Tantal (Ta): charakteristika, získávání, historie

Ó tantalu je kov skupiny 5 periodické tabulky, protonové číslo 73. Má velkou chemickou podobnost s niob (Nb), prvek těsně nad ve své skupině. Podobnost je tak velká, že se po šest desetiletí věřilo, že jde o stejný prvek.

Vyniká velkou chemickou inertností, mechanickou odolností, kromě vysokého bodu tání (třetí nejvyšší mezi kovy Periodická tabulka). Oxid tantalu vyniká svými vynikajícími elektrickými vlastnostmi (konkrétně svou kapacitou).

Díky těmto vlastnostem je tantal široce používán při výrobě kovových slitin, telefonních kondenzátorů, mobilní telefony a další elektronická zařízení, vysokoteplotní pece, stejně jako protézy a další vybavení chirurgický. Jeho sloučeniny se používají v různých odvětvích průmyslu, jako je mimo jiné letecký průmysl, automobilový průmysl, elektronika.

Viz také: Dubnium — prvek skupiny 5, který je v periodické tabulce pod tantalem

Shrnutí tantalu

• Tantalus je a kov ze skupiny 5 periodické tabulky, která vykazuje velkou chemickou podobnost s niobem.
• Vyniká svou setrvačností a chemickou odolností a vysokým bodem tání.
• Komerčně se získává z tantalitu.
• Mezi jeho hlavní použití patří výroba kovových slitin a kondenzátorů.
• Jeho podobnost s niobem je tak velká, že se po více než šest desetiletí věřilo, že je stejný živel.

Vlastnosti tantalu

• Symbol: OK.
• Protonové číslo: 73.
• Atomová hmotnost: 180 948 c.u.s.
• Fúzní bod: 3017 °C.
• Bod varu: 5425 °C.
• Elektronická distribuce: [Xe] 4f¹⁴ 6s² 5 d³.
• Elektronegativita: 1,5.
• Hustota: 16,69 g.cm^-3 (kolem 25°C).
• Chemická řada: přechodový kov; skupina 5.

Vlastnosti tantalu

Vlastnosti tantalu jsou podobné vlastnostem niobu. Příkladem toho je skutečnost, že reagují s plynným kyslíkem a halogeny při vysoké teplotě, navíc reaguje s většinou nekovy.

• 4 Ta + 5 O₂ → 2 Ta₂Ó₅
• 2 Ta + 5 X₂ → 2 Daň₅s X = F, Cl, Br, I

Tantal představuje dobrá odolnost proti korozi, která vzniká tvorbou tenké vrstvy kysličník na kovovém povrchu, který izoluje atomy vnitřní až oxidační útok. Prvek je také prakticky chemicky inertní, stejně jako útok na kyseliny, s výjimkou:

• kyselina sírová;
• kyselina fluorovodíková.

představuje třetí nejvyšší bod tání mezi kovy periodické tabulky, na druhém místě wolfram a rhenium. Kromě toho sloučeniny tantalu z větší části představují kov oxidační stav rovný +5 a s převážně kovalentními vlastnostmi.

Také vědět:Yttrium — kov vzácných zemin používaný při výrobě laseru

Výskyt a získávání tantalu

S odhadovaným množstvím 1,7 ppm (částic na milion, mg.kg^-1) v zemská kůra a asi 0,002 ppb (části na miliardu, mg.t^-1) v mořské vodě je tantal kovovým prvkem poměrně vzácné v planeta.

Ukázka tantalitu, hlavní tantalové rudy.

Tantal a jemu podobný niob se současně vyskytují v nerostu columbit, (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂Ó₆. Když má však kolumbit vyšší obsah tantalu, nazývá se tantalit.

THE Tantal se získává pomocí základny srostlý, který může rozpustit Nb₂Ó₅ a ta₂Ó₅. Pokud se výsledná tavenina rozpustí ve vodě, mohou se soli niobu oddělit od solí tantalu, protože soli tantalu se vysrážejí pH vyšší (v rozmezí 10).

Další způsob získávání tantalu ze směsi oxidů Nb₂Ó₅ a ta₂Ó₅ na základě obsazení je přes využívající její větší zásaditost. V této situaci použijte a řešení voda s řízenou koncentrací HF a KF, tvořící K₂(NbOF₅) a K₂(TaF₇), první z nich je rozpustnější ve vodě než druhý.

Aplikace tantalu

K prvnímu použití tantalu došlo na počátku 20. století, přes nové techniky extrakce a čištění. V roce 1905 například inženýři pracující pro Ernsta Wernera von Siemens navrhli žárovky žhavící pomocí tantalových vláken, ve snaze nahradit křehká vlákna uhlík do té doby používané.

Krátce nato, v roce 1909, byl však tantal nahrazen wolframem, kovem s nejvyšší teplotou tání v periodické tabulce, čímž se snížila průmyslová poptávka po něm.

Kovový tantal ve formě drátů: tažnost a vysoký bod tání umožnily jeho použití v žárovkách.

Obnovení průzkumu tantalu přišlo s výroba slitin, jako je Ta-Ni (tantal-nikl), které jsou velmi odolné vůči korozi a používají se ve šperkařském průmyslu. Kromě toho jsou aplikovány na:

• obráběcí nástroje;
• vybavení chemické laboratoře;
• radiové ventily.

Tyto slitiny se používají v průmyslv automobilový a letecký průmysl například k výrobě turbín a součástí motorů. Tantal se také používá pro výroba skla s indexy lomu speciály, které se používají k výrobě lehkých fotoaparátů.

K největšímu využití tantalu však dochází prostřednictvím oxidu tantalu, Ta₂Ó₅, kvůli své vysoké kapacitě, v produkce kondenzátory. Tato elektronická zařízení mají schopnost ukládat elektrické náboje uvnitř, vybíjení velkého množství elektřiny do okruhu, což je velmi užitečné u spotřebičů, které vyžadují velké intenzity řetěz.

Několik kondenzátorů: Tantalové kondenzátory mají tu výhodu, že jsou menší.

Tantalové kondenzátory mají tu výhodu, že jsou menší a nabízejí určitou kapacitu (velikost, která měří množství náboje, které lze uložit) v menší objemové jednotce než kondenzátory tradiční.

To je nezbytné pro optimalizaci a minimalizaci elektrického obvodu, protože poptávka po menších a přenosných součástkách se zvyšuje. Navíc mají nízký svodový proud, větší stabilitu a delší životnost. Mají však vyšší náklady.

Vědět více: Kobalt — prvek, který má magnetické vlastnosti podobné železu

Preventivní opatření s tantalem

Tento kov obvykle nepředstavuje pro člověka žádné problémy.

• Tantal a jeho hlavní sloučeniny nejsou klasifikovány jako karcinogeny.
• Tantalové soli jsou netoxické, protože se špatně vstřebávají a snadno se vylučují.
• Setrvačnost tantalu umožňuje jeho použití i jako protézy u lidí.

Historie tantalu

Tantal byl zpočátku extrahované ze vzorků minerálů švédským chemikem Andersem Ekebergem, v roce 1802. Kvůli jeho velké odolnosti vůči kyselým roztokům, Ekeberg pojmenoval prvek tantal, v odkazu na krále řecká mytologie Tantalos, známý svým utrpením.

Král Tantalos, jediný smrtelník, který seděl u stolu olympských bohů, byl potrestán bohové za to, že je ambiciózní. Byl poslán do Tartaru (podsvětí), kde bylo údolí plné vegetace, jídla a vody.

V rámci trestu byl však král Tantalos odsouzen k neschopnosti uhasit hlad ani žízeň, jak tomu bylo Při přiblížení k vodě odtékala a při přiblížení ke stromům byly větve odstraněny z jejího dosahu vítr.

Umění demonstrující Tantalův trest.

kvůli jejich podobnosti s niobemvěřilo se, že tento a tantal jsou stejným prvkem. To trvalo šest desetiletí a niob byl poté nazýván kolumbium, objevený v roce 1801 Charlesem Hatchettem.

Němec Heinrich Rose v roce 1844 dokonce tvrdil, že tantalit obsahuje kromě tantalu ještě dva další kovy, které byly jím nazývány niobium (v odkazu na Niobe, dceru Tantala) a pelopio (v odkazu na Pelopse, syna Tantal). Rose, aniž by si to uvědomovala, provedla znovuobjevení kolumbia, které provedl Hatchett, ale nazval to niob.

Později, v roce 1847, chemik R. Hermann řekl, že objevil další prvek podobný tantalu, niobu a pelopiu, nazval jej ilmenium, v souvislosti s Ilmenskými horami v Rusku.

Nicméně v roce 1868 konečně švýcarský vědec Jean Charles Galissard Marignac podařilo oddělit niob a tantal. Ze směsi oxidů tantalu a niobu získal Marignac fluoridy těchto sloučenin.

Marignac zkoumal různé rozpustnosti obou a rozdělil je. Dalším vědcem, který přispěl k oddělení těchto dvou prvků, byl švédský Christian Wilhelm Blomstrand, když identifikoval nový chlorid niobu.

Britský chemik Henry Enfield Roscoe tedy dospěl k závěru, že jak Marignac, tak Blomstrand byli schopni dokázat, že v tantalitu byly pouze dva kovy: tantal a niob, zatímco ostatní navrhované kovy nebyly nic jiného než jednoduché směsi obou v různých poměrech, které mohly také obsahovat další prvky, jako je wolfram, titan a železo. Název columbium zůstal jako alternativa k niobu až do 50. let 20. století.

Řešené cviky na tantal

Otázka 1

(Enem 2018) V řecké mytologii byla Niobia dcerou Tantala, dvou postav známých svým utrpením. Chemický prvek s atomovým číslem (Z) rovným 41 má chemické a fyzikální vlastnosti tak podobné vlastnostem prvku s atomovým číslem 73, že byly zaměněny. Proto na počest těchto dvou postav z řecké mytologie dostaly tyto prvky jména niob (Z = 41) a tantal (Z = 73). Tyto dva chemické prvky získaly velký ekonomický význam v metalurgii, při výrobě supravodičů a v dalších aplikacích v high-end průmyslu, právě pro chemické a fyzikální vlastnosti společný pro oba.

KEAN, S. Mizející lžíce: a další skutečné příběhy šílenství, lásky a smrti z chemických prvků. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (upraveno).

Ekonomický a technologický význam těchto prvků, vzhledem k podobnosti jejich chemických a fyzikálních vlastností, je způsoben

A) mají elektrony v podúrovni f.

B) být prvky vnitřního přechodu.

C) patří do stejné skupiny v periodické tabulce.

D) mají své nejvzdálenější elektrony na úrovních 4 a 5.

E) být umístěn v rodině alkalických zemin a alkalických kovů.

Řešení:

Alternativa C

K záměně mezi niobem a tantalem dochází kvůli velké podobnosti jejich chemických vlastností. v Qchemie, podobnost mezi prvky lze vysvětlit tím, že patří do stejné skupiny v periodické tabulce. Mendělejev je dokonce seskupoval s přihlédnutím k podobnosti chemických a fyzikálních vlastností.

otázka 2

Tantal lze extrahovat z minerálu zvaného tantalit, jehož složení se může lišit. Jedním z možných složení je složení oxidu železitého II a tantalu, FeTa₂Ó₆.

V demonstrovaném složení tantalitu je oxidační číslo tantalu:

A) +2

B) +3

C) +5

D) +10

E) +12

Řešení:

Alternativa C

Římská číslice II v nomenklatuře označuje, že žehlička, v této sloučenině má oxidační číslo +2. V oxidech, kyslík Má oxidační číslo -2. Oxidační číslo tantalu lze tedy vypočítat následovně:

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

Uvažujeme x oxidační číslo tantalu. Rovnice je tedy nastavena na nulu, protože dotyčný oxid je elektricky neutrální, nikoli a ion.

Při řešení rovnice máme:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

x = +5

Tantal, stejně jako niob, to získává oxidační číslo ve většině jeho sloučenin.

Autor: Stefano Araújo Novais
Učitel chemie