Ταντάλιο (Ta): χαρακτηριστικά, απόκτηση, ιστορία

Ο ταντάλιο είναι ένα μέταλλο της ομάδας 5 του Περιοδικού Πίνακα, ατομικός αριθμός 73. Έχει μεγάλη χημική ομοιότητα με το νιόβιο (Σημ.), στοιχείο ακριβώς πάνω στην ομάδα του. Η ομοιότητα είναι τόσο μεγάλη που, για έξι δεκαετίες, πίστευαν ότι ήταν το ίδιο στοιχείο.

Ξεχωρίζει για τη μεγάλη χημική του αδράνεια, τη μηχανική του αντοχή, καθώς και για το υψηλό σημείο τήξης του (το τρίτο υψηλότερο μεταξύ των μετάλλων του Περιοδικός Πίνακας). Το οξείδιο του τανταλίου ξεχωρίζει λόγω των εξαιρετικών ηλεκτρικών ιδιοτήτων του (συγκεκριμένα της χωρητικότητάς του).

Τέτοιες ιδιότητες κάνουν το ταντάλιο να χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή μεταλλικών κραμάτων, πυκνωτών τηλεφώνου, κινητά τηλέφωνα και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές, φούρνοι υψηλής θερμοκρασίας, καθώς και προθέσεις και άλλος εξοπλισμός χειρουργικός. Οι ενώσεις του χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς της βιομηχανίας, όπως η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία, τα ηλεκτρονικά, μεταξύ άλλων.

Δείτε επίσης: Dubnium — στοιχείο της ομάδας 5 που βρίσκεται κάτω από το ταντάλιο στον Περιοδικό Πίνακα

Περίληψη του Ταντάλου

• Ο Τάνταλος είναι α μέταλλο από την ομάδα 5 του Περιοδικού Πίνακα που δείχνει μεγάλη χημική ομοιότητα με το νιόβιο.
• Ξεχωρίζει για την αδράνεια και την χημική του αντοχή και το υψηλό σημείο τήξης.
• Εξάγεται στο εμπόριο από τον τανταλίτη.
• Οι κύριες χρήσεις του περιλαμβάνουν την κατασκευή μεταλλικών κραμάτων και πυκνωτών.
• Η ομοιότητά του με το νιόβιο είναι τόσο μεγάλη που για περισσότερες από έξι δεκαετίες πιστεύεται ότι είναι το ίδιο στοιχείο.

Ιδιότητες τανταλίου

• Σύμβολο: ΕΝΤΑΞΕΙ.
• Ατομικός αριθμός: 73.
• Ατομική μάζα: 180.948 κ.ε.
• Σημείο σύντηξης: 3017°C.
• Σημείο βρασμού: 5425°C.
• Ηλεκτρονική διανομή: [Xe] 4f¹⁴ 6 δευτ² 5δ³.
• Ηλεκτραρνητικότητα: 1,5.
• Πυκνότητα: 16,69 γρ.εκ^-3 (κοντά στους 25°C).
• Χημική σειρά: Μεταβατικό μέταλλο? ομάδα 5.

Χαρακτηριστικά τανταλίου

Τα χαρακτηριστικά του τανταλίου είναι παρόμοια με εκείνα του νιοβίου. Ένα παράδειγμα αυτού είναι το γεγονός ότι αντιδρούν με αέριο οξυγόνο και αλογόνα σε υψηλή θερμοκρασία, εκτός από την αντίδραση με τα περισσότερα από τα αμέταλλα.

• 4 Τα + 5 Ο₂ → 2 Τα₂Ο₅
• 2 Τα + 5 Χ₂ → 2 Φορ₅, με X = F, Cl, Br, I

Το ταντάλιο παρουσιάζει καλή αντοχή στη διάβρωση, που προκύπτει από το σχηματισμό ενός λεπτού στρώματος από οξείδιο στη μεταλλική επιφάνεια που μονώνει το άτομα εσωτερική έως οξειδωτική επίθεση. Το στοιχείο είναι επίσης πρακτικά χημικά αδρανές, καθώς και η επίθεση του οξέα, με την εξαίρεση του:

• θειικό οξύ;
• υδροφθορικό οξύ.

παρουσιάζει το τρίτο υψηλότερο σημείο τήξης μεταξύ των μετάλλων του Περιοδικού Πίνακα, δεύτερος μόνο σε βολφράμιο και ρήνιο. Επιπλέον, οι ενώσεις τανταλίου, ως επί το πλείστον, παρουσιάζουν το μέταλλο με κατάσταση οξείδωσης ίση με +5 και με κυρίως ομοιοπολικά χαρακτηριστικά.

Επίσης γνωρίζω:ύττριο - μέταλλο σπανίων γαιών που χρησιμοποιείται στην κατασκευή λέιζερ

Εμφάνιση και λήψη τανταλίου

Με εκτιμώμενη αφθονία 1,7 ppm (μέρη ανά εκατομμύριο, mg.kg^-1) στο φλοιός της γης και περίπου 0,002 ppb (μέρη ανά δισεκατομμύριο, mg.t^-1) στο θαλασσινό νερό, το ταντάλιο είναι ένα μεταλλικό στοιχείο σχετικά σπάνιο σε πλανήτης.

Δείγμα τανταλίτη, το κύριο μετάλλευμα τανταλίου.

Το ταντάλιο και το παρόμοιό του νιόβιο απαντώνται ταυτόχρονα στο ορυκτό κολομβίτη, (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂Ο₆. Ωστόσο, όταν το columbite έχει υψηλότερη περιεκτικότητα σε ταντάλιο, ονομάζεται τανταλίτης.

Ο Το ταντάλιο λαμβάνεται με τη χρήση του βάσεις λιωμένο, που μπορεί να διαλύσει το Nb₂Ο₅ και τα₂Ο₅. Εάν το προκύπτον τήγμα διαλυθεί σε νερό, τα άλατα νιοβίου μπορούν να διαχωριστούν από τα άλατα τανταλίου, καθώς τα άλατα τανταλίου καθιζάνουν pH υψηλότερα (στην περιοχή των 10).

Ένας άλλος τρόπος λήψης τανταλίου από το μείγμα οξειδίων Nb₂Ο₅ και τα₂Ο₅ σε cast βάση γίνεται μέσω του εκμεταλλευόμενος τη μεγαλύτερη βασικότητά του. Σε αυτήν την περίπτωση, χρησιμοποιήστε a λύση νερό με ελεγχόμενη συγκέντρωση HF και KF, σχηματίζοντας Κ₂(NbOF₅) και Κ₂(TaF₇), το πρώτο είναι πιο διαλυτό στο νερό από το δεύτερο.

Εφαρμογές τανταλίου

Οι πρώτες χρήσεις του τανταλίου έγιναν στις αρχές του 20ου αιώνα, έως νέες τεχνικές εκχύλισης και καθαρισμού. Το 1905, για παράδειγμα, μηχανικοί που εργάζονταν για τον Ernst Werner von Siemens σχεδίασαν λαμπτήρες πυρακτώσεως με χρήση νημάτων τανταλίου, σε μια προσπάθεια αντικατάστασης των εύθραυστων νημάτων του άνθρακας χρησιμοποιείται μέχρι τότε.

Ωστόσο, λίγο αργότερα, το 1909, το ταντάλιο αντικαταστάθηκε από το βολφράμιο, το μέταλλο με το υψηλότερο σημείο τήξης στον Περιοδικό Πίνακα, μειώνοντας έτσι τη βιομηχανική ζήτηση για αυτό.

Μεταλλικό ταντάλιο σε μορφή συρμάτων: η ολκιμότητα και το υψηλό σημείο τήξης επέτρεψαν την εφαρμογή του σε λαμπτήρες πυρακτώσεως.

Η επανέναρξη της εξερεύνησης τανταλίου ήρθε με το κατασκευή κραμάτων, όπως το Ta-Ni (ταντάλιο-νικέλιο), που είναι πολύ ανθεκτικά στη διάβρωση, που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία κοσμημάτων. Επιπλέον, εφαρμόζονται σε:

• εργαλεία μηχανικής κατεργασίας?
• εξοπλισμός χημικού εργαστηρίου.
• ραδιοβαλβίδες.

Αυτά τα κράματα χρησιμοποιούνται σε βιομηχανίαστο αυτοκινητοβιομηχανία και αεροδιαστημική για την παραγωγή στροβίλων και εξαρτημάτων κινητήρων, για παράδειγμα. Το ταντάλιο χρησιμοποιείται επίσης για κατασκευή γυαλιού με δείκτες διάθλασης ειδικές προσφορές, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ελαφρών καμερών.

Ωστόσο, η μεγαλύτερη χρήση του τανταλίου συμβαίνει μέσω του οξειδίου του τανταλίου, Ta₂Ο₅, λόγω της υψηλής χωρητικότητάς του, στο παραγωγή του πυκνωτές. Αυτές οι ηλεκτρονικές συσκευές έχουν τη δυνατότητα αποθήκευσης ηλεκτρικά φορτία στο εσωτερικό, εκφορτώνοντας μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας στο κύκλωμα, κάτι που είναι πολύ χρήσιμο σε συσκευές που απαιτούν μεγάλες εντάσεις αλυσίδα.

Αρκετοί πυκνωτές: Οι πυκνωτές τανταλίου έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι μικρότεροι.

Οι πυκνωτές τανταλίου έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι μικρότεροι, προσφέροντας μια ορισμένη χωρητικότητα (μέγεθος που μετρά την ποσότητα φορτίου που μπορεί να αποθηκευτεί) σε μικρότερη ογκομετρική μονάδα από τους πυκνωτές παραδοσιακός.

Αυτό είναι απαραίτητο για τη βελτιστοποίηση και την ελαχιστοποίηση του ηλεκτρικού κυκλώματος, καθώς η ζήτηση για μικρότερα και φορητά εξαρτήματα αυξάνεται. Επιπλέον, έχουν χαμηλό ρεύμα διαρροής, μεγαλύτερη σταθερότητα και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Ωστόσο, έχουν υψηλότερο κόστος.

Μάθετε περισσότερα: Κοβάλτιο — ένα στοιχείο που έχει μαγνητικές ιδιότητες παρόμοιες με το σίδηρο

Προφυλάξεις με ταντάλιο

Αυτό το μέταλλο συνήθως δεν παρουσιάζει προβλήματα στους ανθρώπους.

• Το ταντάλιο και οι κύριες ενώσεις του δεν ταξινομούνται ως καρκινογόνες ουσίες.
• Τα άλατα τανταλίου είναι μη τοξικά καθώς απορροφώνται ελάχιστα και απομακρύνονται εύκολα.
• Η αδράνεια του τανταλίου επιτρέπει τη χρήση του ακόμη και ως πρόσθεση στον άνθρωπο.

Ιστορία του τανταλίου

Το ταντάλιο ήταν αρχικά εξήχθη από δείγματα ορυκτών από τον Σουηδό χημικό Anders Ekeberg, το 1802. Λόγω της μεγάλης αντοχής του στα όξινα διαλύματα, ο Ekeberg ονόμασε το στοιχείο ταντάλιο, σε σχέση με τον βασιλιά του ελληνική μυθολογία Ο Τάνταλος, γνωστός για τα βάσανά του.

Ο βασιλιάς Τάνταλος, ο μόνος θνητός που καθόταν στο τραπέζι των Ολύμπιων θεών, τιμωρήθηκε από τους θεούς για να είσαι φιλόδοξος. Στάλθηκε στα Τάρταρα (τον κάτω κόσμο), όπου υπήρχε μια κοιλάδα γεμάτη βλάστηση, τροφή και νερό.

Ωστόσο, ως μέρος της τιμωρίας, ο βασιλιάς Τάνταλος καταδικάστηκε να μην μπορεί να σβήσει την πείνα ή τη δίψα του, όπως Όταν πλησίαζε το νερό, στράγγιζε και όταν πλησίαζε τα δέντρα, τα κλαδιά αφαιρούνταν από το νερό άνεμος.

Τέχνη που δείχνει την τιμωρία του Ταντάλου.

εξαιτίας τους ομοιότητες με το νιόβιο, πιστευόταν ότι αυτό και το ταντάλιο ήταν το ίδιο στοιχείο. Αυτό συνεχίστηκε για έξι δεκαετίες και το νιόβιο ονομάστηκε τότε κολόμβιο, που ανακαλύφθηκε το 1801 από τον Τσαρλς Χάτσετ.

Το 1844, ο Γερμανός Heinrich Rose ισχυρίστηκε μάλιστα ότι ο τανταλίτης περιείχε, εκτός από το ταντάλιο, δύο άλλα μέταλλα, τα οποία ονομάζονταν από αυτόν νιόβιο (σε αναφορά στη Νιόβη, κόρη του Τάνταλου) και πελόπιο (σε αναφορά στον Πέλοπα, γιο του Ταντάλιο). Ο Ρόουζ, χωρίς να το καταλάβει, έκανε την εκ νέου ανακάλυψη του κολομβίου που πραγματοποίησε ο Χάτσετ, ωστόσο το ονόμασε νιόβιο.

Αργότερα, το 1847, ο χημικός Ρ. Ο Χέρμαν είπε ότι είχε ανακαλύψει ένα ακόμη στοιχείο παρόμοιο με το ταντάλιο, το νιόβιο και το πελόπιο, που το ονόμασε ιλμένιο, σε σχέση με τα βουνά Ιλμένσκι στη Ρωσία.

Ωστόσο, το 1868, επιτέλους, ο Ελβετός επιστήμονας Jean Charles Galissard Marignac κατάφερε να διαχωρίσει το νιόβιο και το ταντάλιο. Από ένα μείγμα οξειδίων τανταλίου και νιοβίου, το Marignac έλαβε τα φθορίδια αυτών των ενώσεων.

Εξερευνώντας τις διαφορετικές διαλυτότητες και των δύο, ο Marignac τις χώρισε. Ένας άλλος επιστήμονας που συνέβαλε στον διαχωρισμό των δύο στοιχείων ήταν ο Σουηδός χριστιανός Wilhelm Blomstrand, όταν εντόπισε ένα νέο χλωριούχο του νιοβίου.

Έτσι, ο Βρετανός χημικός Henry Enfield Roscoe κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τόσο ο Marignac όσο και ο Blomstrand ήταν σε θέση να αποδείξουν ότι στον τανταλίτη υπήρχαν μόνο δύο μέταλλα: το ταντάλιο και το νιόβιο, ενώ τα άλλα προτεινόμενα μέταλλα δεν ήταν τίποτα άλλο από απλά μείγματα και των δύο σε διαφορετικές αναλογίες που θα μπορούσαν να περιέχουν και άλλα στοιχεία, όπως βολφράμιο, τιτάνιο και σίδηρο. Το όνομα columbium παρέμεινε ως εναλλακτική λύση στο νιόβιο μέχρι τη δεκαετία του 1950.

Λυμένες ασκήσεις για ταντάλιο

ερώτηση 1

(Enem 2018) Στην ελληνική μυθολογία, η Νιόβια ήταν η κόρη του Τάνταλου, δύο χαρακτήρων γνωστών για τα βάσανα. Το χημικό στοιχείο με ατομικό αριθμό (Ζ) ίσο με 41 έχει χημικές και φυσικές ιδιότητες τόσο παρόμοιες με αυτές του στοιχείου με ατομικό αριθμό 73 που έχουν μπερδευτεί. Ως εκ τούτου, προς τιμήν αυτών των δύο χαρακτήρων από την ελληνική μυθολογία, τα στοιχεία αυτά έλαβαν τα ονόματα νιόβιο (Ζ = 41) και ταντάλιο (Ζ = 73). Αυτά τα δύο χημικά στοιχεία απέκτησαν μεγάλη οικονομική σημασία στη μεταλλουργία, στην παραγωγή των υπεραγωγών και σε άλλες εφαρμογές στη βιομηχανία υψηλής τεχνολογίας, ακριβώς για τις χημικές και φυσικές ιδιότητες κοινά και στα δύο.

KEAN, Σ. The Disappearing Spoon: and Other True Stories of Madness, Love and Death from Chemical Elements. Ρίο ντε Τζανέιρο: Zahar, 2011 (διασκευή).

Η οικονομική και τεχνολογική σημασία αυτών των στοιχείων, λόγω της ομοιότητας των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων τους, οφείλεται στην

Α) έχουν ηλεκτρόνια στο υποεπίπεδο f.

Β) είναι στοιχεία εσωτερικής μετάβασης.

Γ) ανήκουν στην ίδια ομάδα στον περιοδικό πίνακα.

Δ) έχουν τα εξωτερικά ηλεκτρόνια τους στα επίπεδα 4 και 5, αντίστοιχα.

Ε) να εντοπίζονται στην οικογένεια των αλκαλικών γαιών και των αλκαλικών, αντίστοιχα.

Ανάλυση:

Εναλλακτική Γ

Η σύγχυση μεταξύ νιοβίου και τανταλίου συμβαίνει λόγω της μεγάλης ομοιότητας των χημικών τους ιδιοτήτων. Σε Qχημεία, η ομοιότητα μεταξύ των στοιχείων μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι ανήκουν στην ίδια ομάδα στον Περιοδικό Πίνακα. Ο Mendeleev μάλιστα τα ομαδοποίησε λαμβάνοντας υπόψη την ομοιότητα χημικών και φυσικών ιδιοτήτων.

Ερώτηση 2

Το ταντάλιο μπορεί να εξαχθεί από ένα ορυκτό που ονομάζεται τανταλίτης, του οποίου η σύνθεση μπορεί να ποικίλλει. Μία από τις πιθανές συνθέσεις είναι αυτή του οξειδίου του σιδήρου II και του τανταλίου, FeTa₂Ο₆.

Στην αποδεδειγμένη σύνθεση του τανταλίτη, ο αριθμός οξείδωσης του τανταλίου είναι:

Α) +2

Β) +3

Γ) +5

Δ) +10

Ε) +12

Ανάλυση:

Εναλλακτική Γ

Ο ρωμαϊκός αριθμός II στην ονοματολογία δείχνει ότι το σίδερο, σε αυτή την ένωση, έχει αριθμό οξείδωσης +2. Στα οξείδια, το οξυγόνο Έχει αριθμό οξείδωσης -2. Έτσι, ο αριθμός οξείδωσης του τανταλίου μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:

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

Θεωρούμε x τον αριθμό οξείδωσης του τανταλίου. Έτσι, η εξίσωση τίθεται στο μηδέν, αφού το εν λόγω οξείδιο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, δεν είναι α ιόν.

Λύνοντας την εξίσωση έχουμε:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

x = +5

Το ταντάλιο, όπως και το νιόβιο, το αποκτά αυτό αριθμός οξείδωσης στις περισσότερες ενώσεις του.

Του Stefano Araújo Novais
Καθηγητής Χημείας