Tantál (elem)

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. augusztus 13-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

Tantál
←  Hafnium | Volfrám  →
73 Nb ↑ Ta ↓ Db 73 Ta
Egy egyszerű anyag megjelenése
Minta kristályos tantálból
Az atom tulajdonságai
Név, szimbólum, szám	Tantál / Tantál (Ta), 73
Csoport , időszak , blokk	5 (elavult 5), 6, d-elem
Atomtömeg ( moláris tömeg )	180.94788(2) [1]  a. e.m.  ( g / mol )
Elektronikus konfiguráció	[Xe] 6s 2 4f 14 5d 3 .
Elektronok a héjban	2, 8, 18, 32, 11, 2
Atom sugara	149 óra
Kémiai tulajdonságok
kovalens sugár	134  óra
Ion sugara	(+5e) 68  óra
Elektronegativitás	1,5 (Pauling skála)
Elektróda potenciál	−1,12 [2]
Oxidációs állapotok	+5
Ionizációs energia (első elektron)	760,1 (7,88)  kJ / mol  ( eV )
Egy egyszerű anyag termodinamikai tulajdonságai
Sűrűség ( n.a. )	16,65 [3]  g/cm³
Olvadási hőmérséklet	3290 K (3017 °C) [3]
Forráshőmérséklet	5731 K (5458 °C) [3]
Oud. fúzió hője	24,7 kJ/mol
Oud. párolgási hő	758 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	25,39 [4]  J/(K mol)
Moláris térfogat	10,9  cm³ / mol
Egy egyszerű anyag kristályrácsa
Rácsszerkezet	Kockatest középen
Rács paraméterei	3,310  Å
Debye hőmérséklet	225,00  K
Egyéb jellemzők
Hővezető	(300 K) 57,5 ​​W/(m K)
CAS szám	7440-25-7
Emissziós spektrum

73	Tantál
Ta180,9489
4f 14 5d 3 6s 2

A tantál ( vegyjele  - Ta , lat.  Tantál ) a D. I. kémiai elemei periodikus rendszerének hatodik periódusának 5. csoportjának kémiai eleme (az elavult besorolás szerint  - az ötödik csoport, a VB oldalsó alcsoportja) . Mengyelejev 73 - as rendszámmal .

Normál körülmények között a tantál ezüstfehér színű ( a sűrű oxidfilm képződése miatt enyhe ólom (kékes) árnyalattal)  ragyogó átmenetifém [4] .

Történelem

A tantálot 1802-ben fedezte fel A. G. Ekeberg svéd vegyész két Finnországban és Svédországban található ásványban . Tiszta formájában azonban nem lehetett elkülöníteni. Ennek az elemnek a megszerzésének nehézségei miatt az ókori görög mitológia hőséről, Tantalus  királyról nevezték el .

Ezt követően a tantál és a "kolumbium" ( nióbium ) azonosnak számított. Csak 1844-ben a német kémikus, Heinrich Rose bebizonyította, hogy a kolumbit-tantalit ásvány két különböző elemet tartalmaz - nióbiumot és tantált.

A műanyag fémes tantált először W. Bolton német tudós kapott 1903-ban.

Az első ipari tantálrudat 1922-ben szerezték be, de nem haladta meg a gyufafej méretét. Ezután az elemet egyenirányítókban és rádiócsövekben kezdték használni. A tantál aktív termelését a második világháború legvégén telepítették.

A természetben lenni

A tantál egy ritka fém, a földkéregben 0,0002%-ot tesz ki. Körülbelül 20 natív tantál ásvány ismeretes – egy sor kolumbit-tantalit , wojinit , loparit , manganotantalit és mások, valamint több mint 60 tantáltartalmú ásvány . Mindegyikük endogén ásványianyag-képződéshez kapcsolódik . Az ásványokban a tantál fizikai és kémiai tulajdonságaik hasonlósága miatt mindig a nióbiummal együtt található . A tantál tipikusan diszpergált elem, mivel sok kémiai elemmel izomorf. A tantál lerakódások gránit pegmatitokra, karbonatitra és lúgos réteges behatolásokra korlátozódnak.

Betétek

A tantálércek legnagyobb lelőhelyei Franciaországban , Egyiptomban , Thaiföldön [4] és Kínában találhatók . Tantálércek találhatók Mozambikban , Ausztráliában , Nigériában , Kanadában , Brazíliában , a FÁK -ban, a Kongói Demokratikus Köztársaságban és Malajziában [4] . Oroszországban a Murmanszki régióban , Kelet-Szibériában , Transbajkáliában és Jakutföldön találhatók tantállelőhelyek [5] .

A világ legnagyobb tantálérc-lelőhelye, a Greenbushes Ausztráliában , Nyugat-Ausztrália államban , Perthtől 250 km -re délre található [6] .

Fizikai tulajdonságok

A tantál atom teljes elektronikus konfigurációja: 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 .

A tantál olvadáspontja magas  - 3290  K ( 3017 °C ); forráspontja 5731  K ( 5458 ° C ) [3] . A tantál sűrűsége 16,65 g/cm 3 [3] . Magas olvadáspontja ellenére a tantál olyan képlékeny , mint az arany . A tiszta tantál jól megmunkálható, könnyen sajtolható, huzallá és legvékonyabb lapokká tekerhető, századmilliméter vastagságban. Még folyékony nitrogén hőmérsékleten sem válik törékennyé (-196 °C). Szennyeződések (szén, nitrogén, oxigén, hidrogén) jelenlétében a mechanikai tulajdonságok erősen romlanak, ami különösen fontossá teszi az ultratiszta fém megszerzésének problémáját [7] . A tantál kiváló getter (gáz getter), 800 °C -on 740 térfogatnyi gázt képes elnyelni . A kristályrács  köbös, testközpontú [4] . Paramágneses tulajdonságokkal rendelkezik [ 4] .

4,45 K alatti hőmérsékleten szupravezető állapotba kerül [4] .

Izotópok

A tantál ismert izotópjai 155-190 tömegszámmal (a protonok száma  - 73, a neutronok száma  - 82-117), és több mint 30 nukleáris izomer .

A természetes tantál egy stabil izotóp és egy stabil izomer keverékéből áll: 181 Ta (99,9877%) és 180 m Ta (0,0123%). Ez utóbbi a 180 Ta izotóp rendkívül stabil izomerje (gerjesztett állapota), felezési ideje valamivel több, mint 8 óra [8] .

Kémiai tulajdonságok

Normál körülmények között a tantál inaktív, levegőn csak 280 °C feletti hőmérsékleten oxidálódik, és Ta 2 O 5 oxidfilmmel borítja be ; 250 °C feletti hőmérsékleten reagál halogénekkel . Melegítéskor reakcióba lép C , B , Si , P , Se , Te , H 2 O , CO , CO 2 , NO , HCl , H 2 S .

A kémiailag tiszta tantál kivételesen ellenáll a folyékony alkálifémeknek , a legtöbb szervetlen és szerves savnak és sok más agresszív közegnek (az olvadt lúgok kivételével).

A reagensekkel szembeni kémiai ellenállás tekintetében a tantál hasonló az üveghez. A tantál nem oldódik savakban és ezek keverékeiben, kivéve a hidrogén- fluorid és a salétromsav keverékét ; még aqua regia sem oldja fel . A hidrogén-fluoriddal való reakció csak fémporral megy végbe, és robbanás kíséri . Nagyon ellenáll a kénsavnak bármilyen koncentrációban és hőmérsékleten ( 200 °C -on a fém savban csak 0,006 milliméterrel korrodál évente) [9] , stabil az oxigénmentesített olvadt alkálifémekben és azok túlhevített gőzeiben (lítium, nátrium, kálium) , rubídium, cézium).

Toxikológia

MPC 5 mg/m³ .

Prevalencia

Átlagos tantáltartalom (tömegben):

• a földkéregben 2,5⋅10 −4  % [4]
• ultramafikus kőzetekben 1⋅10 -6  %
• bázikus kőzetekben 4,8⋅10 -5  %
• savas kőzetekben 3,5⋅10 -4  %
• félsavas kőzetekben 7⋅10 −4  %

Getting

A tantál és ötvözetei előállításának fő nyersanyagai a körülbelül 8% Ta 2 O 5 tartalmú tantalit és loparit koncentrátumok , valamint 60% vagy annál több Nb 2 O 5 . A koncentrátumokat savak vagy lúgok bontják, a loparit koncentrátumokat klórozzák. A Ta és Nb elválasztása extrakcióval történik . A tantál fémet általában Ta 2 O 5 szénnel történő redukálásával vagy elektrokémiai úton olvadékból nyerik. A kompakt fémet vákuumívvel, plazma olvasztással vagy porkohászattal állítják elő .

1 tonna tantál koncentrátum előállításához legfeljebb 3000 tonna ércet kell feldolgozni.

Költség

A tantál ára körülbelül 218  dollár 1 kg - onként (2019. szeptember) [10] . Különösen a tiszta tantál (99,985%-tól) körülbelül 3585 dollár 1 kg -onként [11] .

Alkalmazás

Eredetileg izzólámpák vezetékének gyártására használták. Manapság a tantált és ötvözeteit a következők előállítására használják:

• hőálló és korrózióálló ötvözetek;
• korrózióálló berendezések a vegyipar számára, fonók , laboratóriumi üvegedények és olvasztótégelyek ritkaföldfém elemek, valamint ittrium és szkandium kinyerésére , olvasztására és öntésére ;
• nukleáris energiarendszerek hőcserélői (a túlhevített olvadékokban és céziumgőzben a tantál a legstabilabb az összes fém közül );
• a sebészetben tantállemezeket , fóliát és drótot használnak szövetek, idegek rögzítésére, varrásra, protézisek készítésére, amelyek pótolják a sérült csontrészeket (a biológiai kompatibilitás miatt), ortopédiai elektreteket [12] ;
• a tantálhuzalt kriotronokban használják  - a számítástechnikában telepített szupravezető elemeket;
• a lőszergyártás során a tantálból fejlett formájú töltetek fém bélését készítik, ami javítja a páncél áthatolását ;
• tantálból és nióbiumból elektrolitkondenzátorokat készítenek (jobb minőségűek, mint az alumínium elektrolitkondenzátorok, de alacsonyabb feszültségre tervezték);
• a tantált az utóbbi években ékszerként használták, mivel képes tartós, gyönyörű szivárványszínű oxidfilmeket képezni a felületen;
• Az Egyesült Államok Szabványügyi Hivatala és a Nemzetközi Súly- és Mértékiroda Franciaországban tantált használ platina helyett nagy pontosságú standard analitikai súlyok készítéséhez;
• A tantál -berillid rendkívül kemény és ellenáll a levegőben történő oxidációnak 1650 °C -ig , az űrtechnológiában használatos;
• A tantál-karbidot (olvadáspont 3880 °C , keménysége közel a gyémánt keménységéhez)  keményötvözetek - volfrám- és tantál-karbidok keveréke (TT-index osztályok) - előállításához használják a legnehezebb fémmegmunkálási körülményekhez és a ütős forgófúráshoz . legerősebb anyagok (kő, kompozitok), és fúvókákra, rakéták fúvókáira is alkalmazhatók;
• A tantál(V)-oxidot a nukleáris technológiában használják gamma-sugárzást elnyelő üveg olvasztására . Az ilyen üvegek egyik legszélesebb körben használt összetétele: szilícium-dioxid - 2%, ólom-monoxid (litharge) - 82%, bór-oxid - 14%, tantál-pentoxid - 2%;
• a numizmatikában. A Kazah Nemzeti Bank 2006 óta bocsát ki 100 és 500 tenge bimetál emlékérméket ezüstből és tantálból.

Lásd még

• Kolumbita-tantalit

Jegyzetek

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. Az elemek atomi tömegei 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Kt. 85 , sz. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 . Az eredetiből archiválva: 2014. február 5.
2. ↑ Tűzálló és ötvöző elemek  (orosz)  ? . chem21. Hozzáférés időpontja: 2019-01-29.  (határozatlan)
3. ↑ 1 2 3 4 5 Tantál: fizikai  tulajdonságok . WebElements. Letöltve: 2013. augusztus 17. Az eredetiből archiválva : 2010. január 2..
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Kémiai Enciklopédia: 5 tonnában / Szerk.: N. S. Zefirov (főszerkesztő). - M . : Szovjet Enciklopédia, 1995. - T. 4. - S. 494. - 639 p. — 20.000 példány.  - ISBN 5-85270-039-8.
5. ↑ A csodálatos nyolcas . Ritkaföldfémek . Letöltve: 2020. július 5. Az eredetiből archiválva : 2020. február 25. (határozatlan)
6. ↑ Nagy Orosz Enciklopédia: 30 kötetben / A tudományos-szerk. Tanács Yu. S. Osipov. Ismétlés. szerk. S. L. Kravets. T. 8. Grigorjev - Dinamika. - M .: Nagy Orosz Enciklopédia, 2007. - 767 p.: ill.: térképek.
7. ↑ G. N. Fadeev. Ötödik függőleges. - Moszkva: Oktatás, 1985. - S. 173. - 191 p.
8. ↑ Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH A NUBASE értékelése a nukleáris és bomlási tulajdonságokról  // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
9. ↑ Venetsky S. I. Fájdalomban született // Mesék a fémekről. - M . : Kohászat, 1979. - S. 167. - 240 p. — 60.000 példány.
10. ↑ Tantál, USD/kg világpiaci ár . infogeo.ru. Letöltve: 2013. augusztus 17. Az eredetiből archiválva : 2013. szeptember 4.. (határozatlan)
11. ↑ Tények a tantál elemről  . Chemicool.com. Letöltve: 2013. augusztus 17. Az eredetiből archiválva : 2013. augusztus 7..
12. ↑ Aleksandrova S. A., Aleksandrova O. I., Khomutov V. P., Morgunov M. S., Blinova M. I. Az anódos tantál-oxidon alapuló elektrét elektromos mezőjének hatása a csontvelői stromasejtek differenciációs tulajdonságaira osteoarthrosisban szenvedő betegben // Citológia. - 2018. - 60. (12) sz. - S. 987-995.

Linkek

• Tantál a Kémiai Elemek Népszerű Könyvtárában

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy katalán Nagy norvég Nagy orosz Brockhaus és Efron kanadai Kis Brockhaus és Efron Britannica (online) Treccani Universalis Universalis
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4059023-9 J9U : 987007558428505171 LCCN : sh85132346 NDL : 00572700

D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszere

egy 2                             3 négy 5 6 7 nyolc 9 tíz tizenegy 12 13 tizennégy tizenöt 16 17 tizennyolc egy H   Ő 2 Li Lenni   B C N O F Ne 3 Na mg   Al Si P S Cl Ar négy K kb   sc Ti V Kr Mn Fe co Ni Cu Zn Ga Ge Mint Se Br kr 5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD Ban ben sn Sb Te én Xe 6 Cs Ba La Ce Pr Nd Délután sm Eu Gd Tuberkulózis Dy Ho Er Tm Yb Lu HF Ta W Újra Os Ir Pt Au hg Tl Pb Kettős Po Nál nél Rn 7 Fr Ra AC Th Pa U Np Pu Am cm bk vö Es fm md nem lr RF Db Sg bh hs Mt Ds Rg Cn Nh fl Mc Lv Ts Og   alkálifémek alkáliföldfémek Lantanidész aktinidák átmeneti fémek könnyűfémek _ Félfémek nem fémek Halogének nemesgázok

Tantál vegyületek

Tantál antimonid (Ta 5 Sb 4 ) Tantál(II)-bromid (TaBr 2 ) Tantál(III)-bromid (TaBr 3 ) Tantál(V)-bromid (TaBr 5 ) Hexafluor-tantálsav (H[TaF 6 ]) Kálium-heptafluor-tantalát (V) (K 2 [TaF 7 ]) Tantál-diborid (TaB 2 ) Tantál(IV)-jodid (TaI 4 ) Tantál(V)-jodid (TaI 5 ) Tantál-karbid (TaC) Tantál-hafnium-karbid (Ta 4 HfC 5 ) Tantál-nitrid (TaN) Tantál(V)-nitrid (Ta 3 N 5 ) Kálium-oxi-hexafluor-tantalát (K 3 [TaOF 6 ]) Tantál(I)-oxid (Ta 2 O) Tantál(II)-oxid (TaO) Tantál(III)-oxid (Ta 2 O 3 ) Tantál(IV)-oxid (TaO 2 ) Tantál(V)-oxid (Ta 2 O 5 ) Tantál(V)-oxi -tribromid ( TaOBr3 ) Tantál(V) -oxi-triklorid (TaOCl 3 ) Tantál(IV)-szulfid (TaS 2 ) Tantál(III)-fluorid (TaF 3 ) Tantál(V)-fluorid (TaF 5 ) Tantál(II)-klorid (TaCl 2 ) Tantál(III)-klorid (TaCl 3 ) Tantál(IV)-klorid (TaCl 4 ) Tantál(V)-klorid (TaCl 5 )