Ö Tantal ist ein Metall der Gruppe 5 des Periodensystems, Ordnungszahl 73. Es hat eine große chemische Ähnlichkeit mit dem Niob (Nb), Element knapp darüber in seiner Gruppe. Die Ähnlichkeit ist so groß, dass sechs Jahrzehnte lang geglaubt wurde, es handele sich um dasselbe Element.
Es zeichnet sich neben seinem hohen Schmelzpunkt (dem dritthöchsten unter den Metallen) durch seine große chemische Trägheit und mechanische Beständigkeit aus Periodensystem). Tantaloxid zeichnet sich durch seine hervorragenden elektrischen Eigenschaften (insbesondere seine Kapazität) aus.
Aufgrund dieser Eigenschaften wird Tantal häufig bei der Herstellung von Metalllegierungen, Telefonkondensatoren, Mobiltelefone und andere elektronische Geräte, Hochtemperaturöfen sowie Prothesen und andere Geräte chirurgisch. Seine Verbindungen werden in verschiedenen Industriezweigen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Elektronik usw. eingesetzt.
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Zusammenfassung von Tantal
- Tantalus ist ein Metall aus Gruppe 5 des Periodensystems, das eine große chemische Ähnlichkeit mit Niob aufweist.
- Es zeichnet sich durch Trägheit und chemische Beständigkeit sowie einen hohen Schmelzpunkt aus.
- Es wird kommerziell aus Tantalit extrahiert.
- Seine Hauptanwendungen umfassen die Herstellung von Metalllegierungen und Kondensatoren.
- Seine Ähnlichkeit mit Niob ist so groß, dass man mehr als sechs Jahrzehnte lang glaubte, es sei dasselbe Element.
Eigenschaften von Tantal
- Symbol: OK.
- Ordnungszahl: 73.
- Atommasse: 180.948 Kubikmeter
- Schmelzpunkt: 3017°C.
- Siedepunkt: 5425°C.
- Elektronische Verteilung: [Xe] 4f14 6s2 5d3.
- Elektronegativität: 1,5.
- Dichte: 16,69 g.cm-3 (fast 25°C).
- Chemische Reihe: Übergangsmetall; Gruppe 5.
Eigenschaften von Tantal
Die Eigenschaften von Tantal ähneln denen von Niob. Ein Beispiel hierfür ist die Tatsache, dass sie mit Sauerstoffgas reagieren und Halogene bei hoher Temperatur, zusätzlich zur Reaktion mit den meisten Nichtmetalle.
- 4 Ta + 5 O2 → 2 Ta2Ö5
- 2 Ta + 5 X2 → 2 Steuer5, mit X = F, Cl, Br, I
Tantal präsentiert gute Korrosionsbeständigkeit, die aus der Bildung einer dünnen Schicht von resultiert Oxid auf der metallischen Oberfläche, die die isoliert Atome intern gegen oxidativen Angriff. Das Element ist auch praktisch chemisch inert, sowie der Angriff von Säuren, mit Ausnahme von:
- Schwefelsäure;
- Fluorwasserstoffsäure.
präsentiert die dritthöchster Schmelzpunkt unter den Metallen des Periodensystems, nur an zweiter Stelle Wolfram und Rhenium. Darüber hinaus präsentieren Tantalverbindungen zum größten Teil das Metall mit Oxidationsstufe gleich +5 und mit überwiegend kovalenten Eigenschaften.
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Vorkommen und Gewinnung von Tantal
Mit einer geschätzten Häufigkeit von 1,7 ppm (parts per million, mg.kg-1) bei Erdkruste und etwa 0,002 ppb (Teile pro Milliarde, mg.t-1) im Meerwasser ist Tantal ein metallisches Element relativ selten bei Planet.
Tantal und sein ähnliches Niob kommen gleichzeitig im Mineral Kolumbit vor, (Fe, Mn)(Nb, Ta)2Ö6. Wenn Columbit jedoch einen höheren Tantalgehalt hat, spricht man von Tantalit.
DER Tantal wird durch die Verwendung von gewonnen Basen verschmolzen, die Nb auflösen kann2Ö5 und ta2Ö5. Löst man die entstehende Schmelze in Wasser, lassen sich Niobsalze von den Tantalsalzen trennen, da die Tantalsalze ausfallen pH-Wert höher (im Bereich von 10).
Ein weiterer Weg zur Gewinnung von Tantal aus der Mischung von Nb-Oxiden2Ö5 und ta2Ö5 auf Besetzungsbasis ist durch die unter Ausnutzung seiner größeren Basizität. Verwenden Sie in dieser Situation a Lösung Wasser mit kontrollierter Konzentration von HF und KF, wobei K gebildet wird2(NbOF5) und k2(TaF7), ersteres ist wasserlöslicher als letzteres.
Tantal-Anwendungen
Die ersten Anwendungen von Tantal fanden zu Beginn des 20. Jahrhunderts statt neue Extraktions- und Reinigungstechniken. 1905 etwa konstruierten Ingenieure von Ernst Werner von Siemens Glühbirnen Glühlampen mit Tantalfilamenten, in einem Versuch, die zerbrechlichen Filamente von zu ersetzen Kohlenstoff bis dahin verwendet.
Doch kurz darauf, im Jahr 1909, wurde Tantal durch Wolfram, das Metall mit dem höchsten Schmelzpunkt im Periodensystem, ersetzt, wodurch die industrielle Nachfrage nach ihm zurückging.
Die Wiederaufnahme der Tantalexploration kam mit dem Legierungsherstellung, wie Ta-Ni (Tantal-Nickel), die sehr korrosionsbeständig sind und in der Schmuckindustrie verwendet werden. Darüber hinaus finden sie Anwendung bei:
- Bearbeitungswerkzeuge;
- chemische Laborgeräte;
- Funkventile.
Diese Legierungen werden in verwendet Industriebei Automotive und Aerospace, um beispielsweise Turbinen und Triebwerkskomponenten herzustellen. Tantal wird auch für verwendet Glasherstellung mit Brechungsindizes Sonderangebote, die zur Herstellung von Leichtbaukameras verwendet werden.
Die größte Verwendung von Tantal erfolgt jedoch durch Tantaloxid, Ta2Ö5, aufgrund seiner hohen Kapazität, in der Produktion von Kondensatoren. Diese elektronischen Geräte haben die Fähigkeit zu speichern elektrische Ladungen Im Inneren werden große Mengen an Strom an den Stromkreis abgegeben, was bei Geräten, die große Intensitäten erfordern, sehr nützlich ist Kette.
Tantalkondensatoren haben den Vorteil, dass sie kleiner sind und eine gewisse Kapazität (Größenordnung von ca misst die speicherbare Ladungsmenge) in einer kleineren volumetrischen Einheit als Kondensatoren traditionell.
Dies ist für die Optimierung und Minimierung der elektrischen Schaltung unerlässlich, da die Nachfrage nach kleineren und tragbaren Komponenten steigt. Darüber hinaus haben sie einen geringen Leckstrom, eine höhere Stabilität und eine längere Lebensdauer. Sie haben jedoch höhere Kosten.
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Vorsichtsmaßnahmen mit Tantal
Dieses Metall bereitet dem Menschen normalerweise keine Probleme.
- Tantal und seine Hauptverbindungen sind nicht als krebserregend eingestuft.
- Tantalsalze sind ungiftig, da sie schlecht absorbiert und leicht ausgeschieden werden.
- Die Trägheit von Tantal erlaubt sogar den Einsatz als Prothese beim Menschen.
Geschichte des Tantals
Tantal war zunächst extrahiert aus Mineralproben des schwedischen Chemikers Anders Ekeberg, 1802. Aufgrund seiner großen Beständigkeit gegenüber sauren Lösungen nannte Ekeberg das Element Tantal, in Anlehnung an den König von griechische Mythologie Tantalus, bekannt für sein Leiden.
König Tantalus, der einzige Sterbliche, der am Tisch der olympischen Götter saß, wurde von der bestraft Götter dafür, ehrgeizig zu sein. Er wurde nach Tartarus (der Unterwelt) geschickt, wo es ein Tal voller Vegetation, Nahrung und Wasser gab.
Als Teil der Bestrafung wurde König Tantalus jedoch dazu verurteilt, seinen Hunger oder Durst nicht stillen zu können, wie bei der Bei der Annäherung an das Wasser entwässerte es, und bei der Annäherung an die Bäume wurden die Äste durch die aus seiner Reichweite entfernt Wind.
wegen ihrer Ähnlichkeiten mit Niob, wurde angenommen, dass dies und Tantal dasselbe Element seien. Dies dauerte sechs Jahrzehnte, und Niob wurde damals als Columbium bezeichnet und 1801 von Charles Hatchett entdeckt.
1844 behauptete der Deutsche Heinrich Rose sogar, dass Tantalit neben Tantal noch zwei weitere Metalle enthalte, die wurden von ihm Niob (in Anlehnung an Niobe, Tochter des Tantalus) und Pelopio (in Anlehnung an Pelops, Sohn des Tantal). Rose machte, ohne es zu merken, die von Hatchett durchgeführte Wiederentdeckung von Niob, nannte es jedoch Niob.
Später, 1847, führte der Chemiker R. Hermann sagte, er habe ein weiteres Element entdeckt, das Tantal, Niob und Pelopium ähnelt, und es Ilmenium genannt, in Anlehnung an das Ilmensky-Gebirge in Russland.
Doch 1868 endlich der Schweizer Wissenschaftler Jean Charles Galissard Marignac gelungen, Niob und Tantal zu trennen. Aus einer Mischung von Tantal- und Nioboxiden gewann Marignac die Fluoride dieser Verbindungen.
Marignac untersuchte die unterschiedlichen Löslichkeiten beider und zerlegte sie. Ein weiterer Wissenschaftler, der zur Trennung der beiden Elemente beitrug, war der Schwede Christian Wilhelm Blomstrand, als er einen neuen identifizierte Chlorid aus Niob.
So kam der britische Chemiker Henry Enfield Roscoe zu dem Schluss, dass sowohl Marignac als auch Blomstrand dies beweisen konnten In Tantalit gab es nur zwei Metalle: Tantal und Niob, während die anderen vorgeschlagenen Metalle nichts weiter als einfache Mischungen aus beiden in unterschiedlichen Anteilen waren, die auch andere Elemente wie Wolfram, Titan und Eisen enthalten könnten. Der Name Columbium blieb als Alternative zu Niob bis in die 1950er Jahre erhalten.
Gelöste Übungen zu Tantal
Frage 1
(Enem 2018) In der griechischen Mythologie war Niobia die Tochter von Tantalus, zwei Charakteren, die für ihr Leiden bekannt sind. Das chemische Element mit der Ordnungszahl (Z) gleich 41 hat chemische und physikalische Eigenschaften, die denen des Elements mit der Ordnungszahl 73 so ähnlich sind, dass sie verwechselt wurden. Zu Ehren dieser beiden Figuren aus der griechischen Mythologie erhielten diese Elemente daher die Namen Niob (Z = 41) und Tantal (Z = 73). Große wirtschaftliche Bedeutung erlangten diese beiden chemischen Elemente in der Metallurgie bei der Herstellung von Supraleiter und in anderen Anwendungen in der High-End-Industrie, gerade wegen der chemischen und physikalischen Eigenschaften beiden gemeinsam.
KEAN, S. Der verschwundene Löffel: und andere wahre Geschichten über Wahnsinn, Liebe und Tod durch chemische Elemente. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (angepasst).
Die wirtschaftliche und technologische Bedeutung dieser Elemente aufgrund der Ähnlichkeit ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften ist auf die zurückzuführen
A) Elektronen in der f-Unterebene haben.
B) Elemente des internen Übergangs sein.
C) gehören zu derselben Gruppe im Periodensystem.
D) haben ihre äußersten Elektronen auf den Ebenen 4 bzw. 5.
E) in der Erdalkali- bzw. Alkalifamilie angesiedelt sein.
Auflösung:
Alternative C
Die Verwechslung zwischen Niob und Tantal liegt an der großen Ähnlichkeit ihrer chemischen Eigenschaften. Im QChemie, kann die Ähnlichkeit zwischen Elementen durch die Tatsache erklärt werden, dass sie zu derselben Gruppe im Periodensystem gehören. Mendeleev gruppierte sie sogar unter Berücksichtigung der Ähnlichkeit chemischer und physikalischer Eigenschaften.
Frage 2
Tantal kann aus einem Mineral namens Tantalit gewonnen werden, dessen Zusammensetzung variieren kann. Eine der möglichen Zusammensetzungen ist die aus Eisen-II-Oxid und Tantal, FeTa2Ö6.
In der gezeigten Zusammensetzung von Tantalit ist die Oxidationszahl von Tantal:
A) +2
B) +3
c) +5
D) +10
E) +12
Auflösung:
Alternative C
Die römische Ziffer II in der Nomenklatur weist darauf hin, dass die Eisenhat in dieser Verbindung eine Oxidationszahl von +2. In Oxiden, die Sauerstoff Es hat eine Oxidationszahl von -2. Somit kann die Oxidationszahl von Tantal wie folgt berechnet werden:
+2 + 2x + 6 (-2) = 0
Wir betrachten x als Oxidationszahl von Tantal. Somit wird die Gleichung auf Null gesetzt, da das fragliche Oxid elektrisch neutral ist und kein a ist Ion.
Wenn wir die Gleichung lösen, haben wir:
2x + 2 - 12 = 0
2x - 10 = 0
2x = 10
x = +5
Tantal erwirbt diese ebenso wie Niob Oxidationszahl in den meisten seiner Verbindungen.
Von Stefano Araújo Novais
Chemielehrer