O tantal jest metalem grupy 5 układu okresowego, Liczba atomowa 73. Ma duże podobieństwo chemiczne do niobu (Nb), element tuż powyżej w swojej grupie. Podobieństwo jest tak duże, że przez sześć dekad uważano, że to ten sam żywioł.
Wyróżnia się dużą obojętnością chemiczną, odpornością mechaniczną, a także wysoką temperaturą topnienia (trzeci najwyższy wśród metali Układ okresowy pierwiastków). Tlenek tantalu wyróżnia się doskonałymi właściwościami elektrycznymi (w szczególności pojemnością).
Takie właściwości sprawiają, że tantal jest szeroko stosowany w produkcji stopów metali, kondensatorów telefonicznych, telefony komórkowe i inne urządzenia elektroniczne, piece wysokotemperaturowe, a także protezy i inny sprzęt chirurgiczny. Jego związki znajdują zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, m.in. w lotnictwie, motoryzacji, elektronice.
Zobacz też: Dubnium — pierwiastek z grupy 5, który znajduje się poniżej tantalu w układzie okresowym
Podsumowanie tantalu
- Tantal jest metal z grupy 5 układu okresowego pierwiastków, który wykazuje duże podobieństwo chemiczne do niobu.
- Wyróżnia się bezwładnością i odpornością chemiczną oraz wysoką temperaturą topnienia.
- Jest komercyjnie pozyskiwany z tantalitu.
- Jego główne zastosowania to produkcja stopów metali i kondensatorów.
- Jego podobieństwo do niobu jest tak duże, że przez ponad sześć dekad uważano, że jest taki sam element.
Właściwości tantalu
- Symbol: OK.
- Liczba atomowa: 73.
- Masa atomowa: 180 948 j.m.
- Punkt fuzji: 3017°C.
- Temperatura wrzenia: 5425°C.
- Dystrybucja elektroniczna: [Xe] 4f14 6s2 5d3.
- Elektroujemność: 1,5.
- Gęstość: 16,69 g.cm-3 (blisko 25°C).
- Seria chemiczna: metal przejściowy; grupa 5.
Charakterystyka tantalu
Właściwości tantalu są podobne do właściwości niobu. Przykładem tego jest fakt, że reagują z gazowym tlenem i halogeny w wysokiej temperaturze, oprócz reagowania z większością niemetale.
- 4 Ta + 5 O2 → 2 Ta2O5
- 2 Ta + 5 X2 → 2 podatki5, gdzie X = F, Cl, Br, I
Prezenty tantalowe dobra odporność na korozję, co wynika z powstania cienkiej warstwy tlenek na metalowej powierzchni, która izoluje atomy atak wewnętrzny na oksydacyjny. Elementem jest również praktycznie obojętny chemicznie, a także atak kwasy, z wyjątkiem:
- Kwas Siarkowy;
- kwas fluorowodorowy.
przedstawia trzecia najwyższa temperatura topnienia wśród metali układu okresowego pierwiastków, ustępujący tylko wolfram oraz ren. Ponadto związki tantalu w przeważającej części prezentują metal z stopień utlenienia równy +5 io cechach głównie kowalencyjnych.
Wiedz również:Itr — metal ziem rzadkich stosowany w produkcji laserowej
Występowanie i pozyskiwanie tantalu
Przy szacowanej obfitości 1,7 ppm (części na milion, mg.kg-1) w skorupa Ziemska i około 0,002 ppb (części na miliard, mg.t-1) w wodzie morskiej tantal jest pierwiastkiem metalicznym stosunkowo rzadkie w planeta.
Tantal i podobny do niego niob występują jednocześnie w kolumbicie mineralnym (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6. Jednak gdy kolumbit ma wyższą zawartość tantalu, nazywa się go tantalitem.
TEN Tantal pozyskiwany jest poprzez zastosowanie podstawy stopiony, który może rozpuścić Nb2O5 i ta2O5. Jeśli powstały stop rozpuści się w wodzie, sole niobu można oddzielić od soli tantalu, ponieważ sole tantalu wytrącają się w pH wyższa (w przedziale 10).
Inny sposób otrzymywania tantalu z mieszaniny tlenków Nb2O5 i ta2O5 na zasadzie obsady odbywa się przez wykorzystując jego większą zasadowość. W tej sytuacji użyj a rozwiązanie woda o kontrolowanym stężeniu HF i KF, tworząca K2(NbOF5) i K2(TaF7), ta pierwsza jest lepiej rozpuszczalna w wodzie niż ta druga.
Zastosowania tantalu
Pierwsze zastosowania tantalu miały miejsce na początku XX wieku, poprzez nowe techniki ekstrakcji i oczyszczania. Na przykład w 1905 roku inżynierowie pracujący dla Ernsta Wernera von Siemensa zaprojektowali żarówki żarowe przy użyciu włókien tantalowych, próbując zastąpić kruche włókna węgiel używane do tego czasu.
Jednak wkrótce potem, w 1909 r., tantal został zastąpiony wolframem, metalem o najwyższej temperaturze topnienia w układzie okresowym, zmniejszając w ten sposób zapotrzebowanie przemysłu na niego.
Wznowienie eksploracji tantalu nastąpiło wraz z produkcja stopów, takich jak Ta-Ni (tantal-nikiel), które są bardzo odporne na korozję, stosowane w przemyśle jubilerskim. Ponadto stosuje się je do:
- narzędzia do obróbki;
- sprzęt do laboratorium chemicznego;
- zawory radiowe.
Te stopy są używane w przemysłw na przykład w branży motoryzacyjnej i lotniczej do produkcji turbin i elementów silników. Tantal jest również używany do produkcja szkła z współczynniki załamania promocje, które są wykorzystywane do produkcji lekkich kamer.
Jednak największe wykorzystanie tantalu następuje przez tlenek tantalu, Ta2O5, ze względu na dużą pojemność, w produkcja kondensatory. Te urządzenia elektroniczne mają możliwość przechowywania ładunki elektryczne wewnątrz, odprowadzając do obwodu duże ilości energii elektrycznej, co jest bardzo przydatne w urządzeniach wymagających dużej intensywności łańcuch.
Kondensatory tantalowe mają tę zaletę, że są mniejsze, oferując pewną pojemność (wielkość, która mierzy ilość ładunku, który może być przechowywany) w mniejszej jednostce objętości niż kondensatory tradycyjny.
Jest to niezbędne do optymalizacji i minimalizacji obwodu elektrycznego, ponieważ rośnie zapotrzebowanie na mniejsze i przenośne komponenty. Ponadto charakteryzują się niskim prądem upływu, większą stabilnością i dłuższą żywotnością. Jednak mają wyższy koszt.
Wiedzieć więcej: Kobalt — pierwiastek o właściwościach magnetycznych podobnych do żelaza
Środki ostrożności z tantalem
Ten metal zwykle nie sprawia ludziom żadnych problemów.
- Tantal i jego główne związki nie są klasyfikowane jako substancje rakotwórcze.
- Sole tantalu są nietoksyczne, ponieważ są słabo wchłaniane i łatwo eliminowane.
- Bezwładność tantalu pozwala na użycie go nawet jako protezy u ludzi.
Historia tantalu
Tantal był początkowo pozyskiwany z próbek minerałów przez szwedzkiego chemika Andersa Ekeberga, w 1802. Ze względu na dużą odporność na kwaśne roztwory Ekeberg nazwał pierwiastek tantalem, nawiązując do króla mitologia grecka Tantal, znany ze swojego cierpienia.
Król Tantal, jedyny śmiertelnik zasiadający przy stole bogów olimpijskich, został ukarany przez bogowie za bycie ambitnym. Został wysłany do Tartaru (podziemia), gdzie znajdowała się dolina pełna roślinności, jedzenia i wody.
Jednak w ramach kary król Tantal został skazany na niezdolność do zaspokojenia głodu lub pragnienia, jak na Zbliżając się do wody, spływała, a zbliżając się do drzew, gałęzie były usuwane z jej zasięgu przez wiatr.
z powodu ich podobieństwa do niobuwierzono, że ten i tantal to ten sam pierwiastek. Trwało to sześć dekad, a niob nazwano wówczas kolumbią, odkrytym w 1801 roku przez Charlesa Hatchetta.
W 1844 roku niemiecki Heinrich Rose twierdził nawet, że tantalit zawiera oprócz tantalu dwa inne metale, które nazwane zostały przez niego niobium (w stosunku do Niobe, córki Tantala) i pelopio (w stosunku do Pelopsa, syna Tantal). Rose, nie zdając sobie z tego sprawy, dokonała ponownego odkrycia kolumbium dokonanego przez Hatchetta, nazwała je jednak niobem.
Później, w 1847 r., chemik R. Hermann powiedział, że odkrył jeszcze inny pierwiastek podobny do tantalu, niobu i pelopium, nazywając go ilmenium, w odniesieniu do Gór Ilmenskich w Rosji.
Jednak w 1868 roku szwajcarski naukowiec Jean Charles Galissard Marignac udało się oddzielić niob i tantal. Z mieszaniny tlenków tantalu i niobu Marignac otrzymał fluorki tych związków.
Badając różne rozpuszczalności obu, Marignac dokonał ich dezagregacji. Innym naukowcem, który przyczynił się do rozdzielenia tych dwóch elementów, był szwedzki Christian Wilhelm Blomstrand, kiedy zidentyfikował nowy chlorek niobu.
W ten sposób brytyjski chemik Henry Enfield Roscoe doszedł do wniosku, że zarówno Marignac, jak i Blomstrand byli w stanie to udowodnić w tantalicie były tylko dwa metale: tantal i niob, podczas gdy inne proponowane metale były niczym innym jak prostymi mieszaninami obu w różnych proporcjach, które mogły zawierać również inne pierwiastki, takie jak wolfram, tytan i żelazo. Nazwa columbium pozostawała alternatywą dla niobu do lat 50. XX wieku.
Rozwiązane ćwiczenia na tantalu
Pytanie 1
(Enem 2018) W mitologii greckiej Niobia była córką Tantalusa, dwóch postaci znanych z cierpienia. Pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej (Z) równej 41 ma właściwości chemiczne i fizyczne tak podobne do pierwiastka o liczbie atomowej 73, że zostały pomylone. Dlatego na cześć tych dwóch postaci z mitologii greckiej pierwiastkom tym nadano nazwy niobu (Z=41) i tantalu (Z=73). Te dwa pierwiastki chemiczne nabrały dużego znaczenia gospodarczego w metalurgii, przy produkcji nadprzewodników oraz w innych zastosowaniach w przemyśle high-end, właśnie ze względu na właściwości chemiczne i fizyczne wspólne dla obu.
KEAN, S. Łyżka znikająca: i inne prawdziwe historie o szaleństwie, miłości i śmierci od pierwiastków chemicznych. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (dostosowane).
Ekonomiczne i technologiczne znaczenie tych pierwiastków, ze względu na podobieństwo ich właściwości chemicznych i fizycznych, wynika z:
A) mają elektrony na podpoziomie f.
B) być elementami przejścia wewnętrznego.
C) należą do tej samej grupy w układzie okresowym.
D) mają swoje najbardziej zewnętrzne elektrony odpowiednio na poziomie 4 i 5.
E) znajdować się odpowiednio w rodzinie ziem alkalicznych i alkalicznej.
Rezolucja:
Alternatywa C
Mylenie niobu z tantalem wynika z dużego podobieństwa ich właściwości chemicznych. w Qchemia, podobieństwo między pierwiastkami można wytłumaczyć faktem, że należą one do tej samej grupy w układzie okresowym. Mendelejew nawet pogrupował je, biorąc pod uwagę podobieństwo właściwości chemicznych i fizycznych.
pytanie 2
Tantal można pozyskać z minerału zwanego tantalitem, którego skład może się różnić. Jedną z możliwych kompozycji jest tlenek żelaza II i tantal, FeTa2O6.
W przedstawionym składzie tantalitu stopień utlenienia tantalu wynosi:
A) +2
B) +3
C) +5
D) +10
E) +12
Rezolucja:
Alternatywa C
Cyfra rzymska II w nomenklaturze wskazuje, że żelazo, w tym związku ma stopień utlenienia +2. W tlenkach tlen Posiada stopień utlenienia -2. Tak więc stopień utlenienia tantalu można obliczyć w następujący sposób:
+2 + 2x + 6 (-2) = 0
Uważamy x za stopień utlenienia tantalu. Zatem równanie jest ustawione na zero, ponieważ omawiany tlenek jest elektrycznie obojętny, nie będąc a jon.
Rozwiązując równanie, mamy:
2x + 2 - 12 = 0
2x - 10 = 0
2x = 10
x = +5
Tantal, podobnie jak niob, nabywa to liczba utlenienia w większości jego związków.
Stefano Araújo Novais
Nauczyciel chemii
