O tantál a periódusos rendszer 5. csoportjába tartozó fém, atomszám 73. Nagy kémiai hasonlóságot mutat a nióbium (Nb), eleme közvetlenül a fenti csoportjában. A hasonlóság olyan nagy, hogy hat évtizeden keresztül azt hitték, hogy ugyanaz az elem.
Kiemelkedik nagy kémiai tehetetlenségével, mechanikai ellenállásával, valamint magas olvadáspontjával (a harmadik legmagasabb a fémek között). Periódusos táblázat). A tantál-oxid kiváló elektromos tulajdonságaival (konkrétan a kapacitásával) tűnik ki.
Az ilyen tulajdonságok miatt a tantál széles körben használható fémötvözetek, telefonkondenzátorok, mobiltelefonok és egyéb elektronikus eszközök, magas hőmérsékletű sütők, valamint protézisek és egyéb berendezések sebészeti. Keverékeit az ipar különböző ágazataiban használják, mint például a repülőgépipar, az autóipar, az elektronika stb.
Lásd még: Dubnium – az 5. csoportba tartozó elem, amely tantál alatt van a periódusos rendszerben
A tantál összefoglalása
- Tantalus egy fém a periódusos rendszer 5. csoportjából, amely nagy kémiai hasonlóságot mutat a nióbiummal.
- Tehetetlenségével és vegyszerállóságával, valamint magas olvadáspontjával tűnik ki.
- Kereskedelmi forgalomban tantalitból nyerik ki.
- Fő felhasználási területe fémötvözetek és kondenzátorok gyártása.
- Olyan nagy a hasonlósága a nióbiummal, hogy több mint hat évtizeden át azt hitték, hogy ugyanaz elem.
A tantál tulajdonságai
- Szimbólum: RENDBEN.
- Atomszám: 73.
- Atomtömeg: 180 948 c.u.s.
- Fúziós pont: 3017 °C.
- Forráspont: Olvadáspont: 5425 °C.
- Elektronikus elosztás: [Xe] 4f14 6s2 5d3.
- Elektronegativitás: 1,5.
- Sűrűség: 16,69 g.cm-3 (közel 25°C).
- Kémiai sorozat: átmeneti fém; 5. csoport.
A tantál jellemzői
A tantál tulajdonságai hasonlóak a nióbiuméhoz. Példa erre, hogy reakcióba lépnek oxigéngázzal és halogének magas hőmérsékleten, amellett, hogy reagál a legtöbb nemfémek.
- 4 Ta + 5 O2 → 2 Ta2O5
- 2 Ta + 5 X2 → 2 Adó5, ahol X = F, Cl, Br, I
Tantál bemutatja jó korrózióállóság, amely egy vékony réteg kialakulásából adódik oxid a fémes felületen, amely szigeteli a atomok belső oxidatív támadás. Az elem is gyakorlatilag kémiailag inert, valamint a támadás savak, kivéve a:
- kénsav;
- hidrogén-fluorsav.
bemutatja a a harmadik legmagasabb olvadáspont a fémek között a periódusos rendszerben, a második helyen áll volfrám és rénium. Ezen túlmenően a tantálvegyületek nagy része a fémet tartalmazza oxidációs állapota +5 és túlnyomórészt kovalens jellemzőkkel.
Tudja még:ittrium – lézergyártásban használt ritkaföldfém
A tantál előfordulása és megszerzése
Becsült mennyisége 1,7 ppm (parts per million, mg.kg-1) nál nél földkéreg és körülbelül 0,002 ppb (parts per milliárd, mg.t-1) a tengervízben a tantál fémes elem viszonylag ritka ben bolygó.
A tantál és a hozzá hasonló nióbium egyidejűleg előfordul a kolumbit ásványban, (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6. Ha azonban a kolumbit tantáltartalma magasabb, azt tantalitnak nevezik.
AZ A tantál felhasználásával nyerik bázisok összeolvadt, amely képes feloldani az Nb2O5 és ta2O5. Ha a keletkező olvadékot vízben oldjuk, a nióbiumsók elválaszthatók a tantálsóktól, mivel a tantálsók kicsapódnak pH magasabb (10 tartományban).
A tantál Nb-oxidok keverékéből történő előállításának másik módja2O5 és ta2O5 öntött alapon keresztül a kihasználva nagyobb bázikusságát. Ebben a helyzetben használja a megoldás szabályozott HF és KF koncentrációjú víz, amely K-t képez2(NbOF5) és K2(TaF7), az előbbi jobban oldódik vízben, mint az utóbbi.
Tantál alkalmazások
A tantál első felhasználása a 20. század elején történt, keresztül új extrakciós és tisztítási technikák. 1905-ben például az Ernst Werner von Siemensnél dolgozó mérnökök izzókat terveztek. izzószálak tantál szálak felhasználásával, hogy megpróbálják pótolni a törékeny szálakat szén addig használt.
Nem sokkal később, 1909-ben azonban a tantál helyébe a volfrám került, a periódusos rendszerben a legmagasabb olvadáspontú fém, így csökkentve az iránta való ipari keresletet.
A tantálkutatás újraindulása azzal járt, hogy a ötvözetgyártás, mint például a Ta-Ni (tantál-nikkel), amelyek nagyon ellenállnak a korróziónak, és az ékszeriparban használják. Ezenkívül a következőkre vonatkoznak:
- megmunkáló szerszámok;
- kémiai laboratóriumi berendezések;
- rádiós szelepek.
Ezeket az ötvözeteket használják iparnál nél az autóiparban és a repülőgépiparban például turbinák és motoralkatrészek gyártására. Tantál is használható üveggyártással törésmutatók különlegességek, amelyeket könnyű kamerák gyártására használnak.
A tantál legnagyobb felhasználása azonban a tantál-oxidon, a Ta-n keresztül történik2O5, nagy kapacitása miatt a termelése kondenzátorok. Ezek az elektronikus eszközök tárolási képességgel rendelkeznek elektromos töltések belül, nagy mennyiségű elektromos áramot vezetve az áramkörbe, ami nagyon hasznos olyan készülékeknél, amelyek nagy intenzitást igényelnek. lánc.
A tantál kondenzátorok előnye, hogy kisebbek, és bizonyos kapacitást kínálnak (nagyság, a tárolható töltés mennyiségét méri) kisebb térfogati egységben, mint a kondenzátorok hagyományos.
Ez elengedhetetlen az elektromos áramkör optimalizálásához és minimalizálásához, mivel egyre nagyobb az igény a kisebb és hordozható alkatrészek iránt. Ezenkívül alacsony szivárgási árammal, nagyobb stabilitással és hosszabb élettartammal rendelkeznek. Ezek azonban magasabb költséggel járnak.
Többet tud: Kobalt – a vashoz hasonló mágneses tulajdonságokkal rendelkező elem
Óvintézkedések a tantállal
Ez a fém általában nem okoz problémát az embernek.
- A tantál és főbb vegyületei nem tartoznak a rákkeltő anyagok közé.
- A tantálsók nem mérgezőek, mivel rosszul szívódnak fel és könnyen eltávolíthatók.
- A tantál tehetetlensége lehetővé teszi, hogy akár protézisként is alkalmazzák emberben.
A tantál története
A tantál kezdetben az volt ásványi mintákból Anders Ekeberg svéd kémikus vonta ki, 1802-ben. A savas oldatokkal szembeni nagy ellenálló képessége miatt Ekeberg az elemet tantálnak nevezte el, utalva a királyra. görög mitológia A szenvedéseiről ismert Tantalus.
Tantalosz királyt, az egyetlen halandót, aki az olümposzi istenek asztalánál ült, megbüntették istenek amiért ambiciózus. Tartaroszba (az alvilágba) küldték, ahol egy völgy volt tele növényzettel, élelemmel és vízzel.
A büntetés részeként azonban Tantalus királyt arra ítélték, hogy nem tudja éhségét vagy szomját csillapítani, mint pl. A vízhez közeledve lecsöpögött, a fák felé közeledve pedig az ágakat távolította el elől a szél.
miattuk hasonlóságok a nióbiummal, azt hitték, hogy ez és a tantál ugyanaz az elem. Ez hat évtizeden keresztül ment, és a nióbiumot akkoriban kolumbiumnak nevezték, amelyet Charles Hatchett fedezett fel 1801-ben.
1844-ben a német Heinrich Rose még azt állította, hogy a tantalit a tantálon kívül még két másik fémet is tartalmaz. nióbiumnak (Niobére, Tantalus lányára utalva) és pelopiónak (Pelops fiára utalva) nevezte őket. Tantál). Rose anélkül, hogy észrevette volna, a Hatchett által végzett kolumbium újrafelfedezését nióbiumnak nevezte el.
Később, 1847-ben a vegyész R. Hermann azt mondta, hogy felfedezett egy újabb, a tantálhoz, nióbiumhoz és pelópiumhoz hasonló elemet, amelyet ilmeniumnak neveztek az oroszországi Ilmenszkij-hegységre hivatkozva.
1868-ban azonban végre a svájci tudós, Jean Charles Galissard Marignac sikerült elkülönítenie a nióbiumot és a tantált. A Marignac tantál és nióbium-oxidok keverékéből állította elő e vegyületek fluoridjait.
Marignac mindkettő különböző oldhatóságát feltárva szétbontotta őket. Egy másik tudós, aki hozzájárult a két elem szétválasztásához, a svéd keresztény Wilhelm Blomstrand volt, amikor egy újat azonosított. klorid nióbiumból.
Így Henry Enfield Roscoe brit kémikus arra a következtetésre jutott, hogy Marignac és Blomstrand is be tudta bizonyítani, hogy a tantalitban csak két fém volt: tantál és nióbium, míg a többi javasolt fém nem volt más, mint mindkettő egyszerű keveréke különböző arányokban, amelyek más elemeket is tartalmazhatnak, mint például volfrám, titán és vas. A kolumbium elnevezés a nióbium alternatívájaként maradt fenn az 1950-es évekig.
Tantálon megoldott gyakorlatokat
1. kérdés
(Enem 2018) A görög mitológiában Niobia két szenvedésről ismert karakter, Tantalus lánya volt. A 41-es rendszámú (Z) kémiai elem kémiai és fizikai tulajdonságai annyira hasonlóak a 73-as rendszámú eleméhez, hogy összekeverték őket. Ezért a görög mitológia e két szereplőjének tiszteletére ezek az elemek a nióbium (Z = 41) és a tantál (Z = 73) nevet kapták. Ez a két kémiai elem nagy gazdasági jelentőséggel bír a kohászatban, a gyártásban szupravezetők és más alkalmazásokban a high-end iparban, pontosan a kémiai és fizikai tulajdonságok miatt mindkettőben közös.
KEAN, S. Az eltűnő kanál: és más igaz történetek az őrületről, a szerelemről és a kémiai elemek haláláról. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (adaptált).
Ezen elemek gazdasági és technológiai jelentőségét kémiai és fizikai tulajdonságaik hasonlósága miatt a
A) elektronjai vannak az f alszinten.
B) legyenek a belső átmenet elemei.
C) ugyanabba a csoportba tartoznak a periódusos rendszerben.
D) legkülső elektronjaik a 4-es, illetve az 5-ös szinten vannak.
E) az alkáliföldfém-, illetve az alkálifém-családba tartozik.
Felbontás:
Alternatív C
A nióbium és a tantál összetévesztése kémiai tulajdonságaik nagy hasonlósága miatt következik be. Ban ben Kkémia, az elemek közötti hasonlóság azzal magyarázható, hogy a periódusos rendszerben ugyanabba a csoportba tartoznak. Mengyelejev még csoportosította is őket, figyelembe véve a kémiai és fizikai tulajdonságok hasonlóságát.
2. kérdés
A tantál a tantalit nevű ásványból nyerhető ki, amelynek összetétele változhat. Az egyik lehetséges összetétel a vas-II-oxid és a tantál, a FeTa2O6.
A tantalit bemutatott összetételében a tantál oxidációs száma:
A) +2
B) +3
C) +5
D) +10
E) +12
Felbontás:
Alternatív C
A nómenklatúrában szereplő II. római szám azt jelzi, hogy a Vas, ebben a vegyületben +2 oxidációs számmal rendelkezik. Az oxidokban a oxigén Oxidációs száma -2. Így a tantál oxidációs száma a következőképpen számítható ki:
+2 + 2x + 6 (-2) = 0
A tantál oxidációs számának tekintjük x-et. Így az egyenletet nullára állítjuk, mivel a kérdéses oxid elektromosan semleges, nem ion.
Az egyenletet megoldva a következőt kapjuk:
2x + 2 - 12 = 0
2x - 10 = 0
2x = 10
x = +5
A tantál, akárcsak a nióbium, megszerzi ezt oxidációs szám legtöbb vegyületében.
Írta: Stefano Araújo Novais
Kémia tanár