Tantal (Ta): karakteristike, dobivanje, povijest

O tantal je metal grupe 5 periodnog sustava, atomski broj 73. Ima veliku kemijsku sličnost s niobij (Nb), element odmah iznad u svojoj skupini. Sličnost je toliko velika da se šest desetljeća vjerovalo da su isti element.

Ističe se svojom velikom kemijskom inertnošću, mehaničkom otpornošću, uz visoku točku taljenja (treća najviša među metalima Periodni sustav elemenata). Tantalov oksid se ističe zbog svojih izvrsnih električnih svojstava (posebno, kapacitivnosti).

Takva svojstva čine tantal široko korištenim u proizvodnji metalnih legura, telefonskih kondenzatora, mobitela i drugih elektroničkih uređaja, visokotemperaturnih pećnica, kao i proteza i druge opreme kirurški. Njegovi spojevi se koriste u raznim sektorima industrije, kao što su zrakoplovstvo, automobilska industrija, elektronika, između ostalih.

Vidi također: Dubnij — element grupe 5 koji je ispod tantala u periodnom sustavu

Sažetak tantala

• Tantal je a metal iz skupine 5 periodnog sustava koji pokazuje veliku kemijsku sličnost s niobijem.
• Ističe se svojom inercijom i kemijskom otpornošću te visokom talištem.
• Komercijalno se dobiva iz tantalita.
• Njegova glavna upotreba uključuje proizvodnju metalnih legura i kondenzatora.
• Njegova sličnost s niobijem je toliko velika da se više od šest desetljeća vjerovalo da je isti element.

Svojstva tantala

• Simbol: U REDU.
• Atomski broj: 73.
• Atomska masa: 180.948 c.u.s.
• Točka spajanja: 3017°C.
• Vrelište: 5425°C.
• Elektronska distribucija: [Xe] 4f¹⁴ 6s² 5d³.
• elektronegativnost: 1,5.
• Gustoća: 16,69 g.cm^-3 (blizu 25°C).
• Kemijska serija: prijelazni metal; grupa 5.

Karakteristike tantala

Karakteristike tantala su slične onima niobija. Primjer za to je činjenica da reagiraju s plinom kisika i halogeni na visokoj temperaturi, osim što reagira s većinom nemetali.

• 4 Ta + 5 O₂ → 2 Ta₂O₅
• 2 Ta + 5 X₂ → 2 Porez₅, s X = F, Cl, Br, I

Tantal predstavlja dobra otpornost na koroziju, što nastaje stvaranjem tankog sloja od oksid na metalnoj površini koja izolira atoma unutarnji na oksidativni napad. Element je također praktički kemijski inertan, kao i napad na kiseline, uz iznimku:

• sumporne kiseline;
• fluorovodična kiselina.

predstavlja treća najviša točka taljenja među metalima periodnog sustava, odmah iza volfram i renija. Osim toga, spojevi tantala uglavnom predstavljaju metal oksidacijsko stanje jednako +5 i s pretežno kovalentnim karakteristikama.

Također znajte:itrij - rijetki zemni metal koji se koristi u proizvodnji lasera

Pojava i dobivanje tantala

Uz procijenjenu količinu od 1,7 ppm (dijelova na milijun, mg.kg^-1) na Zemljina kora i oko 0,002 ppb (dijelova na milijardu, mg.t^-1) u morskoj vodi tantal je metalni element relativno rijetko u planeta.

Uzorak tantalita, glavne rude tantala.

Tantal i njemu sličan niobij pojavljuju se istodobno u mineralu kolumbitu (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂O₆. Međutim, kada kolumbit ima veći sadržaj tantala, naziva se tantalit.

THE Tantal se dobiva upotrebom baze stopljeni, koji može otopiti Nb₂O₅ i ta₂O₅. Ako se nastala talina otopi u vodi, niobijeve soli se mogu odvojiti od soli tantala, budući da se soli tantala talože u pH viši (u rasponu od 10).

Drugi način dobivanja tantala iz smjese Nb oksida₂O₅ i ta₂O₅ na bazi cast je kroz iskorištavajući svoju veću bazičnost. U ovoj situaciji koristite a riješenje voda s kontroliranom koncentracijom HF i KF, tvoreći K₂(NbOF₅) i K₂(TaF₇), prvi je topljiviji u vodi od potonjeg.

Primjena tantala

Prve upotrebe tantala dogodile su se početkom 20. stoljeća, kroz nove tehnike ekstrakcije i pročišćavanja. Godine 1905., na primjer, inženjeri koji su radili za Ernsta Wernera von Siemensa dizajnirali su žarulje sa žarnom niti koristeći tantalne niti, u pokušaju zamjene krhkih niti ugljik korištena do tada.

Međutim, ubrzo nakon toga, 1909. godine, tantal je zamijenjen volframom, metalom s najvišom točkom taljenja u periodnom sustavu, čime je smanjena industrijska potražnja za njim.

Metalni tantal u obliku žica: duktilnost i visoka točka taljenja omogućili su njegovu primjenu u žaruljama sa žarnom niti.

Nastavak istraživanja tantala došao je s proizvodnja legure, kao što je Ta-Ni (tantal-nikl), koji su vrlo otporni na koroziju, a koriste se u industriji nakita. Osim toga, primjenjuju se na:

• alati za obradu;
• oprema kemijskog laboratorija;
• radio ventili.

Ove legure se koriste u industrijana automobilskoj i zrakoplovnoj industriji za proizvodnju turbina i komponenti motora, na primjer. Tantal se također koristi za proizvodnja stakla s indeksi loma specijaliteti, koji se koriste za proizvodnju laganih kamera.

Međutim, najveća upotreba tantala događa se kroz tantalov oksid, Ta₂O₅, zbog svog visokog kapaciteta, u proizvodnja od kondenzatori. Ovi elektronički uređaji imaju mogućnost pohranjivanja električnih naboja unutra, ispuštajući velike količine električne energije u strujni krug, što je vrlo korisno u uređajima koji zahtijevaju velike intenzitete lanac.

Nekoliko kondenzatora: Tantalski kondenzatori imaju prednost što su manji.

Tantalski kondenzatori imaju prednost što su manji, nudeći određeni kapacitet (veličinu koja mjeri količinu naboja koja se može pohraniti) u manjoj volumetrijskoj jedinici od kondenzatora tradicionalna.

To je bitno za optimizaciju i minimiziranje električnog kruga, budući da je potražnja za manjim i prijenosnim komponentama sve veća. Osim toga, imaju nisku struju curenja, veću stabilnost i dulji vijek trajanja. Međutim, oni imaju veću cijenu.

Znati više: Kobalt — element koji ima magnetska svojstva slična željezu

Mjere opreza s tantalom

Ovaj metal obično ne predstavlja probleme ljudima.

• Tantal i njegovi glavni spojevi nisu klasificirani kao karcinogeni.
• Soli tantala su netoksične jer se slabo apsorbiraju i lako se eliminiraju.
• Inercija tantala omogućuje da se koristi čak i kao proteza kod ljudi.

Povijest tantala

Tantal je u početku bio iz mineralnih uzoraka izdvojio švedski kemičar Anders Ekeberggodine, 1802. godine. Zbog velike otpornosti na kisele otopine, Ekeberg je element nazvao tantal, u odnosu na kralja Grčka mitologija Tantal, poznat po svojim patnjama.

Kralj Tantal, jedini smrtnik koji je sjedio za stolom olimpskih bogova, kažnjen je od bogova zato što je ambiciozan. Poslan je u Tartar (podzemlje), gdje je bila dolina puna vegetacije, hrane i vode.

Međutim, kao dio kazne, kralj Tantal je osuđen da ne može utažiti glad ili žeđ, kao u Prilikom približavanja vodi, ona je ocijedila, a pri približavanju stablima grane su joj uklonjene od strane vjetar.

Umjetnost koja prikazuje Tantalovu kaznu.

zbog njihovih sličnosti s niobijem, vjerovalo se da su to i tantal isti element. To je trajalo šest desetljeća, a niobij se tada nazivao kolumbij, a otkrio ga je 1801. Charles Hatchett.

Nijemac Heinrich Rose je 1844. čak tvrdio da tantalit sadrži, osim tantala, još dva metala, koji ih je nazvao niobijem (u odnosu na Niobe, Tantalovu kćer) i pelopio (u odnosu na Pelopsa, sina Tantal). Rose je, ne shvaćajući toga, ponovno otkrila kolumbij koje je proveo Hatchett, ali ga je nazvala niobijem.

Kasnije, 1847., kemičar R. Hermann je rekao da je otkrio još jedan element sličan tantalu, niobiju i pelopiju, nazvavši ga ilmenijem, u odnosu na Ilmensko gorje u Rusiji.

Međutim, 1868. godine švicarski znanstvenik Jean Charles Galissard Marignac konačno je uspio odvojiti niobij i tantal. Iz mješavine oksida tantala i niobija Marignac je dobio fluoride ovih spojeva.

Istražujući različite topljivosti oba, Marignac ih je razdvojio. Drugi znanstvenik koji je pridonio razdvajanju ta dva elementa bio je švedski Christian Wilhelm Blomstrand, kada je identificirao novi klorid od niobija.

Tako je britanski kemičar Henry Enfield Roscoe zaključio da su i Marignac i Blomstrand uspjeli dokazati da u tantalitu su bila samo dva metala: tantal i niobij, dok su ostali predloženi metali bili ništa više od jednostavne mješavine oba u različitim omjerima koje bi mogle sadržavati i druge elemente, kao što su volfram, titan i željezo. Naziv columbium ostao je kao alternativa niobiju do 1950-ih.

Riješene vježbe na tantalu

Pitanje 1

(Enem 2018) U grčkoj mitologiji Niobia je bila Tantalova kći, dva lika poznata po patnji. Kemijski element s atomskim brojem (Z) jednakim 41 ima kemijska i fizikalna svojstva toliko slična onima elementa s atomskim brojem 73 da su ih zamijenili. Stoga su u čast ova dva lika iz grčke mitologije ti elementi dobili nazive niobij (Z = 41) i tantal (Z = 73). Ova dva kemijska elementa stekla su veliku gospodarsku važnost u metalurgiji, u proizvodnji supravodičima iu drugim primjenama u vrhunskoj industriji, upravo za kemijska i fizikalna svojstva zajednički za oboje.

KEAN, S. Žlica koja nestaje: i druge istinite priče o ludilu, ljubavi i smrti od kemijskih elemenata. Rio de Janeiro: Zahar, 2011. (prilagođeno).

Ekonomska i tehnološka važnost ovih elemenata, zbog sličnosti njihovih kemijskih i fizikalnih svojstava, posljedica je

A) imaju elektrone na f podrazini.

B) biti elementi unutarnjeg prijelaza.

C) pripadaju istoj skupini na periodnom sustavu.

D) imaju svoje najudaljenije elektrone na razinama 4, odnosno 5.

E) biti smješteni u zemnoalkalnoj i alkalnoj obitelji.

Rezolucija:

Alternativa C

Do zbrke između niobija i tantala dolazi zbog velike sličnosti njihovih kemijskih svojstava. U Pkemija, sličnost između elemenata može se objasniti činjenicom da pripadaju istoj skupini u periodnom sustavu. Mendeljejev ih je čak grupirao uzimajući u obzir sličnost kemijskih i fizikalnih svojstava.

pitanje 2

Tantal se može ekstrahirati iz minerala zvanog tantalit, čiji sastav može varirati. Jedan od mogućih sastava je onaj od željezovog II oksida i tantala, FeTa₂O₆.

U prikazanom sastavu tantalita, oksidacijski broj tantala je:

A) +2

B) +3

C) +5

D) +10

E) +12

Rezolucija:

Alternativa C

Rimski broj II u nomenklaturi označava da je željezo, u ovom spoju, ima oksidacijski broj +2. U oksidima, kisik Ima oksidacijski broj -2. Dakle, oksidacijski broj tantala može se izračunati na sljedeći način:

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

Smatramo x oksidacijskim brojem tantala. Dakle, jednadžba je postavljena na nulu, budući da je dotični oksid električno neutralan, a ne ion.

Rješavajući jednadžbu imamo:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

x = +5

Tantal, kao niobij, stječe to oksidacijski broj u većini svojih spojeva.

Autor Stefano Araújo Novais
Učiteljica kemije