Tantal (Ta): egenskaper, oppnåelse, historie

O tantal er et gruppe 5 metall i det periodiske system, atomnummer 73. Den har en stor kjemisk likhet med niob (Nb), element like ovenfor i sin gruppe. Likheten er så stor at man i seks tiår trodde at de var det samme elementet.

Den skiller seg ut for sin store kjemiske treghet, mekaniske motstand, i tillegg til sitt høye smeltepunkt (det tredje høyeste blant metallene i Periodiske tabell). Tantaloksid skiller seg ut på grunn av sine utmerkede elektriske egenskaper (spesifikt kapasitans).

Slike egenskaper gjør tantal mye brukt i produksjon av metallegeringer, telefonkondensatorer, mobiltelefoner og andre elektroniske enheter, høytemperaturovner, samt proteser og annet utstyr kirurgisk. Dens forbindelser brukes i ulike sektorer av industrien, for eksempel romfart, bilindustri, elektronikk, blant andre.

Se også: Dubnium - element i gruppe 5 som er under tantal i det periodiske systemet

Sammendrag av Tantal

• Tantalus er en metall fra gruppe 5 i det periodiske system som viser stor kjemisk likhet med niob.
• Den skiller seg ut for sin treghet og kjemisk motstand og høye smeltepunkt.
• Det er kommersielt utvunnet fra tantalitt.
• Dens viktigste bruksområder inkluderer produksjon av metallegeringer og kondensatorer.
• Likheten med niob er så stor at den i mer enn seks tiår ble antatt å være den samme element.

Ikke stopp nå... Det er mer etter annonsen ;)

Tantalegenskaper

• Symbol: OK.
• Atomnummer: 73.
• Atommasse: 180 948 c.u.s.
• Fusjonspunkt: 3017°C.
• Kokepunkt: 5425°C.
• Elektronisk distribusjon: [Xe] 4f¹⁴ 6s² 5d³.
• Elektronegativitet: 1,5.
• Tetthet: 16,69 g.cm^-3 (nær 25°C).
• Kjemisk serie: overgang metall; gruppe 5.

Tantal egenskaper

Egenskapene til tantal ligner på niob. Et eksempel på dette er det faktum at de reagerer med oksygengass og halogener ved høy temperatur, i tillegg til å reagere med det meste ikke-metaller.

• 4 Ta + 5 O₂ → 2 Ta₂O₅
• 2 Ta + 5 X₂ → 2 Skatt₅, med X = F, Cl, Br, I

Tantal presenterer god korrosjonsbestandighet, som skyldes dannelsen av et tynt lag av oksid på den metalliske overflaten som isolerer atomer internt til oksidativt angrep. Elementet er også praktisk talt kjemisk inert, samt angrep av syrer, med unntak av:

• svovelsyre;
• flussyre.

presenterer tredje høyeste smeltepunktet blant metaller av det periodiske system, nest etter wolfram og rhenium. I tillegg presenterer tantalforbindelser for det meste metallet oksidasjonstilstand lik +5 og med overveiende kovalente egenskaper.

Vet også:Yttrium - sjeldne jordmetaller brukt i laserproduksjon

Forekomst og oppnåelse av tantal

Med en estimert overflod på 1,7 ppm (deler per million, mg.kg^-1) kl jordskorpen og ca. 0,002 ppb (deler per milliard, mg.t^-1) i sjøvann er tantal et metallisk grunnstoff relativt sjelden i planet.

Prøve av tantalitt, den viktigste tantalmalmen.

Tantal og lignende niob forekommer samtidig i mineralet kolumbitt, (Fe, Mn)(Nb, Ta)₂O₆. Men når columbite har et høyere innhold av tantal, kalles det tantalitt.

DE Tantal oppnås ved bruk av baser smeltet sammen, som kan oppløse Nb₂O₅ og ta₂O₅. Hvis den resulterende smelten løses i vann, kan niobiumsalter skilles fra tantalsaltene, ettersom tantalsaltene utfelles i pH høyere (i området 10).

En annen måte å få tantal fra blandingen av Nb-oksider₂O₅ og ta₂O₅ på rollebesetning er gjennom dra nytte av dens større basicitet. I denne situasjonen, bruk en løsning vann med kontrollert konsentrasjon av HF og KF, og danner K₂(NbOF₅) og K₂(TaF₇), førstnevnte er mer løselig i vann enn sistnevnte.

Tantalapplikasjoner

Den første bruken av tantal fant sted på begynnelsen av 1900-tallet, gjennom nye utvinnings- og renseteknikker. I 1905 designet for eksempel ingeniører som jobbet for Ernst Werner von Siemens lyspærer glødende ved hjelp av tantalfilamenter, i et forsøk på å erstatte de skjøre filamentene til karbon brukt til da.

Like etterpå, i 1909, ble tantal imidlertid erstattet av wolfram, metallet med det høyeste smeltepunktet i det periodiske systemet, og reduserte dermed industriell etterspørsel etter det.

Metallisk tantal i form av ledninger: duktilitet og høyt smeltepunkt tillot bruken i glødelamper.

Gjenopptagelsen av tantalutforskning kom med legering produksjon, slik som Ta-Ni (tantal-nikkel), som er svært motstandsdyktig mot korrosjon, som brukes i smykkeindustrien. I tillegg brukes de på:

• Maskinering verktøy;
• kjemisk laboratorieutstyr;
• radioventiler.

Disse legeringene brukes i industripå bil og romfart for å produsere for eksempel turbiner og motorkomponenter. Tantal brukes også til glass produksjon med brytningsindekser spesialiteter, som brukes til produksjon av lette kameraer.

Den største bruken av tantal skjer imidlertid gjennom tantaloksid, Ta₂O₅, på grunn av sin høye kapasitans, i produksjon av kondensatorer. Disse elektroniske enhetene har muligheten til å lagre elektriske ladninger inne, slipper ut store mengder elektrisitet til kretsen, noe som er veldig nyttig i apparater som krever store intensiteter av kjede.

Flere kondensatorer: Tantalkondensatorer har fordelen av å være mindre.

Tantalkondensatorer har fordelen av å være mindre, og tilby en viss kapasitans (størrelse som måler mengden ladning som kan lagres) i en mindre volumetrisk enhet enn kondensatorer tradisjonell.

Dette er avgjørende for optimalisering og minimering av den elektriske kretsen, ettersom etterspørselen etter mindre og bærbare komponenter øker. I tillegg har de lav lekkasjestrøm, større stabilitet og lengre levetid. Imidlertid har de en høyere kostnad.

Vite mer: Kobolt - et grunnstoff som har magnetiske egenskaper som ligner på jern

Forholdsregler med Tantal

Dette metallet gir vanligvis ingen problemer for mennesker.

• Tantal og dets hovedforbindelser er ikke klassifisert som kreftfremkallende.
• Tantalsalter er ikke-giftige da de absorberes dårlig og lett elimineres.
• Tregheten til tantal gjør at den kan brukes selv som en protese hos mennesker.

Tantalhistorie

Tantal var opprinnelig hentet fra mineralprøver av den svenske kjemikeren Anders Ekeberg, i 1802. På grunn av sin store motstand mot sure løsninger, kalte Ekeberg grunnstoffet tantal, med henvisning til kongen av gresk mytologi Tantalus, kjent for sin lidelse.

Kong Tantalus, den eneste dødelige som satt ved bordet til de olympiske gudene, ble straffet av guder for å være ambisiøs. Han ble sendt til Tartarus (underverdenen), hvor det var en dal full av vegetasjon, mat og vann.

Men som en del av straffen ble kong Tantalus dømt til å ikke kunne slukke sulten eller tørsten, som ved Når det nærmet seg vannet, tappet det, og når det nærmet seg trærne, ble grenene fjernet fra dets rekkevidde av vind.

Kunst som demonstrerer Tantalus 'straff.

på grunn av deres likheter med niob, ble det antatt at dette og tantal var det samme elementet. Dette pågikk i seks tiår, og niob ble da kalt columbium, oppdaget i 1801 av Charles Hatchett.

I 1844 hevdet tyskeren Heinrich Rose til og med at tantalitten inneholdt, i tillegg til tantal, to andre metaller, som ble kalt av ham niobium (i referanse til Niobe, datter av Tantalus) og pelopio (i referanse til Pelops, sønn av Tantal). Rose, uten å være klar over det, gjorde gjenoppdagelsen av columbium utført av Hatchett, men kalte det niob.

Senere, i 1847, ble kjemikeren R. Hermann sa at han hadde oppdaget enda et grunnstoff som ligner på tantal, niob og pelopium, og kalte det ilmenium, med henvisning til Ilmensky-fjellene i Russland.

Men i 1868, endelig, den sveitsiske vitenskapsmannen Jean Charles Galissard Marignac klarte å skille niob og tantal. Fra en blanding av tantal og niobiumoksider oppnådde Marignac fluoridene til disse forbindelsene.

Marignac undersøkte de forskjellige løselighetene til begge, og delte dem opp. En annen vitenskapsmann som bidro til separasjonen av de to elementene var den svenske Christian Wilhelm Blomstrand, da han identifiserte en ny klorid av niob.

Den britiske kjemikeren Henry Enfield Roscoe konkluderte med at både Marignac og Blomstrand var i stand til å bevise at i tantalitt var det bare to metaller: tantal og niob, mens de andre foreslåtte metallene ikke var noe mer enn enkle blandinger av begge i forskjellige proporsjoner som også kunne inneholde andre grunnstoffer, som wolfram, titan og jern. Navnet columbium forble som et alternativ til niob frem til 1950-tallet.

Løste øvelser på tantal

Spørsmål 1

(Enem 2018) I gresk mytologi var Niobia datter av Tantalus, to karakterer kjent for lidelse. Det kjemiske elementet med atomnummer (Z) lik 41 har kjemiske og fysiske egenskaper så like de til grunnstoffet med atomnummer 73 at de har blitt forvekslet. Derfor, til ære for disse to karakterene fra gresk mytologi, ble disse elementene gitt navnene niob (Z = 41) og tantal (Z = 73). Disse to kjemiske elementene fikk stor økonomisk betydning i metallurgi, i produksjon av superledere og i andre applikasjoner i high-end industrien, nettopp for de kjemiske og fysiske egenskapene felles for begge.

KEAN, S. The Disappearing Spoon: og andre sanne historier om galskap, kjærlighet og død fra kjemiske elementer. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (tilpasset).

Den økonomiske og teknologiske betydningen av disse elementene, på grunn av likheten mellom deres kjemiske og fysiske egenskaper, skyldes

A) har elektroner i f-undernivået.

B) være elementer av indre overgang.

C) tilhører samme gruppe i det periodiske systemet.

D) har sine ytterste elektroner på henholdsvis nivå 4 og 5.

E) være lokalisert i henholdsvis jordalkali- og alkalifamilien.

Vedtak:

Alternativ C

Forvirringen mellom niob og tantal oppstår på grunn av den store likheten mellom deres kjemiske egenskaper. I Qkjemi, kan likheten mellom grunnstoffene forklares ved at de tilhører samme gruppe i det periodiske system. Mendeleev grupperte dem til og med under hensyntagen til likheten mellom kjemiske og fysiske egenskaper.

spørsmål 2

Tantal kan utvinnes fra et mineral kalt tantalitt, hvis sammensetning kan variere. En av de mulige sammensetningene er den av jern II-oksid og tantal, FeTa₂O₆.

I den demonstrerte sammensetningen av tantalitt er oksidasjonstallet for tantal:

A) +2

B) +3

C) +5

D) +10

E) +12

Vedtak:

Alternativ C

Romertallet II i nomenklaturen indikerer at jern, i denne forbindelsen, har et oksidasjonstall på +2. I oksider er oksygen Den har et oksidasjonstall på -2. Dermed kan oksidasjonstallet for tantal beregnes som følger:

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

Vi vurderer x oksidasjonstallet til tantal. Dermed settes ligningen til null, siden det aktuelle oksidet er elektrisk nøytralt, ikke er en ion.

Når vi løser ligningen, har vi:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

x = +5

Tantal, som niob, får dette oksidasjonsnummer i de fleste av dets forbindelser.

Av Stefano Araújo Novais
Kjemilærer