Tantal (Ta): charakteristika, získavanie, história

O tantal je kov skupiny 5 periodickej tabuľky, atómové číslo 73. Má veľkú chemickú podobnosť s niób (Nb), prvok tesne nad vo svojej skupine. Podobnosť je taká veľká, že šesť desaťročí sa verilo, že ide o rovnaký prvok.

Vyniká veľkou chemickou inertnosťou, mechanickou odolnosťou, okrem vysokého bodu topenia (tretí najvyšší medzi kovmi Periodická tabuľka). Oxid tantalu vyniká svojimi vynikajúcimi elektrickými vlastnosťami (konkrétne svojou kapacitou).

Vďaka týmto vlastnostiam je tantal široko používaný pri výrobe kovových zliatin, telefónnych kondenzátorov, mobilné telefóny a iné elektronické zariadenia, vysokoteplotné pece, ako aj protézy a iné vybavenie chirurgické. Jeho zlúčeniny sa používajú v rôznych odvetviach priemyslu, ako je okrem iného letecký priemysel, automobilový priemysel, elektronika.

Pozri tiež: Dubnium — prvok skupiny 5, ktorý sa v periodickej tabuľke nachádza pod tantalom

Zhrnutie tantalu

• Tantalus je a kov zo skupiny 5 periodickej tabuľky, ktorá vykazuje veľkú chemickú podobnosť s nióbom.
• Vyniká svojou zotrvačnosťou a chemickou odolnosťou a vysokým bodom topenia.
• Komerčne sa získava z tantalitu.
• Medzi jeho hlavné využitie patrí výroba kovových zliatin a kondenzátorov.
• Jeho podobnosť s nióbom je taká veľká, že sa viac ako šesť desaťročí verilo, že je rovnaký prvok.

Vlastnosti tantalu

• Symbol: OK
• Atómové číslo: 73.
• Atómová hmotnosť: 180 948 c.u.s.
• Fúzny bod: 3017 °C.
• Bod varu: 5425 °C.
• Elektronická distribúcia: [Xe] 4f¹⁴ 6 s² 5d³.
• Elektronegativita: 1,5.
• Hustota: 16,69 g.cm^-3 (okolo 25°C).
• Chemická séria: prechodný kov; skupina 5.

Vlastnosti tantalu

Vlastnosti tantalu sú podobné vlastnostiam nióbu. Príkladom toho je skutočnosť, že reagujú s plynným kyslíkom a halogény pri vysokej teplote, navyše reaguje s väčšinou nekovy.

• 4 Ta + 5 O₂ → 2 Ta₂O₅
• 2 Ta + 5 X₂ → 2 Daň₅s X = F, Cl, Br, I

Tantal predstavuje dobrá odolnosť proti korózii, ktorý vzniká vytvorením tenkej vrstvy z oxid na kovovom povrchu, ktorý izoluje atómov vnútorný až oxidačný útok. Prvok je tiež prakticky chemicky inertný, ako aj útok na kyseliny, s výnimkou:

• kyselina sírová;
• kyselina fluorovodíková.

predstavuje tretí najvyšší bod topenia medzi kovmi Periodickej tabuľky, na druhom mieste volfrám a rénium. Okrem toho zlúčeniny tantalu z väčšej časti obsahujú kov oxidačný stav rovný +5 a s prevažne kovalentnými vlastnosťami.

Tiež vedieť:Ytrium — kovy vzácnych zemín používané pri výrobe laserov

Výskyt a získavanie tantalu

S odhadovaným množstvom 1,7 ppm (parts per million, mg.kg^-1) pri zemská kôra a asi 0,002 ppb (častíc na miliardu, mg.t^-1) v morskej vode je tantal kovový prvok pomerne zriedkavé v planéta.

Vzorka tantalitu, hlavnej tantalovej rudy.

Tantal a jemu podobný niób sa súčasne vyskytujú v minerále kolumbit, (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂O₆. Keď má však kolumbit vyšší obsah tantalu, nazýva sa tantalit.

THE Tantal sa získava pomocou základne zrastené, ktorý môže rozpúšťať Nb₂O₅ a ta₂O₅. Ak sa výsledná tavenina rozpustí vo vode, soli nióbu sa môžu oddeliť od solí tantalu, pretože soli tantalu sa vyzrážajú v pH vyššie (v rozmedzí 10).

Ďalší spôsob získania tantalu zo zmesi oxidov Nb₂O₅ a ta₂O₅ na základe obsadenie je cez využívajúc jeho väčšiu zásaditosť. V tejto situácii použite a Riešenie voda s kontrolovanou koncentráciou HF a KF, tvoriaca K₂(NbOF₅) a K₂(TaF₇), prvý je rozpustnejší vo vode ako druhý.

Aplikácie tantalu

K prvému použitiu tantalu došlo na začiatku 20. storočia, cez nové techniky extrakcie a čistenia. V roku 1905 napríklad inžinieri pracujúci pre Ernsta Wernera von Siemens navrhli žiarovky žiarovka s použitím tantalových vlákien v snahe nahradiť krehké vlákna uhlíka dovtedy používané.

Avšak krátko nato, v roku 1909, bol tantal nahradený volfrámom, kovom s najvyššou teplotou topenia v periodickej tabuľke, čím sa znížil priemyselný dopyt po ňom.

Kovový tantal vo forme drôtov: ťažnosť a vysoká teplota topenia umožnili jeho použitie v žiarovkách.

Obnovenie prieskumu tantalu prišlo s výroba zliatin, ako je Ta-Ni (tantal-nikel), ktoré sú veľmi odolné voči korózii a používajú sa v klenotníckom priemysle. Okrem toho sa uplatňujú na:

• obrábacie nástroje;
• chemické laboratórne vybavenie;
• rádiové ventily.

Tieto zliatiny sa používajú v priemyslupri automobilový a letecký priemysel na výrobu turbín a komponentov motorov, napr. Tantal sa používa aj na výroba skla s indexy lomu špeciály, ktoré sa používajú na výrobu ľahkých fotoaparátov.

K najväčšiemu využitiu tantalu však dochádza prostredníctvom oxidu tantalu, Ta₂O₅, kvôli svojej vysokej kapacite, v výroba kondenzátory. Tieto elektronické zariadenia majú schopnosť ukladať elektrické náboje vnútri, vybíja veľké množstvo elektriny do okruhu, čo je veľmi užitočné v spotrebičoch, ktoré vyžadujú veľké intenzity reťaz.

Niekoľko kondenzátorov: Tantalové kondenzátory majú tú výhodu, že sú menšie.

Tantalové kondenzátory majú tú výhodu, že sú menšie a ponúkajú určitú kapacitu (veľkosť, ktorá meria množstvo náboja, ktoré je možné uložiť) v menšej objemovej jednotke ako kondenzátory tradičné.

To je nevyhnutné pre optimalizáciu a minimalizáciu elektrického obvodu, pretože dopyt po menších a prenosných komponentoch sa zvyšuje. Okrem toho majú nízky zvodový prúd, väčšiu stabilitu a dlhšiu životnosť. Majú však vyššie náklady.

Vedieť viac: Kobalt — prvok, ktorý má magnetické vlastnosti podobné železu

Preventívne opatrenia s tantalom

Tento kov zvyčajne nepredstavuje pre ľudí žiadne problémy.

• Tantal a jeho hlavné zlúčeniny nie sú klasifikované ako karcinogény.
• Tantalové soli sú netoxické, pretože sa zle vstrebávajú a ľahko sa vylučujú.
• Zotrvačnosť tantalu umožňuje jeho použitie aj ako protéza u ľudí.

História tantalu

Tantal bol spočiatku extrahované zo vzoriek minerálov švédskym chemikom Andersom Ekebergomv roku 1802. Pre jeho veľkú odolnosť voči kyslým roztokom pomenoval Ekeberg prvok tantal, v odkaze na kráľa Grécka mytológia Tantalos, známy svojim utrpením.

Kráľ Tantalos, jediný smrteľník, ktorý sedel pri stole olympských bohov, bol potrestaný bohovia za to, že som ambiciózny. Bol poslaný do Tartaru (podsvetia), kde bolo údolie plné vegetácie, jedla a vody.

V rámci trestu bol však kráľ Tantalos odsúdený k tomu, že nemohol uhasiť hlad ani smäd, ako to bolo v r. Pri približovaní sa k vode vytekala a pri približovaní sa k stromom odstraňovali konáre z jej dosahu vietor.

Umenie demonštrujúce Tantalov trest.

kvôli ich podobnosti s nióbomverilo sa, že tento a tantal sú tým istým prvkom. Toto trvalo šesť desaťročí a niób sa potom nazýval kolumbium, ktorý objavil v roku 1801 Charles Hatchett.

V roku 1844 Nemec Heinrich Rose dokonca tvrdil, že tantalit obsahuje okrem tantalu aj ďalšie dva kovy, ktoré nazýval ich niób (v súvislosti s Niobe, dcérou Tantala) a pelopio (v súvislosti s Pelopom, synom Tantal). Rose, bez toho, aby si to uvedomovala, urobila Hatchett znovuobjavenie kolumbia, ktoré však nazval niób.

Neskôr, v roku 1847, chemik R. Hermann povedal, že objavil ďalší prvok podobný tantalu, nióbu a pelopiu, ktorý ho nazval ilmenium, v súvislosti s Ilmenskými horami v Rusku.

Avšak v roku 1868 konečne švajčiarsky vedec Jean Charles Galissard Marignac podarilo oddeliť niób a tantal. Zo zmesi oxidov tantalu a nióbu získal Marignac fluoridy týchto zlúčenín.

Marignac skúmal rôzne rozpustnosti oboch a rozdelil ich. Ďalším vedcom, ktorý prispel k oddeleniu týchto dvoch prvkov, bol švédsky Christian Wilhelm Blomstrand, keď identifikoval nový chlorid nióbu.

Britský chemik Henry Enfield Roscoe teda dospel k záveru, že Marignac aj Blomstrand boli schopní dokázať, že v tantalite boli len dva kovy: tantal a niób, zatiaľ čo ostatné navrhované kovy neboli nič iné ako jednoduché zmesi oboch v rôznych pomeroch, ktoré mohli obsahovať aj iné prvky, ako je volfrám, titán a železo. Názov kolumbium zostal ako alternatíva k nióbu až do 50. rokov 20. storočia.

Vyriešené cvičenia na tantale

Otázka 1

(Enem 2018) V gréckej mytológii bola Niobia dcérou Tantala, dvoch postáv známych utrpením. Chemický prvok s atómovým číslom (Z) rovným 41 má chemické a fyzikálne vlastnosti také podobné vlastnostiam prvku s atómovým číslom 73, že boli zamenené. Preto na počesť týchto dvoch postáv z gréckej mytológie dostali tieto prvky mená niób (Z = 41) a tantal (Z = 73). Tieto dva chemické prvky nadobudli veľký hospodársky význam v metalurgii, pri výrobe supravodičov a v iných aplikáciách v špičkovom priemysle práve pre chemické a fyzikálne vlastnosti spoločné pre oboch.

KEAN, S. Miznúca lyžica: a ďalšie skutočné príbehy o šialenstve, láske a smrti z chemických prvkov. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (upravené).

Ekonomický a technologický význam týchto prvkov, vzhľadom na podobnosť ich chemických a fyzikálnych vlastností, je spôsobený tým

A) majú elektróny v podúrovni f.

B) byť prvkami vnútorného prechodu.

C) patria do rovnakej skupiny v periodickej tabuľke.

D) majú svoje najvzdialenejšie elektróny na úrovniach 4 a 5.

E) byť umiestnené v skupine alkalických zemín a alkalických kovov.

Rozhodnutie:

Alternatíva C

K zámene medzi nióbom a tantalom dochádza z dôvodu veľkej podobnosti ich chemických vlastností. In Qchémiapodobnosť medzi prvkami možno vysvetliť tým, že patria do rovnakej skupiny v periodickej tabuľke. Mendelejev ich dokonca zoskupil s prihliadnutím na podobnosť chemických a fyzikálnych vlastností.

otázka 2

Tantal možno extrahovať z minerálu nazývaného tantalit, ktorého zloženie sa môže meniť. Jedným z možných zložení je oxid železitý II a tantal, FeTa₂O₆.

V preukázanom zložení tantalitu je oxidačné číslo tantalu:

A) +2

B) +3

C) +5

D) +10

E) +12

Rozhodnutie:

Alternatíva C

Rímska číslica II v nomenklatúre označuje, že železo, v tejto zlúčenine má oxidačné číslo +2. V oxidoch, kyslík Má oxidačné číslo -2. Oxidačné číslo tantalu sa teda môže vypočítať takto:

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

Uvažujeme x oxidačné číslo tantalu. Rovnica je teda nastavená na nulu, pretože príslušný oxid je elektricky neutrálny, nie a ión.

Pri riešení rovnice máme:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

x = +5

Tantal, podobne ako niób, to získava oxidačné číslo vo väčšine jeho zlúčenín.

Autor: Stefano Araújo Novais
Učiteľ chémie