Tantal (Ta): egenskaber, opnåelse, historie

O tantal er et gruppe 5 metal i det periodiske system, Atom nummer 73. Det har en stor kemisk lighed med niobium (Nb), element lige over i sin gruppe. Ligheden er så stor, at man i seks årtier troede, at de var det samme element.

Det skiller sig ud for dets store kemiske inertitet, mekaniske modstandsdygtighed, foruden dets høje smeltepunkt (det tredjehøjeste blandt metallerne i Periodiske system). Tantaloxid skiller sig ud på grund af dets fremragende elektriske egenskaber (specifikt dets kapacitans).

Sådanne egenskaber gør tantal meget udbredt til fremstilling af metallegeringer, telefonkondensatorer, mobiltelefoner og andet elektronisk udstyr, højtemperaturovne, samt proteser og andet udstyr kirurgisk. Dets forbindelser bruges i forskellige sektorer af industrien, såsom rumfart, bilindustrien, elektronik, blandt andre.

Se også: Dubnium — grundstof i gruppe 5, der er under tantal i det periodiske system

Sammenfatning af Tantal

• Tantalus er en metal fra gruppe 5 i det periodiske system, der viser stor kemisk lighed med niobium.
• Den skiller sig ud for sin inerti og kemiske modstand og høje smeltepunkt.
• Det er kommercielt udvundet af tantalit.
• Dens vigtigste anvendelser omfatter fremstilling af metallegeringer og kondensatorer.
• Dens lighed med niobium er så stor, at den i mere end seks årtier blev antaget at være den samme element.

Tantal egenskaber

• Symbol: OKAY.
• Atom nummer: 73.
• Atommasse: 180.948 c.u.s.
• Fusionspunkt: 3017°C.
• Kogepunkt: 5425°C.
• Elektronisk fordeling: [Xe] 4f¹⁴ 6s² 5d³.
• Elektronegativitet: 1,5.
• Massefylde: 16,69 g.cm^-3 (tæt på 25°C).
• Kemisk serie: overgang metal; gruppe 5.

Tantal egenskaber

Karakteristikaene for tantal ligner dem for niobium. Et eksempel på dette er, at de reagerer med iltgas og halogener ved høj temperatur, udover at reagere med det meste af ikke-metaller.

• 4 Ta + 5 O₂ → 2 Ta₂O₅
• 2 Ta + 5 X₂ → 2 Skat₅med X = F, Cl, Br, I

Tantal præsenterer god korrosionsbestandighed, som er resultatet af dannelsen af ​​et tyndt lag af oxid på den metalliske overflade, der isolerer atomer internt til oxidativt angreb. Elementet er også praktisk talt kemisk inert, samt angreb af syrer, med undtagelse af:

• svovlsyre;
• flussyre.

præsenterer tredje højeste smeltepunkt blandt metaller af det periodiske system, næst efter wolfram og rhenium. Derudover præsenterer tantalforbindelser for det meste metallet oxidationstilstand lig med +5 og med overvejende kovalente egenskaber.

Ved også:Yttrium - sjældne jordarters metal brugt i laserfremstilling

Forekomst og opnåelse af tantal

Med en estimeret overflod på 1,7 ppm (parts per million, mg.kg^-1) kl Jordens skorpe og omkring 0,002 ppb (parts per milliard, mg.t^-1) i havvand er tantal et metallisk grundstof relativt sjælden i planet.

Prøve af tantalit, den vigtigste tantalmalm.

Tantal og dets lignende niob forekommer samtidig i mineralet columbit, (Fe, Mn)(Nb, Ta)₂O₆. Men når columbit har et højere indhold af tantal, kaldes det tantalit.

DET Tantal opnås ved brug af baser smeltet sammen, som kan opløse Nb₂O₅ og ta₂O₅. Hvis den resulterende smelte opløses i vand, kan niobiumsalte adskilles fra tantalsaltene, da tantalsaltene udfældes i pH højere (i området 10).

En anden måde at opnå tantal fra blandingen af ​​Nb-oxider₂O₅ og ta₂O₅ på rollebesætning er gennem drage fordel af dens større basicitet. I denne situation skal du bruge en opløsning vand med kontrolleret koncentration af HF og KF, der danner K₂(NbOF₅) og K₂(TaF₇), hvor førstnævnte er mere opløseligt i vand end sidstnævnte.

Tantal applikationer

De første anvendelser af tantal fandt sted i begyndelsen af ​​det 20. århundrede, til og med nye ekstraktions- og oprensningsteknikker. I 1905, for eksempel, tegnede ingeniører, der arbejdede for Ernst Werner von Siemens, pærer glødende ved hjælp af tantal filamenter, i et forsøg på at erstatte de skrøbelige filamenter af kulstof brugt indtil da.

Men kort efter, i 1909, blev tantal erstattet af wolfram, metallet med det højeste smeltepunkt i det periodiske system, hvilket reducerede den industrielle efterspørgsel efter det.

Metallisk tantal i form af ledninger: duktilitet og højt smeltepunkt tillod dets anvendelse i glødelamper.

Genoptagelsen af ​​tantaludforskningen kom med legeringsfremstilling, såsom Ta-Ni (tantal-nikkel), som er meget modstandsdygtige over for korrosion, der bruges i smykkeindustrien. Derudover anvendes de på:

• værktøj til bearbejdning;
• kemiske laboratorieudstyr;
• radioventiler.

Disse legeringer bruges i industripå bilindustrien og rumfart til at producere turbiner og motorkomponenter, for eksempel. Tantal bruges også til glasfremstilling med brydningsindekser tilbud, som bruges til produktion af letvægtskameraer.

Den største brug af tantal sker dog gennem tantaloxid, Ta₂O₅, på grund af sin høje kapacitans, i produktion af kondensatorer. Disse elektroniske enheder har evnen til at opbevare elektriske ladninger inde, udleder store mængder elektricitet til kredsløbet, hvilket er meget nyttigt i apparater, der kræver store intensiteter af lænke.

Flere kondensatorer: Tantalkondensatorer har den fordel, at de er mindre.

Tantalkondensatorer har den fordel, at de er mindre og tilbyder en vis kapacitans (størrelse måler mængden af ​​ladning, der kan lagres) i en mindre volumetrisk enhed end kondensatorer traditionel.

Dette er afgørende for optimering og minimering af det elektriske kredsløb, da efterspørgslen efter mindre og bærbare komponenter er stigende. Derudover har de lav lækstrøm, større stabilitet og længere levetid. De har dog en højere pris.

Få mere at vide: Kobolt - et grundstof, der har magnetiske egenskaber svarende til jern

Forholdsregler med Tantal

Dette metal giver normalt ingen problemer for mennesker.

• Tantal og dets vigtigste forbindelser er ikke klassificeret som kræftfremkaldende.
• Tantalsalte er ikke-giftige, da de absorberes dårligt og let elimineres.
• Inertien af ​​tantal gør det muligt at bruge det selv som en protese hos mennesker.

Tantal historie

Tantal var oprindeligt udvundet af mineralprøver af den svenske kemiker Anders Ekeberg, i 1802. På grund af dets store modstandsdygtighed over for sure opløsninger kaldte Ekeberg grundstoffet tantal, med henvisning til kongen af græsk mytologi Tantalus, kendt for sin lidelse.

Kong Tantalus, den eneste dødelige, der sad ved de olympiske guders bord, blev straffet af guder for at være ambitiøs. Han blev sendt til Tartarus (underverdenen), hvor der var en dal fuld af vegetation, mad og vand.

Men som en del af straffen blev kong Tantalus dømt til at være ude af stand til at stille sin sult eller tørst, som kl. Når det nærmede sig vandet, drænede det, og når det nærmede sig træerne, blev grenene fjernet fra dets rækkevidde af vind.

Kunst, der demonstrerer Tantalus' straf.

på grund af deres ligheder med niobium, mente man, at dette og tantal var det samme element. Dette fortsatte i seks årtier, og niobium blev dengang kaldt columbium, opdaget i 1801 af Charles Hatchett.

I 1844 hævdede tyskeren Heinrich Rose endda, at tantalit foruden tantal indeholdt to andre metaller, som blev af ham kaldt niobium (med henvisning til Niobe, datter af Tantalus) og pelopio (med henvisning til Pelops, søn af Tantal). Rose, uden at være klar over det, gjorde genopdagelsen af ​​columbium udført af Hatchett, men kaldte det niobium.

Senere, i 1847, kemikeren R. Hermann sagde, at han havde opdaget endnu et grundstof, der ligner tantal, niobium og pelopium, kaldet det ilmenium, med henvisning til Ilmensky-bjergene i Rusland.

Men i 1868 endelig den schweiziske videnskabsmand Jean Charles Galissard Marignac formået at adskille niobium og tantal. Fra en blanding af tantal og niobiumoxider opnåede Marignac fluoriderne af disse forbindelser.

Ved at udforske de forskellige opløseligheder af begge, opdelte Marignac dem. En anden videnskabsmand, der bidrog til adskillelsen af ​​de to elementer, var den svenske Christian Wilhelm Blomstrand, da han identificerede en ny chlorid af niobium.

Således konkluderede den britiske kemiker Henry Enfield Roscoe, at både Marignac og Blomstrand var i stand til at bevise, at i tantalit var der kun to metaller: tantal og niobium, mens de andre foreslåede metaller ikke var andet end simple blandinger af begge i forskellige proportioner, der også kunne indeholde andre grundstoffer, såsom wolfram, titanium og jern. Navnet columbium forblev som et alternativ til niobium indtil 1950'erne.

Løste øvelser på tantal

Spørgsmål 1

(Enem 2018) I græsk mytologi var Niobia datter af Tantalus, to karakterer kendt for lidelse. Det kemiske grundstof med atomnummer (Z) lig med 41 har kemiske og fysiske egenskaber, der ligner dem for grundstoffet med atomnummer 73, at de er blevet forvekslet. Derfor, til ære for disse to karakterer fra græsk mytologi, fik disse elementer navnene niobium (Z = 41) og tantal (Z = 73). Disse to kemiske grundstoffer fik stor økonomisk betydning i metallurgi, i produktionen af superledere og i andre applikationer i high-end industrien, netop for de kemiske og fysiske egenskaber fælles for begge.

KEAN, S. The Disappearing Spoon: og andre sande historier om galskab, kærlighed og død fra kemiske elementer. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (tilpasset).

Den økonomiske og teknologiske betydning af disse grundstoffer, på grund af ligheden mellem deres kemiske og fysiske egenskaber, skyldes

A) har elektroner i f-underniveauet.

B) være elementer i intern overgang.

C) tilhører samme gruppe i det periodiske system.

D) har deres yderste elektroner på henholdsvis niveau 4 og 5.

E) være placeret i henholdsvis jordalkali- og alkalifamilien.

Løsning:

Alternativ C

Forvirringen mellem niobium og tantal opstår på grund af den store lighed mellem deres kemiske egenskaber. I Qkemi, kan ligheden mellem grundstoffer forklares ved, at de tilhører samme gruppe i det periodiske system. Mendeleev grupperede dem endda under hensyntagen til ligheden mellem kemiske og fysiske egenskaber.

spørgsmål 2

Tantal kan udvindes fra et mineral kaldet tantalit, hvis sammensætning kan variere. En af de mulige sammensætninger er jern II-oxid og tantal, FeTa₂O₆.

I den påviste sammensætning af tantalit er oxidationstallet for tantal:

A) +2

B) +3

C) +5

D) +10

E) +12

Løsning:

Alternativ C

Romertallet II i nomenklaturen angiver, at jern, i denne forbindelse, har et oxidationstal på +2. I oxider er ilt Det har et oxidationstal på -2. Således kan oxidationstallet for tantal beregnes som følger:

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

Vi betragter x oxidationstallet for tantal. Således er ligningen sat til nul, da det pågældende oxid er elektrisk neutralt, ikke er en ion.

Når vi løser ligningen, har vi:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

x = +5

Tantal, ligesom niobium, erhverver dette oxidationstal i de fleste af dets forbindelser.

Af Stefano Araújo Novais
Kemi lærer