Тантал (Ta): характеристики, получаване, история

О тантал е метал от група 5 на периодичната таблица, атомно число 73. Има голямо химическо сходство с ниобий (Nb), елемент точно по-горе в неговата група. Приликата е толкова голяма, че в продължение на шест десетилетия се смяташе, че те са един и същ елемент.

Той се откроява със своята голяма химическа инерция, механична устойчивост, в допълнение към високата си точка на топене (третата най-висока сред металите на Периодичната таблица). Танталовият оксид се откроява с отличните си електрически свойства (в частност неговия капацитет).

Такива свойства правят тантала широко използван в производството на метални сплави, телефонни кондензатори, мобилни телефони и други електронни устройства, високотемпературни фурни, както и протези и друго оборудване хирургически. Неговите съединения се използват в различни сектори на индустрията, като аерокосмическа, автомобилна, електроника и др.

Вижте също: Дубний — елемент от група 5, който е под тантал в периодичната таблица

Резюме на тантал

• Тантал е а метални от група 5 на периодичната таблица, която показва голямо химическо сходство с ниобий.
• Той се откроява със своята инерционност и химическа устойчивост и висока точка на топене.
• Комерсиално се извлича от танталит.
• Основните му приложения включват производството на метални сплави и кондензатори.
• Приликата му с ниобия е толкова голяма, че повече от шест десетилетия се смяташе, че е същият елемент.

Не спирай сега... След рекламата има още ;)

Свойства на тантал

• символ: ДОБРЕ.
• Атомно число: 73.
• Атомна маса: 180 948 c.u.s.
• Точка на сливане: 3017°С.
• Точка на кипене: 5425°С.
• Електронно разпространение: [Xe] 4f¹⁴ 6s² 5 д³.
• електроотрицателност: 1,5.
• Плътност: 16,69 g.cm^-3 (близо до 25°C).
• Химическа серия: преходен метал; група 5.

Характеристики на тантал

Характеристиките на тантала са подобни на тези на ниобия. Пример за това е фактът, че те реагират с газ кислород и халогени при висока температура, в допълнение към реакцията с повечето от неметали.

• 4 Ta + 5 O₂ → 2 Ta₂О₅
• 2 Ta + 5 X₂ → 2 Данък₅, с X = F, Cl, Br, I

Тантал представя добра устойчивост на корозия, което е резултат от образуването на тънък слой от оксид върху металната повърхност, която изолира атоми вътрешна за окислителна атака. Елементът също е практически химически инертен, както и атаката на киселини, с изключение на:

• сярна киселина;
• флуороводородна киселина.

представя на третата най-висока точка на топене сред металите от Периодичната таблица, на второ място след волфрам и рений. В допълнение, танталовите съединения в по-голямата си част представляват метала степен на окисление равно на +5 и с преобладаващо ковалентни характеристики.

Знайте също:итрий - редкоземен метал, използван в лазерното производство

Възникване и получаване на тантал

С приблизително изобилие от 1,7 ppm (части на милион, mg.kg^-1) при земната кора и около 0,002 ppb (части на милиард, mg.t^-1) в морската вода танталът е метален елемент относително рядко в планета.

Проба от танталит, основната танталова руда.

Тантал и неговият подобен ниобий се срещат едновременно в минерала колумбит (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂О₆. Въпреки това, когато колумбитът има по-високо съдържание на тантал, той се нарича танталит.

THE Танталът се получава чрез използване на бази слят, който може да разтвори Nb₂О₅ и та₂О₅. Ако получената стопилка се разтвори във вода, ниобиевите соли могат да се отделят от танталовите соли, тъй като танталовите соли се утаяват в рН по-висока (в диапазона от 10).

Друг начин за получаване на тантал от сместа на Nb оксиди₂О₅ и та₂О₅ на касова основа е чрез възползвайки се от неговата по-голяма основност. В тази ситуация използвайте a решение вода с контролирана концентрация на HF и KF, образуваща K₂(NbOF₅) и К₂(TaF₇), първият е по-разтворим във вода от втория.

Приложения с тантал

Първите употреби на тантал се извършват в началото на 20-ти век, чрез нови техники за извличане и пречистване. През 1905 г., например, инженери, работещи за Ернст Вернер фон Сименс, проектират електрически крушки с нажежаема жичка, използвайки танталови нишки, в опит да заменят крехките нишки на въглерод използван дотогава.

Въпреки това, малко след това, през 1909 г., танталът е заменен с волфрам, металът с най-висока точка на топене в периодичната таблица, като по този начин намалява промишленото търсене за него.

Метален тантал под формата на проводници: пластичността и високата точка на топене позволиха приложението му в лампи с нажежаема жичка.

Възобновяването на проучването на тантал дойде с производство на сплави, като Ta-Ni (тантал-никел), които са много устойчиви на корозия, се използват в бижутерската индустрия. Освен това те се прилагат за:

• Инструменти за обработка;
• химическо лабораторно оборудване;
• радиоклапи.

Тези сплави се използват в индустрияв автомобилната и космическата промишленост за производство на турбини и компоненти на двигатели, например. Танталът се използва и за производство на стъкло с индекси на пречупване специални, които се използват за производството на олекотени камери.

Въпреки това, най-голямото използване на тантал се осъществява чрез танталов оксид, Ta₂О₅, поради високия си капацитет, в Производство на кондензатори. Тези електронни устройства имат способността да съхраняват електрически заряди вътре, изхвърляйки големи количества електричество към веригата, което е много полезно при уреди, които изискват голям интензитет на верига.

Няколко кондензатора: Танталовите кондензатори имат предимството, че са по-малки.

Танталовите кондензатори имат предимството, че са по-малки и предлагат определен капацитет (величина, която измерва количеството заряд, който може да бъде съхранен) в по-малка обемна единица от кондензаторите традиционен.

Това е от съществено значение за оптимизирането и минимизирането на електрическата верига, тъй като търсенето на по-малки и преносими компоненти се увеличава. Освен това те имат нисък ток на утечка, по-голяма стабилност и по-дълъг експлоатационен живот. Те обаче имат по-висока цена.

Знам повече: Кобалт - елемент, който има магнитни свойства, подобни на желязото

Предпазни мерки при употреба на тантал

Този метал обикновено не създава проблеми за хората.

• Танталът и неговите основни съединения не са класифицирани като канцерогени.
• Солите на тантала са нетоксични, тъй като се абсорбират слабо и лесно се елиминират.
• Инертността на тантала позволява да се използва дори като протеза при хора.

История на тантал

Танталът първоначално беше извлечен от минерални проби от шведския химик Андерс Екеберг, през 1802г. Поради голямата си устойчивост на киселинни разтвори, Екеберг нарече елемента тантал, позовавайки се на царя на гръцка митология Тантал, известен със своите страдания.

Цар Тантал, единственият смъртен, който седеше на масата на олимпийските богове, беше наказан от богове за това, че е амбициозен. Той бил изпратен в Тартар (подземния свят), където имало долина, пълна с растителност, храна и вода.

Въпреки това, като част от наказанието, цар Тантал е осъден да не може да утоли глада или жаждата си, както в При наближаване на водата тя се отцеждала, а при приближаване към дърветата клоните били отстранени от нейния обсег от вятър.

Изкуство, демонстриращо наказанието на Тантал.

заради техните прилики с ниобий, се е смятало, че това и танталът са един и същи елемент. Това продължило шест десетилетия и тогава ниобий бил наречен Колумбий, открит през 1801 г. от Чарлз Хатчет.

През 1844 г. германецът Хайнрих Роуз дори твърди, че танталитът съдържа освен тантал още два метала, които са наречени от него ниобий (по отношение на Ниоба, дъщеря на Тантал) и пелопия (по отношение на Пелопс, син на тантал). Роуз, без да осъзнава, направи преоткриването на Колумб, извършено от Хатчет, но го нарече ниобий.

По-късно, през 1847 г., химикът Р. Херман каза, че е открил още един елемент, подобен на тантал, ниобий и пелопий, наричайки го илмений, по отношение на Илменските планини в Русия.

Въпреки това през 1868 г. най-накрая швейцарският учен Жан Чарлз Галисар Мариняк успя да раздели ниобий и тантал. От смес от тантал и ниобиев оксиди, Мариняк получава флуоридите на тези съединения.

Изследвайки различните разтворимости и на двете, Мариняк ги дезагрегира. Друг учен, допринесъл за разделянето на двата елемента, е шведският Кристиан Вилхелм Бломстранд, когато идентифицира нов хлорид от ниобий.

Така британският химик Хенри Енфийлд Роско заключи, че както Мариняк, така и Бломстранд са били в състояние да докажат, че в танталита имаше само два метала: тантал и ниобий, докато другите предложени метали не са нищо повече от обикновени смеси от двете в различни пропорции, които могат да съдържат и други елементи, като волфрам, титан и желязо. Името columbium остава като алтернатива на ниобия до 50-те години на миналия век.

Решени упражнения върху тантал

Въпрос 1

(Enem 2018) В гръцката митология Ниобия е дъщеря на Тантал, два героя, известни със страданието. Химическият елемент с атомен номер (Z), равен на 41, има химични и физични свойства, толкова сходни с тези на елемента с атомен номер 73, че те са били объркани. Следователно, в чест на тези два героя от гръцката митология, тези елементи са получили имената на ниобий (Z = 41) и тантал (Z = 73). Тези два химични елемента придобиха голямо икономическо значение в металургията, в производството на свръхпроводници и в други приложения в индустрията от висок клас, точно за химичните и физичните свойства общо и за двете.

КИН, С. Изчезващата лъжица: и други истински истории за лудост, любов и смърт от химически елементи. Рио де Жанейро: Захар, 2011 (адаптиран).

Икономическото и технологичното значение на тези елементи, поради сходството на техните химични и физични свойства, се дължи на

А) имат електрони във f подниво.

Б) са елементи на вътрешен преход.

В) принадлежат към същата група в периодичната таблица.

D) имат своите най-външни електрони съответно на нива 4 и 5.

Д) да се намират съответно в алкалоземното и алкалното семейство.

Резолюция:

Алтернатива C

Объркването между ниобий и тантал възниква поради голямото сходство на техните химични свойства. В Вхимия, сходството между елементите може да се обясни с факта, че те принадлежат към една и съща група в периодичната таблица. Менделеев дори ги групира, като вземе предвид сходството на химичните и физичните свойства.

въпрос 2

Танталът може да бъде извлечен от минерал, наречен танталит, чийто състав може да варира. Един от възможните състави е този на железен II оксид и тантал, FeTa₂О₆.

В демонстрирания състав на танталит, степента на окисление на тантала е:

А) +2

Б) +3

В) +5

Г) +10

Д) +12

Резолюция:

Алтернатива C

Римската цифра II в номенклатурата показва, че желязо, в това съединение, има степен на окисление +2. В оксидите, кислород Има окислително число -2. По този начин степента на окисление на тантала може да се изчисли, както следва:

+2 + 2x + 6 (-2) = 0

Ние считаме x степента на окисление на тантала. По този начин уравнението е настроено на нула, тъй като въпросният оксид е електрически неутрален, а не е йон.

Решавайки уравнението, имаме:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

х = +5

Танталът, подобно на ниобия, придобива това окислително число в повечето от неговите съединения.

От Стефано Араужо Новаис
Учител по химия