Tantal (grundämne)

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 13 augusti 2022; verifiering kräver 1 redigering .

Tantal
←  Hafnium | Volfram  →
73 Obs ↑ Ta ↓ Db 73 Ta
Utseendet av en enkel substans
Prov av kristallint tantal
Atomegenskaper
Namn, symbol, nummer	Tantal / Tantal (Ta), 73
Grupp , punkt , block	5 (föråldrad 5), 6, d-element
Atommassa ( molmassa )	180.94788(2) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[Xe] 6s 2 4f 14 5d 3 .
Elektroner i skal	2, 8, 18, 32, 11, 2
Atomradie	149 pm
Kemiska egenskaper
kovalent radie	134  pm
Jonradie	(+5e) 68  pm
Elektronnegativitet	1,5 (Pauling-skala)
Elektrodpotential	−1,12 [2]
Oxidationstillstånd	+5
Joniseringsenergi (första elektron)	760,1 (7,88)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiska egenskaper hos ett enkelt ämne
Densitet (vid ej )	16,65 [3]  g/cm³
Smält temperatur	3290 K (3017 °C) [3]
Koktemperatur	5731 K (5458 °C) [3]
Oud. fusionsvärme	24,7 kJ/mol
Oud. avdunstningsvärme	758 kJ/mol
Molär värmekapacitet	25,39 [4]  J/(K mol)
Molar volym	10,9  cm³ / mol
Kristallgittret av en enkel substans
Gallerstruktur	Kubisk kropp centrerad
Gitterparametrar	3.310  Å
Debye temperatur	225,00  K
Andra egenskaper
Värmeledningsförmåga	(300 K) 57,5 ​​W/(m K)
CAS-nummer	7440-25-7
Emissionsspektrum

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

Tantal ( kemisk symbol  - Ta , från lat.  Tantal ) är ett kemiskt element i den 5:e gruppen (enligt den föråldrade klassificeringen  - en sidoundergrupp av den femte gruppen, VB) i den sjätte perioden av det periodiska systemet av kemiska element av D. I. Mendelejev , med atomnummer 73.

Under standardförhållanden är tantal  en lysande övergångsmetall [ 4] av silvervit färg (med en lätt blyfärg (blåaktig) på grund av bildandet av en tät oxidfilm ).

Historik

Tantal upptäcktes 1802 av den svenske kemisten A. G. Ekeberg i två mineraler som finns i Finland och Sverige . Det gick dock inte att isolera den i sin rena form. På grund av svårigheten att erhålla detta element, döptes det efter hjälten från den antika grekiska mytologin  - kung Tantalus .

Därefter ansågs tantal och "columbium" ( niob ) vara identiska. Först 1844 bevisade den tyske kemisten Heinrich Rose att mineralet kolumbit-tantalit innehåller två olika grundämnen - niob och tantal.

Metalliskt tantal av plast erhölls först av den tyske vetenskapsmannen W. Bolton 1903.

Den första industriella tantalstaven erhölls 1922, medan den inte översteg storleken på ett tändstickshuvud. Sedan började elementet användas i likriktare och radiorör. Aktiv produktion av tantal sattes in i slutet av andra världskriget.

Att vara i naturen

Tantal är en sällsynt metall, i jordskorpan står den för 0,0002%. Cirka 20 inhemska tantalmineraler är kända - en serie av columbite-tantalite , wojinite , loparite , manganotantalite och andra, såväl som mer än 60 mineraler som innehåller tantal. Alla är förknippade med endogen mineralbildning . I mineraler finns tantal alltid tillsammans med niob på grund av likheten mellan deras fysikaliska och kemiska egenskaper. Tantal är ett typiskt dispergerat grundämne, eftersom det är isomorft med många kemiska grundämnen. Avlagringar av tantal är begränsade till granitiska pegmatiter, karbonater och alkaliska skiktade intrång.

Insättningar

De största fyndigheterna av tantalmalmer finns i Frankrike , Egypten , Thailand [4] , Kina . Det finns också fyndigheter av tantalmalmer i Moçambique , Australien , Nigeria , Kanada , Brasilien , CIS , DRC , Malaysia [4] . I Ryssland finns det tantalavlagringar i Murmansk-regionen , östra Sibirien , Transbaikalia och Yakutia [5] .

Världens största fyndighet av tantalmalmer, Greenbushes , ligger i Australien i delstaten Western Australia , 250 km söder om Perth [6] .

Fysiska egenskaper

Den fullständiga elektroniska konfigurationen av tantalatomen är: 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 .

Tantal har en hög smältpunkt  - 3290  K ( 3017 ° C ); kokar vid 5731  K ( 5458 °C ) [3] . Densiteten av tantal är 16,65 g/cm 3 [3] . Trots sin höga smältpunkt är tantal lika formbart som guld . Ren tantal lämpar sig väl för bearbetning, stämplas lätt, rullas till tråd och de tunnaste arken med en tjocklek på hundradels millimeter. Blir inte spröd även vid flytande kvävetemperatur (−196 °C). I närvaro av föroreningar (kol, kväve, syre, väte) försämras de mekaniska egenskaperna kraftigt, vilket gör problemet med att erhålla ultraren metall särskilt viktigt [7] . Tantal är en utmärkt getter (gasgetter), vid 800 °C kan den absorbera 740 volymer gas. Kristallgittret  är kubiskt, kroppscentrerat [4] . Den har paramagnetiska egenskaper [4] .

Vid temperaturer under 4,45 K övergår den till supraledande tillstånd [4] .

Isotoper

Kända isotoper av tantal med massatal från 155 till 190 (antalet protoner  - 73, neutroner  - från 82 till 117) och mer än 30 kärnisomerer .

Naturligt tantal består av en blandning av en stabil isotop och en stabil isomer: 181 Ta (99,9877%) och 180m Ta (0,0123%). Den senare är en extremt stabil isomer (exciterat tillstånd) av 180 Ta-isotopen, med en halveringstid på drygt 8 timmar [8] .

Kemiska egenskaper

Under normala förhållanden är tantal inaktivt, det oxiderar i luften endast vid temperaturer över 280 ° C och blir täckt av en oxidfilm av Ta 2 O 5 ; reagerar med halogener vid temperaturer över 250 °C . Vid upphettning reagerar den med C , B , Si , P , Se , Te , H 2 O , CO , CO 2 , NO , HCl , H 2 S.

Kemiskt ren tantal är exceptionellt resistent mot flytande alkalimetaller , de flesta oorganiska och organiska syror och många andra aggressiva medier (med undantag för smälta alkalier).

När det gäller kemisk resistens mot reagens liknar tantal glas. Tantal är olösligt i syror och deras blandningar, förutom en blandning av fluorvätesyra och salpetersyra ; inte ens regenvatten löser det . Reaktionen med fluorvätesyra sker endast med metalldamm och åtföljs av en explosion . Den är mycket resistent mot svavelsyra oavsett koncentration och temperatur (vid 200 °C korroderar metallen i syra med endast 0,006 millimeter per år) [9] , stabil i deoxygenerade smälta alkalimetaller och deras överhettade ångor (litium, natrium, kalium ) rubidium, cesium).

Toxikologi

MPC 5 mg/m³ .

Prevalens

Medelhalt av tantal (i massa):

• i jordskorpan 2,5⋅10 −4  % [4]
• i ultramafiska bergarter 1⋅10 −6  %
• i grundläggande bergarter 4,8⋅10 −5  %
• i sura bergarter 3,5⋅10 −4  %
• i halvsura bergarter 7⋅10 −4  %

Får

De huvudsakliga råvarorna för framställning av tantal och dess legeringar är tantalit- och loparitkoncentrat innehållande cirka 8 % Ta 2 O 5 , samt 60 % eller mer Nb 2 O 5 . Koncentrat sönderdelas av syror eller alkalier, loparitkoncentrat kloreras. Separationen av Ta och Nb utförs genom extraktion . Tantalmetall erhålls vanligtvis genom reduktion av Ta 2 O 5 med kol , eller elektrokemiskt från smältor. Kompakt metall framställs genom vakuumbåge, plasmasmältning eller pulvermetallurgi .

För att få 1 ton tantalkoncentrat är det nödvändigt att bearbeta upp till 3 000 ton malm.

Kostnad

Kostnaden för tantal är cirka 218  USD per 1 kg (september 2019) [10] . Speciellt ren tantal (från 99,985%) har ett pris på cirka 3585 dollar per 1 kg [11] .

Applikation

Den användes ursprungligen för att tillverka tråd för glödlampor. Idag används tantal och dess legeringar för att göra:

• värmebeständiga och korrosionsbeständiga legeringar;
• korrosionsbeständig utrustning för den kemiska industrin, spinndysor , laboratorieglasvaror och deglar för att erhålla, smälta och gjuta sällsynta jordartsmetaller, samt yttrium och skandium ;
• värmeväxlare för kärnkraftssystem (tantal är den mest stabila av alla metaller i överhettade smältor och cesiumånga );
• vid kirurgi används tantalark , folie och tråd för att fästa vävnader, nerver, suturering, göra proteser som ersätter skadade bendelar (på grund av biologisk kompatibilitet), framställning av ortopediska elektreter [12] ;
• tantaltråd används i kryotroner  - supraledande element installerade i datorteknik;
• vid tillverkning av ammunition används tantal för att tillverka metallfoder av avancerade laddningar, vilket förbättrar pansarpenetrationen ;
• tantal och niob används för att tillverka elektrolytiska kondensatorer (högre kvalitet än aluminiumelektrolytiska kondensatorer, men designade för lägre spänning);
• tantal har använts de senaste åren som smyckesmetall, på grund av dess förmåga att bilda hållbara oxidfilmer av vackra regnbågsfärger på ytan;
• US Bureau of Standards och International Bureau of Weights and Measures of France använder tantal istället för platina för att göra analytiska vikter med hög precision;
• Tantalberyllid är extremt hårt och motståndskraftigt mot oxidation i luft upp till 1650 ° C , som används inom flygteknik;
• Tantalkarbid (smältpunkt 3880 °C , hårdhet nära diamantens) används vid tillverkning av hårda legeringar  - en blandning av volfram- och tantalkarbider (TT-indexkvaliteter), för de svåraste metallbearbetningsförhållandena och slagborrning av starkaste material (sten, kompositer) och appliceras även på munstycken, munstycken av raketer;
• Tantal(V)oxid används inom kärnteknik för att smälta glas som absorberar gammastrålning . En av de mest använda kompositionerna av sådant glas: kiseldioxid - 2%, blymonoxid (litharge) - 82%, boroxid - 14%, tantalpentoxid - 2%;
• i numismatik. Sedan 2006 har Kazakstans centralbank gett ut bimetall- minnesmynt på 100 och 500 tenge från silver och tantal.

Se även

• Columbite-tantalit

Anteckningar

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. Grundämnenas atomvikter 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 . Arkiverad från originalet den 5 februari 2014.
2. ↑ Eldfasta och legeringselement  (ryska)  ? . chem21. Tillträdesdatum: 2019-29-01.  (obestämd)
3. ↑ 1 2 3 4 5 Tantal: fysikaliska  egenskaper . WebElements. Hämtad 17 augusti 2013. Arkiverad från originalet 2 januari 2010.
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Chemical Encyclopedia: i 5 ton / Utg.: N. S. Zefirov (chefredaktör). - M . : Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4. - S. 494. - 639 sid. — 20 000 exemplar.  - ISBN 5-85270-039-8.
5. ↑ Den magnifika åtta . Sällsynta jordarter . Hämtad 5 juli 2020. Arkiverad från originalet 25 februari 2020. (obestämd)
6. ↑ Great Russian Encyclopedia: I 30 volymer / Ordförande i den vetenskapliga redaktionen. Rådet Yu. S. Osipov. Rep. ed. S. L. Kravets. T. 8. Grigoriev - Dynamik. - M .: Great Russian Encyclopedia, 2007. - 767 s.: ill.: maps.
7. ↑ G. N. Fadeev. Femte vertikal. - Moskva: Utbildning, 1985. - S. 173. - 191 sid.
8. ↑ Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH NUBASE-utvärderingen av kärn- och sönderfallsegenskaper  // Kärnfysik A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
9. ↑ Venetsky S. I. Born in pain // Sagor om metaller. - M . : Metallurgi, 1979. - S. 167. - 240 sid. — 60 000 exemplar.
10. ↑ Tantal, USD/kg världsmarknadspris . infogeo.ru. Hämtad 17 augusti 2013. Arkiverad från originalet 4 september 2013. (obestämd)
11. ↑ Tantalelementfakta  . _ Chemicool.com. Hämtad 17 augusti 2013. Arkiverad från originalet 7 augusti 2013.
12. ↑ Aleksandrova S. A., Aleksandrova O. I., Khomutov V. P., Morgunov M. S., Blinova M. I. Effekt av ett elektriskt fält av en elektret baserad på anodisk tantaloxid på differentieringsegenskaperna hos benmärgsstromaceller hos en patient med cytooartros //. - 2018. - Nr 60(12). - S. 987-995.

Länkar

• Tantal på Popular Library of Chemical Elements

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska Stor norsk Stor ryss Brockhaus och Efron kanadensisk Litet Brockhaus och Efron Britannica (online) Treccani Universalis Universalis
I bibliografiska kataloger	GND : 4059023-9 J9U : 987007558428505171 LCCN : sh85132346 NDL : 00572700

Periodiskt system av kemiska element av D. I. Mendeleev

ett 2                             3 fyra 5 6 7 åtta 9 tio elva 12 13 fjorton femton 16 17 arton ett H   han 2 Li Vara   B C N O F Ne 3 Na mg   Al Si P S Cl Ar fyra K Ca   sc Ti V Cr Mn Fe co Ni Cu Zn Ga Ge Som Se Br kr 5 Rb Sr   Y Zr Obs Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD I sn Sb Te jag Xe 6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm sm Eu Gd Tb Dy Ho Eh Tm Yb Lu hf Ta W Re Os Ir Pt Au hg Tl Pb Bi Po På Rn 7 Fr Ra AC Th Pa U Np Pu Am centimeter bk jfr Es fm md Nej lr RF Db Sg bh hs Mt Ds Rg Cn Nh fl Mc Lv Ts Og   alkaliska metaller alkaliska jordartsmetaller Lantanider Aktinider övergångsmetaller lättmetaller _ Halvmetaller icke-metaller Halogener ädelgaser

Tantalföreningar _

Tantalantimonid (Ta 5 Sb 4 ) Tantal(II)bromid ( TaBr2 ) Tantal(III)bromid ( TaBr3 ) Tantal(V)bromid ( TaBr5 ) Hexafluortantalsyra (H[TaF 6 ]) Kaliumheptafluortantalat (V) (K 2 [TaF 7 ]) Tantaldiborid (TaB 2 ) Tantal(IV)jodid ( Tal4 ) Tantal(V)jodid ( Tal5 ) Tantalkarbid (TaC) Tantal hafniumkarbid (Ta 4 HfC 5 ) Tantalnitrid (TaN) Tantal(V ) nitrid ( Ta3N5 ) Kaliumoxihexafluortantalat (K 3 [TaOF 6 ]) Tantal(I)oxid ( Ta2O ) Tantal(II)oxid (TaO) Tantal(III)oxid (Ta 2 O 3 ) Tantal(IV)oxid ( TaO2 ) Tantal(V)oxid (Ta 2 O 5 ) Tantal(V)oxitribromid ( TaOBr3 ) Tantal(V) oxitriklorid ( TaOCl3 ) Tantal(IV)sulfid ( TaS2 ) Tantal(III)fluorid (TaF 3 ) Tantal(V)fluorid (TaF 5 ) Tantal(II)klorid ( TaCl2 ) Tantal(III)klorid ( TaCl3 ) Tantal(IV)klorid ( TaCl4 ) Tantal(V)klorid ( TaCl5 )