Tantaal (Ta): kenmerken, verworvenheden, geschiedenis

O tantaal is een metaal uit groep 5 van het periodiek systeem, atoomnummer 73. Het heeft een grote chemische gelijkenis met de niobium (Nb), element net boven in zijn groep. De overeenkomst is zo groot dat zes decennia lang werd aangenomen dat ze hetzelfde element waren.

Het onderscheidt zich door zijn grote chemische inertie, mechanische weerstand, naast zijn hoge smeltpunt (de op twee na hoogste van de metalen van Periodiek systeem). Tantaaloxide valt op door zijn uitstekende elektrische eigenschappen (met name de capaciteit).

Door dergelijke eigenschappen wordt tantaal veel gebruikt bij de vervaardiging van metaallegeringen, telefooncondensatoren, mobiele telefoons en andere elektronische apparaten, ovens voor hoge temperaturen, evenals prothesen en andere apparatuur chirurgisch. De verbindingen worden gebruikt in verschillende sectoren van de industrie, zoals lucht- en ruimtevaart, auto's en elektronica.

Zie ook: Dubnium — element van groep 5 dat lager is dan tantaal in het periodiek systeem

Samenvatting van tantaal

• Tantalus is een metaal uit groep 5 van het periodiek systeem dat grote chemische gelijkenis vertoont met niobium.
• Het onderscheidt zich door zijn traagheid en chemische bestendigheid en hoog smeltpunt.
• Het wordt commercieel gewonnen uit tantaliet.
• De belangrijkste toepassingen zijn de vervaardiging van metaallegeringen en condensatoren.
• De gelijkenis met niobium is zo groot dat meer dan zes decennia lang werd aangenomen dat het hetzelfde was element.

Tantaal eigenschappen

• Symbool: OKE.
• Atoom nummer: 73.
• Atoom massa: 180.948 c.u.s.
• Fusiepunt: 3017°C.
• Kookpunt: 5425 °C.
• Elektronische distributie: [Xe] 4f¹⁴ 6s² 5d³.
• Elektronegativiteit: 1,5.
• Dikte: 16,69 g.cm^-3 (bijna 25°C).
• Chemische reeks: overgangsmetaal; groep 5.

Tantaal kenmerken

De eigenschappen van tantaal zijn vergelijkbaar met die van niobium. Een voorbeeld hiervan is het feit dat ze reageren met zuurstofgas en halogenen bij hoge temperatuur, naast het reageren met de meeste niet-metalen.

• 4 Ta + 5 O₂ → 2 Ta₂O₅
• 2 Ta + 5 X₂ → 2 Belasting₅, met X = F, Cl, Br, I

Tantaal presenteert goede corrosieweerstand;, die het gevolg is van de vorming van een dunne laag van oxyde op het metalen oppervlak dat de isoleert atomen interne tot oxidatieve aanval. Het element is ook praktisch chemisch inert, evenals de aanval van zuren, met uitzondering van:

• zwavelzuur;
• fluorwaterstofzuur.

presenteert de derde hoogste smeltpunt onder metalen van het periodiek systeem, de tweede alleen voor wolfraam en rhenium. Bovendien presenteren tantaalverbindingen het metaal voor het grootste deel met oxidatietoestand gelijk aan +5 en met overwegend covalente kenmerken.

Weet ook:yttrium — zeldzaam aardmetaal dat wordt gebruikt bij de productie van lasers

Optreden en verkrijgen van tantaal

Met een geschatte hoeveelheid van 1,7 ppm (parts per million, mg.kg^-1) Bij aardkorst en ongeveer 0,002 ppb (parts per billion, mg.t^-1) in zeewater is tantaal een metallisch element relatief zeldzaam in planeet.

Monster van tantaliet, het belangrijkste tantaalerts.

Tantaal en zijn soortgelijke niobium komen gelijktijdig voor in het mineraal columbiet, (Fe, Mn)(Nb, Ta)₂O₆. Wanneer columbiet echter een hoger gehalte aan tantaal heeft, wordt het tantaliet genoemd.

DE Tantaal wordt verkregen door het gebruik van basissen gefuseerd, die Nb. kan oplossen₂O₅ en ta₂O₅. Als de resulterende smelt wordt opgelost in water, kunnen niobiumzouten worden gescheiden van de tantaalzouten, omdat de tantaalzouten neerslaan in pH hoger (in het bereik van 10).

Een andere manier om tantaal te verkrijgen uit het mengsel van Nb-oxiden₂O₅ en ta₂O₅ op castbasis is via de profiteren van zijn grotere basiciteit. Gebruik in deze situatie a oplossing water met een gecontroleerde concentratie van HF en KF, waardoor K. wordt gevormd₂(NbOF₅) en K₂(TaF₇), waarbij de eerste beter oplosbaar is in water dan de laatste.

Tantaal toepassingen

Het eerste gebruik van tantaal vond plaats aan het begin van de 20e eeuw, door nieuwe extractie- en zuiveringstechnieken. In 1905 ontwierpen ingenieurs van Ernst Werner von Siemens bijvoorbeeld gloeilampen gloeilamp met behulp van tantaalfilamenten, in een poging om de fragiele filamenten van koolstof tot dan toe gebruikt.

Kort daarna, in 1909, werd tantaal echter vervangen door wolfraam, het metaal met het hoogste smeltpunt in het periodiek systeem, waardoor de industriële vraag ernaar afnam.

Metallisch tantaal in de vorm van draden: ductiliteit en hoog smeltpunt maakten toepassing in gloeilampen mogelijk.

De hervatting van de exploratie van tantaal kwam met de productie van legeringen:, zoals Ta-Ni (tantaal-nikkel), dat zeer goed bestand is tegen corrosie, dat wordt gebruikt in de sieradenindustrie. Daarnaast worden ze toegepast op:

• machinale gereedschappen;
• chemische laboratoriumapparatuur;
• radio ventielen.

Deze legeringen worden gebruikt in industrieBij automotive en aerospace om bijvoorbeeld turbines en motorcomponenten te produceren. Tantaal wordt ook gebruikt voor: glasproductie met brekingsindices specials, die worden gebruikt voor de productie van lichtgewicht camera's.

Het grootste gebruik van tantaal vindt echter plaats via tantaaloxide, Ta₂O₅, vanwege de hoge capaciteit, in de productie van condensatoren. Deze elektronische apparaten hebben de mogelijkheid om op te slaan: elektrische ladingen binnen, waarbij grote hoeveelheden elektriciteit naar het circuit worden afgevoerd, wat erg handig is in apparaten die grote intensiteiten van keten.

Meerdere condensatoren: Tantaalcondensatoren hebben het voordeel dat ze kleiner zijn.

Tantaalcondensatoren hebben het voordeel dat ze kleiner zijn en een bepaalde capaciteit bieden (magnitude that meet de hoeveelheid lading die kan worden opgeslagen) in een kleinere volumetrische eenheid dan condensatoren traditioneel.

Dit is essentieel voor de optimalisatie en minimalisering van het elektrische circuit, aangezien de vraag naar kleinere en draagbare componenten toeneemt. Bovendien hebben ze een lage lekstroom, een grotere stabiliteit en een langere levensduur. Ze hebben echter hogere kosten.

Meer weten: Kobalt — een element met magnetische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van ijzer

Voorzorgsmaatregelen met tantaal

Dit metaal levert voor de mens meestal geen problemen op.

• Tantaal en zijn belangrijkste verbindingen zijn niet geclassificeerd als kankerverwekkend.
• Tantaalzouten zijn niet giftig omdat ze slecht worden opgenomen en gemakkelijk worden verwijderd.
• Door de traagheid van tantaal kan het zelfs als prothese bij mensen worden gebruikt.

Tantaal geschiedenis

Tantaal was aanvankelijk geëxtraheerd uit minerale monsters door de Zweedse chemicus Anders Ekeberg, 1802. Vanwege zijn grote weerstand tegen zure oplossingen, noemde Ekeberg het element tantaal, in verwijzing naar de koning van Griekse mythologie Tantalus, bekend om zijn lijden.

Koning Tantalus, de enige sterveling die aan de tafel van de Olympische goden zat, werd gestraft door de goden om ambitieus te zijn. Hij werd naar Tartarus (de onderwereld) gestuurd, waar een vallei vol vegetatie, voedsel en water was.

Als onderdeel van de straf werd koning Tantalus echter veroordeeld tot het niet kunnen lessen van zijn honger of dorst, zoals bij de Bij het naderen van het water liep het leeg en bij het naderen van de bomen werden de takken door de wind.

Kunst die de straf van Tantalus demonstreert.

vanwege hun overeenkomsten met niobium, geloofde men dat dit en tantaal hetzelfde element waren. Dit ging zo zes decennia door, en niobium heette toen columbium, ontdekt in 1801 door Charles Hatchett.

In 1844 beweerde de Duitse Heinrich Rose zelfs dat tantaliet naast tantaal nog twee andere metalen bevatte, die werden door hem niobium genoemd (verwijzend naar Niobe, dochter van Tantalus) en pelopio (verwijzend naar Pelops, zoon van tantaal). Rose, zonder het te beseffen, deed de herontdekking van columbium door Hatchett, maar noemde het niobium.

Later, in 1847, schreef de chemicus R. Hermann zei dat hij nog een ander element had ontdekt dat lijkt op tantaal, niobium en pelopium, en noemde het ilmenium, verwijzend naar het Ilmensky-gebergte in Rusland.

Echter, in 1868, eindelijk, de Zwitserse wetenschapper Jean Charles Galissard Marignac slaagde erin niobium en tantaal te scheiden. Uit een mengsel van tantaal- en niobiumoxiden verkreeg Marignac de fluoriden van deze verbindingen.

Marignac onderzocht de verschillende oplosbaarheden van beide en deelde ze uit. Een andere wetenschapper die bijdroeg aan de scheiding van de twee elementen was de Zweedse Christian Wilhelm Blomstrand, toen hij een nieuwe... chloride van niobium.

Zo concludeerde de Britse chemicus Henry Enfield Roscoe dat zowel Marignac als Blomstrand dat konden bewijzen in tantaliet waren er slechts twee metalen: tantaal en niobium, terwijl de andere voorgestelde metalen niets meer waren dan eenvoudige mengsels van beide in verschillende verhoudingen die ook andere elementen konden bevatten, zoals wolfraam, titanium en ijzer. De naam columbium bleef tot de jaren vijftig bestaan ​​als alternatief voor niobium.

Opgeloste oefeningen op tantaal

vraag 1

(Enem 2018) In de Griekse mythologie was Niobia de dochter van Tantalus, twee personages die bekend staan ​​om hun lijden. Het chemische element met atoomnummer (Z) gelijk aan 41 heeft chemische en fysische eigenschappen die zo veel lijken op die van het element met atoomnummer 73 dat ze verward zijn. Daarom kregen deze elementen ter ere van deze twee karakters uit de Griekse mythologie de namen niobium (Z = 41) en tantaal (Z = 73). Deze twee chemische elementen kregen een groot economisch belang in de metallurgie, bij de productie van supergeleiders en in andere toepassingen in de high-end industrie, juist voor de chemische en fysische eigenschappen gemeenschappelijk voor beide.

KEAN, S. De verdwijnende lepel: en andere waargebeurde verhalen over waanzin, liefde en dood door chemische elementen. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (aangepast).

Het economische en technologische belang van deze elementen, vanwege de gelijkenis van hun chemische en fysische eigenschappen, is te wijten aan de

A) hebben elektronen op het f-subniveau.

B) elementen zijn van interne transitie.

C) behoren tot dezelfde groep op het periodiek systeem.

D) hebben hun buitenste elektronen op respectievelijk niveau 4 en 5.

E) bevinden zich respectievelijk in de aardalkali- en alkalische familie.

Oplossing:

alternatief C

De verwarring tussen niobium en tantaal ontstaat vanwege de grote overeenkomst van hun chemische eigenschappen. In Qchemie, kan de overeenkomst tussen elementen worden verklaard door het feit dat ze tot dezelfde groep in het periodiek systeem behoren. Mendelejev heeft ze zelfs gegroepeerd, rekening houdend met de gelijkenis van chemische en fysische eigenschappen.

vraag 2

Tantaal kan worden gewonnen uit een mineraal genaamd tantaliet, waarvan de samenstelling kan variëren. Een van de mogelijke samenstellingen is die van ijzer II-oxide en tantaal, FeTa₂O₆.

In de aangetoonde samenstelling van tantaliet is het oxidatiegetal van tantaal:

A) +2

B) +3

C) +5

D) +10

E) +12

Oplossing:

alternatief C

Het Romeinse cijfer II in de nomenclatuur geeft aan dat de ijzer, in deze verbinding, heeft een oxidatiegetal van +2. In oxiden, de zuurstof Het heeft een oxidatiegetal van -2. Het oxidatiegetal van tantaal kan dus als volgt worden berekend:

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

We beschouwen x het oxidatiegetal van tantaal. De vergelijking wordt dus op nul gezet, aangezien het betreffende oxide elektrisch neutraal is en niet a ion.

Als we de vergelijking oplossen, hebben we:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

x = +5

Tantaal, zoals niobium, verwerft dit oxidatie nummer in de meeste van zijn verbindingen.

Door Stefano Araújo Novais
Scheikundeleraar