O tantaal on perioodilise tabeli 5. rühma metall, aatomnumber 73. Sellel on suur keemiline sarnasus nioobium (Nb), selle rühma kohal olev element. Sarnasus on nii suur, et kuus aastakümmet usuti, et need on sama element.
See paistab silma suure keemilise inertsi, mehaanilise vastupidavuse ja kõrge sulamistemperatuuri poolest (kolmas metallide seas). Perioodilisustabel). Tantaaloksiid paistab silma oma suurepäraste elektriliste omaduste (eriti selle mahtuvuse) poolest.
Tänu sellistele omadustele kasutatakse tantaali laialdaselt metallisulamite, telefonikondensaatorite, mobiiltelefonid ja muud elektroonikaseadmed, kõrge temperatuuriga ahjud, samuti proteesid ja muud seadmed kirurgiline. Selle ühendeid kasutatakse erinevates tööstusharudes, nagu lennundus, autotööstus, elektroonika jne.
Vaata ka: Dubnium – 5. rühma element, mis on perioodilises tabelis tantaalist allpool
Tantaali kokkuvõte
- Tantalus on a metallist perioodilise tabeli 5. rühmast, mis näitab suurt keemilist sarnasust nioobiumiga.
- See paistab silma inertsi ja keemilise vastupidavuse ning kõrge sulamistemperatuuri poolest.
- Seda ekstraheeritakse kaubanduslikult tantaliidist.
- Selle peamised kasutusalad hõlmavad metallisulamite ja kondensaatorite tootmist.
- Selle sarnasus nioobiumiga on nii suur, et enam kui kuus aastakümmet arvati, et see on sama element.
Ära nüüd lõpeta... Pärast kuulutust on rohkem ;)
Tantaali omadused
- Sümbol: OKEI.
- Aatomnumber: 73.
- Aatommass: 180 948 c.u.s.
- Liitmispunkt: 3017 °C.
- Keemispunkt: 5425 °C.
- Elektrooniline levitamine: [Xe] 4f14 6s2 5d3.
- Elektronegatiivsus: 1,5.
- Tihedus: 16,69 g.cm-3 (ligi 25°C).
- Keemiline seeria: siirdemetall; rühm 5.
Tantaali omadused
Tantaali omadused on sarnased nioobiumi omadustega. Selle näiteks on asjaolu, et nad reageerivad gaasilise hapnikuga ja halogeenid kõrgel temperatuuril, lisaks reageerib enamiku mittemetallid.
- 4 Ta + 5 O2 → 2 Ta2O5
- 2 Ta + 5 X2 → 2 Maks5, kus X = F, Cl, Br, I
Tantaal esitleb hea korrosioonikindlus, mis tuleneb õhukese kihi moodustumisest oksiid metallpinnal, mis isoleerib aatomid sisemine oksüdatiivsele rünnakule. Element on ka praktiliselt keemiliselt inertne, samuti rünnak happed, erandiga:
- väävelhape;
- vesinikfluoriidhape.
esitleb kolmas kõrgeim sulamistemperatuur metallide seas perioodilisest tabelist, teisel kohal volfram ja reenium. Lisaks sisaldavad tantaaliühendid enamasti metalli oksüdatsiooniaste on +5 ja valdavalt kovalentsete omadustega.
Tea ka:Ütrium - laseri tootmisel kasutatav haruldane muldmetall
Tantaali esinemine ja saamine
Hinnanguliselt 1,7 ppm (miljoni osa, mg.kg-1) kell Maakoor ja umbes 0,002 ppb (miljardiosa, mg.t-1) merevees on tantaal metalliline element aastal suhteliselt haruldane planeet.
Tantaal ja selle sarnane nioobium esinevad samaaegselt mineraalkolumbiidis (Fe, Mn) (Nb, Ta)2O6. Kui kolumbiidis on aga suurem tantaalisisaldus, nimetatakse seda tantaliidiks.
THE Tantaali saadakse kasutades alused sulanud, mis võib lahustada Nb2O5 ja ta2O5. Kui saadud sulam lahustada vees, saab nioobiumisoolad tantaalisooladest eraldada, kuna tantaalisoolad sadestuvad pH kõrgem (vahemikus 10).
Teine viis tantaali saamiseks Nb-oksiidide segust2O5 ja ta2O5 valatud alusel on läbi kasutades ära selle suuremat põhilisust. Sellises olukorras kasutage a lahendus kontrollitud HF ja KF kontsentratsiooniga vesi, moodustades K2(NbOF5) ja K2(TaF7), esimene on vees paremini lahustuv kui teine.
Tantaali rakendused
Esimesed tantaali kasutusalad leidsid aset 20. sajandi alguses, läbi uued ekstraheerimis- ja puhastamismeetodid. Näiteks 1905. aastal konstrueerisid Ernst Werner von Siemensi insenerid elektripirne. hõõglamp, kasutades tantaalfilamente, püüdes asendada hapraid filamente süsinik seni kasutatud.
Kuid varsti pärast seda, 1909. aastal, asendati tantaal volframiga, perioodilise tabeli kõrgeima sulamistemperatuuriga metalliga, vähendades seega tööstuslikku nõudlust selle järele.
Tantaali uurimise jätkamine tuli koos sulamite tootmine, nagu Ta-Ni (tantal-nikkel), mis on väga korrosioonikindlad, mida kasutatakse juveelitööstuses. Lisaks kohaldatakse neid:
- Töötlemistööriistad;
- keemialabori seadmed;
- raadioventiilid.
Neid sulameid kasutatakse tööstuselejuures auto- ja kosmosetööstus, et toota näiteks turbiine ja mootorikomponente. Tantaali kasutatakse ka klaasi tootmine koos murdumisnäitajad eripakkumised, mida kasutatakse kergete kaamerate tootmiseks.
Kõige enam kasutatakse tantaali aga tantaaloksiidi Ta kaudu2O5, tänu oma suurele mahtuvusele tootmine kondensaatorid. Need elektroonilised seadmed on võimelised salvestama elektrilaengud sees, tühjendades ahelasse suures koguses elektrit, mis on väga kasulik seadmetes, mis nõuavad suurt intensiivsust. kett.
Tantaalkondensaatorite eeliseks on see, et nad on väiksemad ja pakuvad teatud mahtuvust (suurusaste mõõdab salvestatava laengu hulka) väiksemas mahuühikus kui kondensaatorid traditsiooniline.
See on hädavajalik elektriahela optimeerimiseks ja minimeerimiseks, kuna nõudlus väiksemate ja kaasaskantavate komponentide järele kasvab. Lisaks on neil madal lekkevool, suurem stabiilsus ja pikem kasutusiga. Nende maksumus on aga kõrgem.
Tea rohkem: Koobalt – rauaga sarnase magnetilise omadusega element
Ettevaatusabinõud tantaali kasutamisel
Tavaliselt ei tekita see metall inimestele probleeme.
- Tantaal ja selle peamised ühendid ei kuulu kantserogeenide hulka.
- Tantaalisoolad on mittetoksilised, kuna need imenduvad halvasti ja kergesti elimineeruvad.
- Tantaali inerts võimaldab seda kasutada isegi inimesel proteesina.
Tantaali ajalugu
Tantaal oli algselt kaevandas mineraaliproovidest Rootsi keemik Anders Ekeberg, 1802. aastal. Tänu oma suurele vastupidavusele happelistele lahustele andis Ekeberg elemendile nimeks tantaali, viidates Eesti kuningale. Kreeka mütoloogia Tantalus, tuntud oma kannatuste poolest.
Kuningas Tantalus, ainus surelik, kes istus Olümpia jumalate laua taga, sai karistuse jumalad ambitsioonikuse eest. Ta saadeti Tartarosesse (allilma), kus oli org täis taimestikku, toitu ja vett.
Kuid karistuse osana mõisteti kuningas Tantalus, et ta ei suutnud kustutada oma nälga ega janu, nagu Veele lähenedes see kuivendas ja puudele lähenedes eemaldasid oksad tema käeulatusest. tuul.
nende tõttu sarnasused nioobiumiga, usuti, et see ja tantaal on sama element. See kestis kuus aastakümmet ja nioobiumi nimetati siis kolumbiumiks, mille avastas 1801. aastal Charles Hatchett.
1844. aastal väitis sakslane Heinrich Rose koguni, et tantaliit sisaldab lisaks tantaalile veel kahte metalli, mis ta nimetas neid nioobiumiks (viidates Tantaluse tütrele Niobele) ja pelopioks (viidates Pelopsi pojale tantaal). Rose tegi Hatchetti poolt läbi viidud kolumbiumi taasavastuse, ilma seda mõistmata, aga nimetas seda nioobiumiks.
Hiljem, 1847. aastal, keemik R. Hermann ütles, et on avastanud veel ühe tantaali, nioobiumi ja peloopiumiga sarnase elemendi, nimetades seda ilmeniumiks, viidates Venemaal asuvatele Ilmenski mägedele.
Kuid 1868. aastal sai lõpuks Šveitsi teadlane Jean Charles Galissard Marignac õnnestus eraldada nioobium ja tantaali. Marignac sai tantaali ja nioobiumoksiidide segust nende ühendite fluoriidid.
Uurides mõlema erinevat lahustuvust, eraldas Marignac need. Teine teadlane, kes aitas kaasa kahe elemendi eraldamisele, oli rootslane kristlane Wilhelm Blomstrand, kui ta tuvastas uue kloriid nioobiumist.
Nii jõudis Briti keemik Henry Enfield Roscoe järeldusele, et nii Marignac kui ka Blomstrand suutsid tõestada, et tantaliidis oli ainult kaks metalli: tantaal ja nioobium, samas kui teised välja pakutud metallid ei olnud midagi muud kui mõlema lihtsad segud erinevates vahekordades, mis võisid sisaldada ka muid elemente, nagu volfram, titaan ja raud. Nimetus kolumbium jäi nioobiumi alternatiiviks kuni 1950. aastateni.
Lahendas harjutusi tantaalil
küsimus 1
(Enem 2018) Kreeka mütoloogias oli Niobia kahe kannatuste poolest tuntud tegelase Tantaluse tütar. Keemilise elemendi aatomnumbriga (Z) 41 on keemilised ja füüsikalised omadused nii sarnased elemendi aatomnumbriga 73 omadega, et need on segamini aetud. Seetõttu anti nende kahe kreeka mütoloogia tegelase auks nendele elementidele nimed nioobium (Z = 41) ja tantaal (Z = 73). Need kaks keemilist elementi omandasid metallurgias, tootmisel suure majandusliku tähtsuse ülijuhtides ja muudes rakendustes tipptööstuses, just keemiliste ja füüsikaliste omaduste tõttu ühine mõlemale.
KEAN, S. Kaduv lusikas: ja muud tõetruud lood hullumeelsusest, armastusest ja surmast keemiliste elementide tõttu. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (kohandatud).
Nende elementide majanduslik ja tehnoloogiline tähtsus nende keemiliste ja füüsikaliste omaduste sarnasuse tõttu on tingitud
A) omama elektrone f alamtasandil.
B) olema sisemise ülemineku elemendid.
C) kuuluvad perioodilisuse tabeli samasse rühma.
D) nende välimised elektronid on vastavalt tasemel 4 ja 5.
E) asuma vastavalt leelismuldmetallide ja leelismetallide perekonda.
Resolutsioon:
Alternatiiv C
Segiajamine nioobiumi ja tantaali vahel tekib nende keemiliste omaduste suure sarnasuse tõttu. sisse Kkeemia, võib elementide sarnasust seletada sellega, et nad kuuluvad perioodilisuse tabeli samasse rühma. Mendelejev isegi rühmitas need, võttes arvesse keemiliste ja füüsikaliste omaduste sarnasust.
küsimus 2
Tantaali saab ekstraheerida mineraalist, mida nimetatakse tantaliidiks, mille koostis võib olla erinev. Üks võimalikest koostistest on raud-II oksiid ja tantaali FeTa2O6.
Näidatud tantaliidi koostises on tantaali oksüdatsiooniarv:
A) +2
B) +3
C) +5
D) +10
E) +12
Resolutsioon:
Alternatiiv C
Rooma number II nomenklatuuris näitab, et raud, selles ühendis on oksüdatsiooniarv +2. Oksiidides on hapnikku Selle oksüdatsiooniarv on -2. Seega saab tantaali oksüdatsiooniarvu arvutada järgmiselt:
+2 + 2x + 6 (-2) = 0
Arvestame x tantaali oksüdatsiooniarvuks. Seega on võrrand seatud nulliks, kuna kõnealune oksiid on elektriliselt neutraalne, mitte ioon.
Võrrandi lahendamisel on meil:
2x + 2 - 12 = 0
2x - 10 = 0
2x = 10
x = +5
Tantaal, nagu nioobium, omandab selle oksüdatsiooninumber enamikus selle ühendites.
Autor Stefano Araújo Novais
Keemia õpetaja
