.
  4. Тантал уступает воздействию концентрированной H2SO4, фтору и его соединениям.

Наш герой — отличный газопоглотитель.

Свойства атома
Название, символ, номер Танта́л / Tantalum (Ta), 73
Атомная масса
(молярная масса)
180,94788(2)[1] 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[2]
Степени окисления 5
Энергия ионизации
(первый электрон)
760,1 (7,88) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 16,65[3] г/см³
Температура плавления 3290 K (3017 °C)[3]
Температура кипения 5731 K (5458 °C)[3]
Уд. теплота плавления 24,7 кДж/моль
Уд. теплота испарения 758 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 25,39[4] 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

Сплавы

В основном покупают чистый тантал, но есть в продаже и сплавы.

В их состав входят гафний, ниобий, вольфрам, молибден. Такие сплавы по структуре аналогичны ниобиевым однофазным сплавам.

Больше всего в промышленности востребован сплав с вольфрамом (ТВ-5, ТВ-10, ТВ-15).

Сплавы из карбидов тантала (химическая формула Ta4HfC5) и вольфрама незаменимы для бурения самых твердых пород.

Плюсы и минусы

Достоинства Недостатки
Исключительно стойкий к коррозии в химически агрессивных средах Редкоземельный металл (для получения тонны танталового концентрата нужно «перелопатить» до 3000 тонн минералов).

Минералы, производство

Наш элемент — металл редкий, в природе встречается в виде танталовой руды (общая формула (Fe,Mn) [(Nb,Ta)O3]2.

Предварительный этап для любого способа — получение концентратов из руды.

Есть несколько способов получения чистого продукта:

  1. Карботермический метод.
  2. Na-термическое восстановление из фторидов.
  3. Al-термический метод.
  4. Методом электролиза.
  • порошок;
  • проволока;
  • прутки;
  • фольга;
  • листы.

Применение

Востребованной продукцией из метала и его сплавов являются:

  1. Теплообменники для атомной промышленности.
  2. Лабораторная посуда (тигли) для химической промышленности.
  3. ВПК — облицовка для кумулятивных снарядов.
  4. Ювелирная промышленность использует оксидные танталовые пленки на своих изделиях.
  5. Изотоп Та182 применяют в работе ядерные физики.

Сплавы находят применение в радиоэлектронике, электровакуумной промышленности для изготовления сухих электролитических конденсаторов, в нагревателях вакуумных печей. Востребованы в химическом аппаратостроении.

Тантал — идеальный материал для медицины. Танталовыми нитями сшивают разрывы тканей в организме, они применяются в кардио-, остео-, нейрохирургии. Металл незаменим в протезировании зубов, изготовлении костных имплантов, хирургических инструментов.

Стоимость

Цена высока — 1 килограмм танталового порошка (ТаП МВ-5Б) чистотой 99, 9% стоит 25000 рублей.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Тантал – полезные свойства, особенности и опасность металла

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

  1. Что представляет собой
  2. Как был открыт и назван
  3. Физико-химические характеристики
  4. Присутствие в природе
  5. Технология получения
  6. Где используется
  7. Промышленность, ВПК
  8. Ядерный комплекс
  9. Другие сферы
  10. Предупреждение

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

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:

  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.

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.

Тантал

Тантал
Атомный номер 73
Внешний вид простого вещества
Тяжёлый 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] 4f 14 5d 3 6s 2
Химические свойства
Ковалентный радиус 134 пм
Радиус иона (+5e) 68 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1,5
Электродный потенциал
Степени окисления 5
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность 16,654 г/см³
Молярная теплоёмкость 25,39 [1] 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
Параметры решётки 3,310 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая 225,00 K
Ta 73
180,9479
4f 14 5d 3 6s 2
Тантал

Тантал —химический элемент с зарядом ядра 73, при обычных условиях — металл серого цвета (со слабым свинцовым оттенком вследствие образования плотной оксидной плёнки). 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.

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

Физические свойства

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-133).

Токсикология

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 %

Нахождение в природе

В природе встречается в виде двух изотопов: стабильного 181 Та (99,9877 %) и радиоактивного с периодом полураспада 10 12 лет 180 Та (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, так как 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%.

Металл тантал характеристики и свойства

Тантал, свойства и характеристики которого оказались поистине уникальными, в наше время получил название “умный металл”.

Немного истории

Тантал был открыт в 1802 г. Шведский химик А.Г. Экеберг изучал найденные минералы и обнаружил, что в них находится неизвестный в то время элемент, но выделить его в чистом виде он не смог. Неизвестный металл был назван в честь древнегреческого мифологического героя Тантала. На протяжении 4-х десятилетий химики ошибочно считали, что тантал и известный к тому времени ниобий — это один и тот же химический элемент. Получить его в чистом виде удалось немецким химикам в 1903 г, а в промышленных целях он начал активно использоваться в годы Второй мировой войны.

Описание и свойства тантала

В периодической таблице этот металл занимает 73-ю позицию, обозначается Ta.

При нормальных условиях имеет серебристый цвет, внешне похож на серебро и некоторые другие благородные металлы. За счет окисления в воздухе покрывается оксидной пленкой, темнеет, становится более похожим на свинец. При комнатной температуре окисление протекает очень медленно, поэтому металл долго сохраняет свой характерный цвет. Активное окисление в воздухе начинается при температуре выше 280°С.

С галогенами металл вступает в реакции при низких температурах, но сразу покрывается поверхностной пленкой, которая защищает его от дальнейших реакций по всему объему.

Температура плавления относительно высокая, составляет 3017°С. Она намного выше, чем у многих металлов. Для сравнения:

  • свинец – 327°С;
  • алюминий – 660°С;
  • латунь — до 1000°С;
  • золото – 1064°С;
  • медь – 1083°С;
  • железо – 1540°С.

Среди материалов, широко используемых в промышленности, по температуре плавления тантал уступает вольфраму, у которого эта величина равна 3420°С.

Плотность тантала равна 16700 кг/м3, этот металл намного плотнее, чем распространенные железо и медь, у которых она равна соответственно 7870 и 8940 кг/м3. По плотности его можно сравнить с золотом, плотностью которого 19320 кг/м3. Тантал обладает высокой твердостью. Несмотря на свойства, это очень пластичный металл. Материал можно раскатать до толщины 1 мкм. Такой пластичностью обладает только золото.

Прокат материала проводится без нагревания, что значительно упрощает его обработку. Механическую прочность можно повысить наклепом. При температуре ниже – 196°С свойство пластичности исчезает, металл становится хрупким.

По магнитным свойствам тантал относят к парамагнетикам. Свойства парамагнетика хорошо проявляются при температурах ниже 3420°С, затем металл становится ферромагнетиком.

Тантал обладает высочайшей устойчивостью к агрессивным действиям среды. Его не разрушает азотная кислота с концентрацией 70%. На него не действует серная кислота, нагретая до 150°С, но при повышении температуры кислоты до 200°С начинается медленное разрушение металла.

Такая антикоррозийная стойкость металла, превышающая стойкость нержавеющей стали, сделала его незаменимым в целом ряде производственных процессов.

Для выделения драгоценных металлов из растворов и расплавов их солей применяется электролиз. Но катоды, на которые осаждаются благородные металлы, при этом быстро разрушаются. Замена катодов, изготовленных из обычных металлов, на танталовые сделала процесс электролиза намного эффективнее и дешевле. Этот способ применяется и для выделения из руд редкоземельных элементов.

Тантал обладает высокой биологической совместимостью, поэтому получил широкое применение в медицине. Протезы и имплантаты из него не оказывают химического воздействия на организмы, не окисляются, поэтому организмом не отторгаются.

К хорошим проводникам электрического тока тантал отнести нельзя, его удельное сопротивление при 20°С составляет 0,13 Ом*мм²/м, оно больше, чем у железа (0,1 Ом*мм²/м). Но он обладает относительно высокой температурой перехода в состояние сверхпроводимости, она равна 4,5К. При более высокой температуре в состояние сверхпроводимости переходят ванадий (5,3К), свинец (7,2К) и его “близнец” ниобий (9,2К). Это свойство тантала сделало его востребованным в производстве сверхпроводников криотонов, используемых в электронно-вычислительной технике. В радиоэлектронике используются конденсаторы с танталовыми обкладками. Они оказались самыми эффективными, но работать могут при небольших значениях напряжения.

В военной промышленности сплавы тантала используются для увеличения пробивной способности снарядов.

В научных и военных целях радиоактивные изотопы используются для создания источников гамма-излучения. Радиоактивные изотопы входят в состав ископаемых, но в гораздо большей концентрации они содержатся в отходах, остающихся после работы ядерных реакторов.

Тантал применяется при строительстве защиты ядерных реакторов, так как это один из немногих элементов, не разрушающихся от действия паров цезия.

На поверхности режущего инструмента для придания ему особой прочности наносится карбид тантала. Такой инструмент используется для резки и сверления особо прочных материалов, при бурении глубинных скважин в твердых породах.

Тантал благодаря высочайшей прочности, устойчивости к окислению и высокой температуре плавления используется в производстве авиационных и ракетных двигателей.

Детали, изготовленные из тантала, в агрессивных средах служат на десятки лет дольше, чем изготовленные из других материалов с высокой коррозийной стойкостью.

Все физические характеристики материала можно изменять, внося в него легирующие добавки.

Добыча тантала

В земной коре тантала содержится около 0,0002%, поэтому он относится к редким элементам. Но практически во всех странах имеются месторождения его соединений. В Европе самые большие и богатые месторождения находятся во Франции, небольшие месторождения есть в большинстве стран бывшего СССР. Среди африканских стран самыми большими запасами сырья обладает Египет. Но самые крупные и богатые месторождения, известные и разработанные на сегодняшний день располагаются в Австралии.

Встречается элемент в виде собственных солей, или он входит в состав других минералов. Во втором случае ему обязательно сопутствует ниобий. Минералы могут быть стабильными и радиоактивными.

Добыча этого металла составляет 420 тонн в год. Лидирующие государства по добыче и переработке — США и ФРГ.

Из-за мирового кризиса спрос на тантал несколько снизился, но с 2010 г. опять возрос. В последнее время проводятся активные изыскательские работы. Благодаря им были открыты новые месторождения в США, Бразилии, ЮАР.

Наука

This wiki’s URL has been migrated to the primary fandom.com domain.Read more here

Тантал (элемент)

  • История
  • Обсуждение (0)

Тантал — металл серого цвета со слабым свинцовым оттенком.

Тантал / Tantalum (Ta)
Атомный номер 73
Внешний вид 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] 4f 14 5d 3 6s 2
Химические свойства
Ковалентный радиус 134 пм
Радиус иона (+5e) 68 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1,5
Электродный потенциал
Степени окисления 5
Термодинамические свойства
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
Структура решётки кубическая
объёмноцентрированая
Период решётки 3,310 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая 225,00 K

Содержание

  • 1 История
  • 2 Происхождение названия
  • 3 Физические свойства
  • 4 Химические свойства
  • 5 Токсикология
  • 6 Распространённость
  • 7 Нахождение в природе
  • 8 Получение
  • 9 Применение
  • 10 Ссылки
  • 11 Комментарии читателей:

История

Тантал открыт в 1802 г. шведским химиком А. Г. Экебергом .

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 (3000°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 другтх 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

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 %

Нахождение в природе

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

Известно около 20 собственно минералов тантала — серия колумбит — танталит, воджинит, лопарит и др. и более 60 минералов, содержащих тантал. Все они генетически 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:

  • 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 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),

Температура плавления карбида 3880 градусов Цельсия.

  • 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

  • Тантал на сайте “Webelements”
  • Тантал в Популярной библиотеке химических элементов

Периодическая система элементов

H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

bg:Тантал (химичен елемент) bs:Tantal ca:Tàntal co:Tantaliu cs:Tantal da:Tantal de:Tantal el:Ταντάλιο en:Tantalum eo:Tantalo es:Tántalo (elemento) et:Tantaal fi:Tantaali fr:Tantale (chimie) he:טנטלום hr:Tantal (element) hu:Tantál id:Tantalum io:Tantalo is:Tantal it:Tantalio ja:タンタル jbo:jinmrtantalu ko:탄탈럼 ku:Tantal la:Tantalum lb:Tantal lt:Tantalas lv:Tantāls nl:Tantalium nn:Tantal no:Tantal pl:Tantal (pierwiastek) pt:Tantálio ro:Tantal sh:Tantalijum simple:Tantalum sk:Tantal sl:Tantal (element) sr:Тантал sv:Tantal th:แทนทาลัม tr:Tantal uk:Тантал (хімічний елемент) vi:Tantali zh:钽

Выделить Тантал (элемент) и найти в:

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
gmnu-nazarovo.ru
Добавить комментарий

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