Tantaali (Ta): ominaisuudet, saanti, historia

O tantaali on jaksollisen järjestelmän ryhmän 5 metalli, atominumero 73. Sillä on suuri kemiallinen samankaltaisuus niobium (Nb), ryhmänsä yläpuolella oleva elementti. Samankaltaisuus on niin suuri, että kuuden vuosikymmenen ajan uskottiin niiden olevan sama elementti.

Se erottuu erinomaisesta kemiallisesta inertisyydestään, mekaanisesta kestävyydestään sekä korkeasta sulamispisteestä (kolmanneksi korkein metallien joukossa). Jaksollinen järjestelmä). Tantaalioksidi erottuu edukseen erinomaisista sähköominaisuuksistaan ​​(erityisesti sen kapasitanssista).

Tällaisten ominaisuuksien ansiosta tantaalia käytetään laajalti metalliseosten, puhelinkondensaattoreiden, matkapuhelimet ja muut elektroniset laitteet, korkean lämpötilan uunit sekä proteesit ja muut laitteet kirurginen. Sen yhdisteitä käytetään teollisuuden eri aloilla, kuten ilmailu-, auto- ja elektroniikkateollisuudessa.

Katso myös: Dubnium — ryhmän 5 alkuaine, joka on tantaalia pienempi jaksollisessa taulukossa

Yhteenveto tantaalista

• Tantalus on a
  metalli- jaksollisen järjestelmän ryhmästä 5, joka osoittaa suurta kemiallista samankaltaisuutta niobin kanssa.
• Se erottuu inertiastaan ​​ja kemikaalinkestävyydestään sekä korkeasta sulamispisteestään.
• Se uutetaan kaupallisesti tantaliitista.
• Sen pääasiallisia käyttötarkoituksia ovat metalliseosten ja kondensaattorien valmistus.
• Sen samankaltaisuus niobiumin kanssa on niin suuri, että yli kuuden vuosikymmenen ajan sen uskottiin olevan sama elementti.

Tantaalin ominaisuudet

• Symboli: OK.
• Atominumero: 73.
• Atomimassa: 180 948 c.u.s.
• Fuusiopiste: 3017 °C.
• Kiehumispiste: 5425 °C.
• Sähköinen jakelu: [Xe] 4f¹⁴ 6s² 5d³.
• Elektronegatiivisuus: 1,5.
• Tiheys: 16,69 g.cm^-3 (lähes 25°C).
• Kemiallinen sarja: siirtymämetalli; ryhmä 5.

Tantaalin ominaisuudet

Tantaalin ominaisuudet ovat samanlaiset kuin niobiumin. Esimerkki tästä on se, että ne reagoivat happikaasun ja halogeenit korkeassa lämpötilassa sen lisäksi, että se reagoi useimpien kanssa epämetallit.

• 4 Ta + 5 O₂ → 2 Ta₂O₅
• 2 Ta + 5 X₂ → 2 Vero₅, jossa X = F, Cl, Br, I

Tantaali esittelee hyvä korroosionkestävyys, joka johtuu ohuen kerroksen muodostumisesta oksidi metallipinnalla, joka eristää atomeja sisäinen oksidatiiviseen hyökkäykseen. Elementti on myös käytännössä kemiallisesti inertti, sekä hyökkäys hapot, lukuunottamatta:

• rikkihappo;
• fluorivetyhappoa.

esittelee metallien kolmanneksi korkein sulamispiste jaksollisen järjestelmän, toiseksi vain volframi ja renium. Lisäksi tantaaliyhdisteet sisältävät suurimman osan metallista hapetusaste on +5 ja joilla on pääasiassa kovalenttisia ominaisuuksia.

Tiedä myös:yttrium - laservalmistuksessa käytetty harvinaista maametallia

Tantaalin esiintyminen ja saanti

Arvioitu runsaus on 1,7 ppm (miljoonasosia, mg.kg^-1) klo Maankuori ja noin 0,002 ppb (miljardiosaa, mg.t^-1) merivedessä tantaali on metallialkuaine suhteellisen harvinainen maassa planeetta.

Näyte tantaliitista, tärkeimmistä tantaalimalmista.

Tantaalia ja sen kaltaista niobiumia esiintyy samanaikaisesti kolumbiitissa (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂O₆. Kuitenkin, kun kolumbiitissa on korkeampi tantaalipitoisuus, sitä kutsutaan tantaliitiksi.

THE Tantaalia saadaan käyttämällä pohjat sulatettu, joka voi liuottaa Nb₂O₅ ja ta₂O₅. Jos syntynyt sulate liuotetaan veteen, niobiumsuolat voidaan erottaa tantaalisuoloista, koska tantaalisuolat saostuvat pH korkeampi (välillä 10).

Toinen tapa saada tantaalia Nb-oksidien seoksesta₂O₅ ja ta₂O₅ valettu perusteella on kautta hyödyntäen sen suurempaa emäksisyyttä. Käytä tässä tilanteessa a ratkaisu vesi, jossa on kontrolloitu HF- ja KF-pitoisuus, muodostaen K₂(NbOF₅) ja K₂(TaF₇), edellinen on vesiliukoisempi kuin jälkimmäinen.

Tantaalisovellukset

Ensimmäiset tantaalin käyttötarkoitukset tapahtuivat 1900-luvun alussa, kautta uusia uutto- ja puhdistustekniikoita. Esimerkiksi vuonna 1905 Ernst Werner von Siemensin insinöörit suunnittelivat hehkulamppuja hehkulamppu käyttäen tantaalifilamentteja yrittäen korvata herkät filamentit hiili siihen asti käytetty.

Kuitenkin pian sen jälkeen, vuonna 1909, tantaali korvattiin volframilla, metallilla, jonka sulamispiste on jaksollisen järjestelmän korkein, mikä vähensi sen teollista kysyntää.

Metallinen tantaali lankojen muodossa: sitkeys ja korkea sulamispiste mahdollistivat sen käytön hehkulampuissa.

Tantaalin etsintä aloitettiin uudelleen metalliseosten valmistus, kuten Ta-Ni (tantaali-nikkeli), jotka ovat erittäin korroosionkestäviä ja joita käytetään koruteollisuudessa. Lisäksi niitä sovelletaan:

• työstö työkalut;
• kemian laboratorion laitteet;
• radioventtiilit.

Näitä seoksia käytetään mm alaklo auto- ja ilmailuteollisuudessa esimerkiksi turbiinien ja moottorikomponenttien valmistukseen. Tantaalia käytetään myös lasin valmistus taitekertoimet erikoisuuksia, joita käytetään kevyiden kameroiden valmistukseen.

Suurin tantaalin käyttö tapahtuu kuitenkin tantaalioksidin, Ta: n, kautta₂O₅, sen suuren kapasitanssin vuoksi tuottama kondensaattorit. Näillä elektronisilla laitteilla on kyky tallentaa sähkömaksut sisällä, purkaa suuria määriä sähköä piiriin, mikä on erittäin hyödyllistä laitteissa, jotka vaativat suuria tehoja ketju.

Useita kondensaattoreita: Tantaalikondensaattoreiden etuna on, että ne ovat pienempiä.

Tantaalikondensaattoreiden etuna on, että ne ovat pienempiä ja tarjoavat tietyn kapasitanssin (suuruus, joka mittaa varauksen määrän, joka voidaan varastoida) pienemmässä tilavuusyksikössä kuin kondensaattorit perinteinen.

Tämä on välttämätöntä sähköpiirin optimoinnin ja minimoinnin kannalta, koska pienempien ja kannettavien komponenttien kysyntä kasvaa. Lisäksi niillä on alhainen vuotovirta, parempi vakaus ja pidempi käyttöikä. Niillä on kuitenkin korkeammat kustannukset.

Tietää enemmän: Koboltti - alkuaine, jolla on raudan kaltaiset magneettiset ominaisuudet

Tantaalia koskevat varotoimet

Tämä metalli ei yleensä aiheuta ongelmia ihmisille.

• Tantaalia ja sen pääyhdisteitä ei ole luokiteltu syöpää aiheuttaviksi.
• Tantaalisuolat eivät ole myrkyllisiä, koska ne imeytyvät huonosti ja poistuvat helposti.
• Tantaalin inertia mahdollistaa sen käytön jopa proteesina ihmisillä.

Tantaalin historia

Tantaali oli alun perin ruotsalainen kemisti Anders Ekeberg poimi mineraalinäytteistä, vuonna 1802. Sen suuren happamia liuoksia vastaan ​​​​kestävyyden vuoksi Ekeberg nimesi alkuaineen tantaaliksi viitaten kuninkaaseen. kreikkalainen mytologia Tantalus, joka tunnetaan kärsimyksestään.

Kuningas Tantalus, ainoa kuolevainen, joka istui olympialaisten jumalien pöydässä, sai rangaistuksen jumalat kunnianhimoisuudestaan. Hänet lähetettiin Tartarukselle (alamaailmaan), jossa oli laakso täynnä kasvillisuutta, ruokaa ja vettä.

Osana rangaistusta kuningas Tantalus kuitenkin tuomittiin olemaan kyennyt sammuttamaan nälkää tai janoaan, kuten Vettä lähestyessään se valui, ja puille lähestyttäessä oksat poistivat sen ulottuvilta. tuuli.

Taide, joka osoittaa Tantaluksen rangaistusta.

heidän takiaan yhtäläisyyksiä niobin kanssa, uskottiin, että tämä ja tantaali olivat sama alkuaine. Tätä jatkui kuusi vuosikymmentä, ja niobiumia kutsuttiin sitten kolumbiumiksi, jonka Charles Hatchett löysi vuonna 1801.

Vuonna 1844 saksalainen Heinrich Rose jopa väitti, että tantaliitti sisälsi tantaalin lisäksi kahta muuta metallia. hän kutsui niitä niobiumina (viitaten Niobeen, Tantaluksen tyttäreen) ja pelopioksi (viitaten Pelopsiin, Tantaluksen pojaan) tantaali). Rose, tietämättään, teki Hatchettin suorittaman kolumbiumin uudelleenlöydön, mutta kutsui sitä niobiumina.

Myöhemmin, vuonna 1847, kemisti R. Hermann kertoi löytäneensä vielä yhden tantaalin, niobiumin ja pelopiumin kaltaisen alkuaineen, kutsuen sitä ilmeniumiksi viitaten Venäjän Ilmenski-vuoriin.

Kuitenkin vuonna 1868 vihdoin sveitsiläinen tiedemies Jean Charles Galissard Marignac onnistui erottamaan niobin ja tantaalin. Marignac sai tantaali- ja niobioksidien seoksesta näiden yhdisteiden fluoridit.

Tutkiessaan molempien erilaisia ​​liukoisuuksia Marignac eritteli ne. Toinen näiden kahden elementin erottamiseen osallistunut tiedemies oli ruotsalainen Christian Wilhelm Blomstrand, kun hän tunnisti uuden kloridi niobiumista.

Näin ollen brittiläinen kemisti Henry Enfield Roscoe päätteli, että sekä Marignac että Blomstrand pystyivät todistamaan, että tantaliitissa oli vain kaksi metallia: tantaali ja niobium, kun taas muut ehdotetut metallit olivat vain yksinkertaisia ​​molempien seoksia eri suhteissa, jotka saattoivat sisältää myös muita alkuaineita, kuten volframia, titaania ja rautaa. Nimi kolumbium säilyi niobiumin vaihtoehtona 1950-luvulle asti.

Ratkaistiin harjoituksia tantaalista

Kysymys 1

(Enem 2018) Kreikkalaisessa mytologiassa Niobia oli Tantaluksen tytär, kahden kärsimyksestä tunnetun hahmon tytär. Kemiallisen alkuaineen, jonka atominumero on (Z) 41, kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet ovat niin samanlaiset kuin atominumeron 73 alkuaineen, että ne on sekoitettu. Siksi näiden kahden kreikkalaisen mytologian hahmon kunniaksi näille elementeille annettiin nimet niobium (Z = 41) ja tantaali (Z = 73). Nämä kaksi kemiallista alkuainetta saivat suuren taloudellisen merkityksen metallurgiassa, sen tuotannossa suprajohteet ja muissa sovelluksissa huippuluokan teollisuudessa, nimenomaan kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien vuoksi yhteistä molemmille.

KEAN, S. Kadonnut lusikka: ja muita tositarinoita hulluudesta, rakkaudesta ja kuolemasta kemiallisista alkuaineista. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (mukautettu).

Näiden alkuaineiden taloudellinen ja teknologinen merkitys, joka johtuu niiden kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien samankaltaisuudesta, johtuu

A) on elektroneja f-alatasolla.

B) olla sisäisen siirtymän elementtejä.

C) kuuluvat samaan ryhmään jaksollisessa taulukossa.

D) niiden uloimmat elektronit ovat tasolla 4 ja 5.

E) sijaitsevat maa-alkali- ja alkaliperheessä, vastaavasti.

Resoluutio:

Vaihtoehto C

Niobiumin ja tantaalin välinen sekaannus johtuu niiden kemiallisten ominaisuuksien suuresta samankaltaisuudesta. Sisään Kkemia, elementtien samankaltaisuus voidaan selittää sillä, että ne kuuluvat samaan ryhmään jaksollisessa taulukossa. Mendelejev jopa ryhmitteli ne ottaen huomioon kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien samankaltaisuuden.

kysymys 2

Tantaalia voidaan uuttaa tantaliitiksi kutsutusta mineraalista, jonka koostumus voi vaihdella. Yksi mahdollisista koostumuksista on rauta II -oksidin ja tantaalin, FeTa, koostumus₂O₆.

Esitetyssä tantaliitin koostumuksessa tantaalin hapetusluku on:

A) +2

B) +3

C) +5

D) +10

E) +12

Resoluutio:

Vaihtoehto C

Roomalainen numero II nimikkeistössä osoittaa, että rauta-, tässä yhdisteessä, sen hapetusluku on +2. Oksideissa, happi Sen hapetusluku on -2. Siten tantaalin hapetusluku voidaan laskea seuraavasti:

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

Otetaan x tantaalin hapetusluku. Siten yhtälö asetetaan nollaan, koska kyseinen oksidi on sähköisesti neutraali, ei ioni.

Ratkaisemalla yhtälön meillä on:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

x = +5

Tantaali, kuten niobium, hankkii tämän hapetusnumero useimmissa sen yhdisteissä.

Kirjailija: Stefano Araújo Novais
Kemian opettaja