Тантал (элемент)
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
| 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 |
| 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 |
| Период решётки | 3,310 Å |
| Отношение c/a | n/a |
| Температура Дебая | 225,00 K |
Тантал - химический элемент с зарядом ядра 73, при обычных условиях - металл серого цвета (со слабым свинцовым оттенком вследствие образования плотной оксидной плёнки).
Содержание |
[править] 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.
[править] Происхождение названия
Элемент назван по имени героя древнегреческой мифологии Тантала, из-за трудностей его получения в чистом виде.
[править] Физические свойства
Обладает высокой температурой плавления (2996°С), цвет в чистом виде серо-стальной, плотность 16,6, несмотря на твердость пластичен, как золото.
[править] 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).
[править] Токсикология
ПДК 5 мг/м3.
[править] 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 %
[править] 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.
[править] 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.
[править] 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 %.
[править] 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
[править] Ссылки
 |
Тантал (элемент) на Викискладе? |
|---|
