Тантал (Та): характеристики, получение, история

О тантал металл 5 группы Периодической таблицы, атомный номер 73. Имеет большое химическое сходство с ниобий (Nb), элемент чуть выше в своей группе. Сходство настолько велико, что на протяжении шести десятилетий считалось, что это один и тот же элемент.

Он отличается большой химической инертностью, механической стойкостью, а также высокой температурой плавления (третье место среди металлов Периодическая таблица). Оксид тантала выделяется своими превосходными электрическими свойствами (в частности, его емкостью).

Такие свойства делают тантал широко используемым в производстве металлических сплавов, телефонных конденсаторов, сотовые телефоны и другие электронные устройства, высокотемпературные печи, а также протезы и другое оборудование хирургический. Его соединения используются в различных отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая, автомобильная, электронная и другие.

Смотрите также: Дубний - элемент 5 группы, стоящий ниже тантала в Периодической таблице.

Резюме Тантала

• Тантал - это металл из группы 5 Периодической таблицы, что показывает большое химическое сходство с ниобием.
• Он выделяется своей инерционностью и химической стойкостью, а также высокой температурой плавления.
• Он коммерчески извлекается из танталита.
• Его основные области применения включают производство металлических сплавов и конденсаторов.
• Его сходство с ниобием настолько велико, что на протяжении более шести десятилетий его считали тем же самым. элемент.

Свойства тантала

• Символ: OK.
• Атомный номер: 73.
• Атомная масса: 180 948 у.е.
• Точка слияния: 3017°С.
• Точка кипения: 5425°С.
• Электронное распространение: [Хе] 4f¹⁴ 6 с² 5д³.
• Электроотрицательность: 1,5.
• Плотность: 16,69 г.см^-3 (около 25°С).
• Химическая серия: переходный металл; группа 5.

Характеристики тантала

Характеристики тантала аналогичны характеристикам ниобия. Примером этого является тот факт, что они реагируют с газообразным кислородом и галогены при высокой температуре, в дополнение к реакции с большинством неметаллы.

• 4 Та + 5 О₂ → 2 Та₂О₅
• 2 Та + 5 Х₂ → 2 Налог₅, где X = F, Cl, Br, I

Тантал представляет хорошая коррозионная стойкостьв результате образования тонкого слоя окись на металлической поверхности, изолирующей атомы внутренние к окислительной атаке. Элемент также практически химически инертен, а также атака кислоты, за исключением:

• серная кислота;
• плавиковая кислота.

представляет третья по температуре плавления среди металлов периодической таблицы, уступая только вольфрам а также рений. Кроме того, соединения тантала в большинстве своем представляют металл с степень окисления равна +5 и с преимущественно ковалентными характеристиками.

Также знать:Иттрий — редкоземельный металл, используемый в лазерном производстве

Возникновение и получение тантала

При предполагаемом содержании 1,7 ppm (частей на миллион, мг.кг^-1) в земной коры и около 0,002 ppb (частей на миллиард, мг.т^-1) в морской воде тантал является металлическим элементом относительно редко в планета.

Образец танталита, основной танталовой руды.

Тантал и аналогичный ему ниобий одновременно встречаются в минерале колумбите (Fe, Mn) (Nb, Ta).₂О₆. Однако, когда колумбит имеет более высокое содержание тантала, его называют танталитом.

НАШИ Тантал получают с использованием базы сплавленный, который может растворять Nb₂О₅ и та₂О₅. Если полученный расплав растворить в воде, соли ниобия можно отделить от солей тантала, так как соли тантала выпадают в осадок. рН выше (в пределах 10).

Другой способ получения тантала из смеси оксидов Nb₂О₅ и та₂О₅ на литой основе через воспользовавшись его большей основностью. В этой ситуации используйте решение вода с контролируемой концентрацией HF и KF, образующая K₂(НбОФ₅) и К₂(ТаФ₇), причем первые лучше растворяются в воде, чем вторые.

Применение тантала

Первые применения тантала имели место в начале 20-го века, через новые методы экстракции и очистки. Например, в 1905 году инженеры Эрнста Вернера фон Сименса разработали электрические лампочки. накаливания с использованием танталовых нитей в попытке заменить хрупкие нити углерод используется до тех пор.

Однако вскоре после этого, в 1909 году, тантал был заменен вольфрамом, металлом с самой высокой температурой плавления в периодической таблице, что снизило промышленный спрос на него.

Металлический тантал в виде проволок: пластичность и высокая температура плавления позволили применять его в лампах накаливания.

Возобновление разведки тантала произошло с производство сплавов, такие как Ta-Ni (тантал-никель), которые очень устойчивы к коррозии и используются в ювелирной промышленности. Кроме того, они применяются:

• инструменты для обработки;
• химическое лабораторное оборудование;
• радиоклапаны.

Эти сплавы используются в промышленностьв автомобильной и аэрокосмической промышленности, например, для производства турбин и компонентов двигателей. Тантал также используется для производство стекла с показатели преломления специальные предложения, которые используются для производства легких камер.

Однако наибольшее использование тантала происходит из-за оксида тантала Ta.₂О₅, из-за его высокой емкости, в изготовление конденсаторы. Эти электронные устройства имеют возможность хранить электрические заряды внутри, разряжая большое количество электричества в цепь, что очень полезно в приборах, требующих большой интенсивности цепь.

Несколько конденсаторов: танталовые конденсаторы имеют то преимущество, что они меньше.

Преимущество танталовых конденсаторов в том, что они меньше по размеру и обладают определенной емкостью (величиной, которую измеряет количество заряда, которое может быть сохранено) в меньшей объемной единице, чем конденсаторы традиционный.

Это важно для оптимизации и минимизации электрической схемы, поскольку спрос на более мелкие и портативные компоненты растет. Кроме того, они имеют низкий ток утечки, большую стабильность и более длительный срок службы. Однако они имеют более высокую стоимость.

Узнать больше: Кобальт — элемент, обладающий магнитными свойствами, подобными железу.

Меры предосторожности при работе с танталом

Этот металл обычно не представляет проблем для человека.

• Тантал и его основные соединения не относятся к канцерогенам.
• Соли тантала нетоксичны, так как плохо всасываются и легко выводятся.
• Инерция тантала позволяет использовать его даже в качестве протеза у человека.

История тантала

Тантал изначально извлечено из образцов минералов шведским химиком Андерсом Экебергом, в 1802 году. Из-за его большой устойчивости к кислым растворам Экеберг назвал элемент танталом в честь короля Греческая мифология Тантал, известный своими страданиями.

Царь Тантал, единственный смертный, сидевший за столом олимпийских богов, был наказан боги за амбициозность. Его отправили в Тартар (подземный мир), где была долина, полная растительности, пищи и воды.

Однако в качестве наказания царь Тантал был приговорен к неспособности утолить свой голод или жажду, как в При приближении к воде она стекала, а при приближении к деревьям ветки убирались из недоступного для нее места. ветер.

Искусство, демонстрирующее наказание Тантала.

из-за их сходство с ниобием, считалось, что это и тантал - один и тот же элемент. Так продолжалось шесть десятилетий, и ниобий был тогда назван колумбием, открытым в 1801 году Чарльзом Хэтчеттом.

В 1844 году немец Генрих Розе даже утверждал, что танталит содержит, помимо тантала, еще два металла, которые были названы им ниобием (по отношению к Ниобе, дочери Тантала) и пелопио (по отношению к Пелопсу, сыну Тантал). Роуз, сам того не осознавая, совершил повторное открытие колумбия, осуществленное Хэтчеттом, однако назвал его ниобием.

Позже, в 1847 году, химик Р. Германн сказал, что открыл еще один элемент, похожий на тантал, ниобий и пелопий, назвав его ильмением, имея в виду Ильменские горы в России.

Однако в 1868 году, наконец, швейцарский ученый Жан Шарль Галиссар Мариньяк удалось разделить ниобий и тантал. Из смеси оксидов тантала и ниобия Мариньяк получил фториды этих соединений.

Исследуя различную растворимость обоих, Мариньяк дезагрегировал их. Другим ученым, внесшим свой вклад в разделение двух элементов, был шведский христианин Вильгельм Бломстранд, когда он определил новый хлористый ниобия.

Таким образом, британский химик Генри Энфилд Роско пришел к выводу, что и Мариньяк, и Бломстранд смогли доказать, что в танталите было всего два металла: тантал и ниобий, в то время как другие предложенные металлы были не чем иным, как простыми смесями обоих в разных пропорциях, которые также могли содержать другие элементы, такие как вольфрам, титан и железо. Название колумбий оставалось альтернативой ниобию до 1950-х годов.

Решенные упражнения на тантале

Вопрос 1

(Enem 2018) В греческой мифологии Ниобия была дочерью Тантала, двух персонажей, известных своими страданиями. Химический элемент с атомным номером (Z), равным 41, имеет химические и физические свойства, настолько похожие на свойства элемента с атомным номером 73, что их путают. Поэтому в честь этих двух персонажей из греческой мифологии этим элементам дали названия ниобия (Z=41) и тантала (Z=73). Эти два химических элемента приобрели большое народнохозяйственное значение в металлургии, в производстве сверхпроводники и в других применениях в высокотехнологичной промышленности, именно из-за химических и физических свойств общее для обоих.

КИН, С. Исчезающая ложка: и другие правдивые истории безумия, любви и смерти от химических элементов. Рио-де-Жанейро: Захар, 2011 г. (адаптировано).

Хозяйственно-технологическое значение этих элементов, обусловленное сходством их химических и физических свойств, обусловлено

А) имеют электроны на f-подуровне.

Б) быть элементами внутреннего перехода.

в) принадлежат к одной группе периодической таблицы.

D) имеют свои внешние электроны на уровнях 4 и 5 соответственно.

Е) находиться в щелочноземельном и щелочном семействе соответственно.

Разрешение:

Альтернатива С

Путаница между ниобием и танталом происходит из-за большого сходства их химических свойств. В Вопросхимия, сходство между элементами можно объяснить тем, что они принадлежат к одной и той же группе периодической таблицы. Менделеев даже сгруппировал их с учетом сходства химических и физических свойств.

вопрос 2

Тантал можно извлечь из минерала танталит, состав которого может варьироваться. Один из возможных составов - это оксид железа II и тантал FeTa.₂О₆.

В продемонстрированном составе танталита степень окисления тантала составляет:

А) +2

Б) +3

В) +5

Г) +10

Д) +12

Разрешение:

Альтернатива С

Римская цифра II в номенклатуре указывает на то, что железо, в этом соединении имеет степень окисления +2. В оксидах, кислород Он имеет степень окисления -2. Таким образом, степень окисления тантала можно рассчитать следующим образом:

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

Считаем x степенью окисления тантала. Таким образом, уравнение обнуляется, так как рассматриваемый оксид электрически нейтрален, не являясь ион.

Решая уравнение, имеем:

2х + 2 - 12 = 0

2х - 10 = 0

2х = 10

х = +5

Тантал, как и ниобий, приобретает это степень окисления в большинстве своих соединений.

Стефано Араужо Новаис
Учитель химии