Tantal (Ta): značilnosti, pridobivanje, zgodovina

O tantal je kovina skupine 5 periodnega sistema, atomsko število 73. Ima veliko kemijsko podobnost z niobij (Nb), element tik zgoraj v svoji skupini. Podobnost je tako velika, da je šest desetletij veljalo, da gre za isti element.

Izstopa po svoji veliki kemični inertnosti, mehanski odpornosti, poleg visokega tališča (tretja najvišja med kovinami Periodični sistem). Tantalov oksid izstopa zaradi svojih odličnih električnih lastnosti (zlasti njegove kapacitivnosti).

Zaradi takšnih lastnosti se tantal pogosto uporablja pri izdelavi kovinskih zlitin, telefonskih kondenzatorjev, mobilne telefone in druge elektronske naprave, visokotemperaturne pečice, pa tudi proteze in drugo opremo kirurški. Njegove spojine se uporabljajo v različnih sektorjih industrije, kot so letalstvo, avtomobilska industrija, elektronika, med drugim.

Glej tudi: Dubnij — element skupine 5, ki je pod tantalom v periodnem sistemu

Povzetek Tantal

• Tantal je a kovinski iz skupine 5 periodnega sistema, ki kaže veliko kemijsko podobnost z niobijem.
• Izstopa po svoji vztrajnosti in kemični odpornosti ter visokem tališču.
• Komercialno se pridobiva iz tantalita.
• Njegova glavna uporaba vključuje proizvodnjo kovinskih zlitin in kondenzatorjev.
• Njegova podobnost z niobijem je tako velika, da so več kot šest desetletij verjeli, da je enak element.

Lastnosti tantala

• simbol: V REDU.
• atomsko število: 73.
• atomska masa: 180.948 c.u.s.
• Fuzijska točka: 3017°C.
• Vrelišče: 5425°C.
• Elektronska distribucija: [Xe] 4f¹⁴ 6s² 5d³.
• elektronegativnost: 1,5.
• gostota: 16,69 g/cm^-3 (približno 25°C).
• Kemična serija: prehodna kovina; skupina 5.

Značilnosti tantala

Lastnosti tantala so podobne lastnostim niobija. Primer tega je dejstvo, da reagirajo s plinom kisika in halogeni pri visoki temperaturi, poleg tega pa reagira z večino nekovine.

• 4 Ta + 5 O₂ → 2 Ta₂O₅
• 2 Ta + 5 X₂ → 2 Davek₅, z X = F, Cl, Br, I

Tantal predstavlja dobra odpornost proti koroziji, ki je posledica nastanka tanke plasti oksid na kovinski površini, ki izolira atomi notranji oksidativni napad. Element je tudi praktično kemično inerten, kot tudi napad na kisline, z izjemo:

• žveplova kislina;
• fluorovodikova kislina.

predstavlja tretje najvišje tališče med kovinami periodnega sistema, ki je na drugem mestu volfram in renij. Poleg tega tantalove spojine večinoma predstavljajo kovino oksidacijsko stanje enako +5 in s pretežno kovalentnimi lastnostmi.

Vedite tudi:itrij - redke zemeljske kovine, ki se uporabljajo v proizvodnji laserjev

Pojav in pridobivanje tantala

Z ocenjeno številčnostjo 1,7 ppm (delov na milijon, mg.kg^-1) pri Zemljina skorja in približno 0,002 ppb (delov na milijardo, mg.t^-1) v morski vodi je tantal kovinski element relativno redko v planet.

Vzorec tantalita, glavne tantalove rude.

Tantal in njemu podoben niobij se hkrati pojavljata v mineralu kolumbitu (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂O₆. Kadar pa ima kolumbit višjo vsebnost tantala, se imenuje tantalit.

THE Tantal se pridobiva z uporabo podlage zlit, ki lahko raztopi Nb₂O₅ in ta₂O₅. Če nastalo talino raztopimo v vodi, se niobijeve soli lahko ločijo od soli tantala, saj se tantalove soli oborijo v pH višje (v območju 10).

Drug način pridobivanja tantala iz mešanice Nb oksidov₂O₅ in ta₂O₅ na podlagi oddane je skozi izkoristi svojo večjo osnovnost. V tej situaciji uporabite a rešitev voda z nadzorovano koncentracijo HF in KF, ki tvori K₂(NbOF₅) in K₂(TaF₇), prvi je bolj topen v vodi kot drugi.

Uporaba tantala

Prve uporabe tantala so se zgodile v začetku 20. stoletja, skozi nove tehnike ekstrakcije in čiščenja. Leta 1905 so na primer inženirji, ki so delali za Ernsta Wernerja von Siemensa, zasnovali žarnice žarnice z uporabo tantalovih filamentov, da bi nadomestili krhke filamente ogljik uporabljal do takrat.

Vendar je kmalu zatem, leta 1909, tantal nadomestil volfram, kovina z najvišjo tališčem v periodnem sistemu, s čimer se je zmanjšalo industrijsko povpraševanje po njem.

Kovinski tantal v obliki žic: duktilnost in visoko tališče sta omogočila njegovo uporabo v žarnicah z žarilno nitko.

Nadaljevanje raziskovanja tantala je prišlo z proizvodnja zlitin, kot je Ta-Ni (tantal-nikelj), ki so zelo odporni proti koroziji in se uporabljajo v industriji nakita. Poleg tega se uporabljajo za:

• obdelovalna orodja;
• oprema za kemični laboratorij;
• radijski ventili.

Te zlitine se uporabljajo v industrijopri avtomobilska in vesoljska industrija za proizvodnjo turbin in komponent motorjev, na primer. Tantal se uporablja tudi za proizvodnja stekla s lomni indeksi posebnosti, ki se uporabljajo za proizvodnjo lahkih kamer.

Vendar pa se največja uporaba tantala zgodi prek tantalovega oksida, Ta₂O₅, zaradi svoje visoke kapacitivnosti, v proizvodnja kondenzatorji. Te elektronske naprave imajo možnost shranjevanja električni naboji v notranjosti, ki odvaja velike količine električne energije v vezje, kar je zelo uporabno pri napravah, ki zahtevajo veliko intenzivnost veriga.

Več kondenzatorjev: Tantalovi kondenzatorji imajo prednost, da so manjši.

Tantalovi kondenzatorji imajo prednost, da so manjši in nudijo določeno kapacitivnost (velikost, ki meri količino naboja, ki se lahko shrani) v manjši prostorninski enoti kot kondenzatorji tradicionalno.

To je bistveno za optimizacijo in minimizacijo električnega tokokroga, saj se povečuje povpraševanje po manjših in prenosnih komponentah. Poleg tega imajo nizek tok uhajanja, večjo stabilnost in daljšo življenjsko dobo. Vendar pa imajo višje stroške.

Več o tem: Kobalt - element, ki ima podobne magnetne lastnosti kot železo

Previdnostni ukrepi pri uporabi tantala

Ta kovina ljudem običajno ne predstavlja težav.

• Tantal in njegove glavne spojine niso razvrščene kot rakotvorne snovi.
• Tantalove soli so nestrupene, saj se slabo absorbirajo in se zlahka odstranijo.
• Vztrajnost tantala omogoča, da se uporablja tudi kot proteza pri ljudeh.

Zgodovina tantala

Tantal je bil sprva iz mineralnih vzorcev pridobil švedski kemik Anders Ekeberg, leta 1802. Zaradi velike odpornosti proti kislim raztopinam je Ekeberg element poimenoval tantal v sklicevanju na kralja Grška mitologija Tantal, znan po svojem trpljenju.

Kralj Tantal, edini smrtnik, ki je sedel za mizo olimpijskih bogov, je bil kaznovan s bogovi ker je ambiciozen. Poslali so ga v Tartar (podzemlje), kjer je bila dolina polna rastlinja, hrane in vode.

Vendar je bil kot del kazni kralj Tantal obsojen, da ni mogel potešiti lakote ali žeje, kot je bil Ob približevanju vodi je ta odtekla, ob približevanju drevesom pa so veje odstranili z njenega dosega. veter.

Umetnost, ki prikazuje Tantalovo kazen.

zaradi njihovega podobnosti z niobijem, veljalo je, da sta ta in tantal isti element. To je trajalo šest desetletij, niobij pa se je takrat imenoval kolumbij, ki ga je leta 1801 odkril Charles Hatchett.

Leta 1844 je Nemec Heinrich Rose celo trdil, da tantalit vsebuje poleg tantala še dve drugi kovini, ki imenoval niobij (glede na Niobe, Tantalovo hčer) in pelopio (v sklicevanju na Pelopsa, sina tantal). Rose, ne da bi se tega zavedala, je ponovno odkrila kolumbij, ki ga je izvedel Hatchett, vendar ga je imenoval niobij.

Kasneje, leta 1847, je kemik R. Hermann je dejal, da je odkril še en element, podoben tantalu, niobiju in pelopiju, in ga poimenoval ilmenij, glede na Ilmensko gorovje v Rusiji.

Vendar je leta 1868 končno švicarski znanstvenik Jean Charles Galissard Marignac uspelo ločiti niobij in tantal. Iz mešanice tantalovih in niobijevih oksidov je Marignac pridobil fluoride teh spojin.

Marignac ju je, ko je raziskal različne topnosti obeh, razčlenil. Drugi znanstvenik, ki je prispeval k ločitvi obeh elementov, je bil švedski Christian Wilhelm Blomstrand, ko je identificiral novo klorid iz niobija.

Tako je britanski kemik Henry Enfield Roscoe zaključil, da sta lahko Marignac in Blomstrand dokazala, da v tantalitu sta bili samo dve kovini: tantal in niobij, medtem ko druge predlagane kovine niso bile nič drugega kot preproste mešanice obeh v različnih razmerjih, ki bi lahko vsebovale tudi druge elemente, kot so volfram, titan in železo. Ime columbium je ostalo kot alternativa niobiju do petdesetih let prejšnjega stoletja.

Rešene vaje na tantalu

Vprašanje 1

(Enem 2018) V grški mitologiji je bila Niobia hči Tantala, dveh likov, znanih po trpljenju. Kemični element z atomsko številko (Z) enako 41 ima kemične in fizikalne lastnosti tako podobne tistim elementa z atomsko številko 73, da so jih zamenjali. Zato so v čast teh dveh likov iz grške mitologije ti elementi dobili imeni niobij (Z = 41) in tantal (Z = 73). Ta dva kemična elementa sta pridobila velik gospodarski pomen v metalurgiji, v proizvodnji superprevodnikov in v drugih aplikacijah v vrhunski industriji, ravno zaradi kemičnih in fizikalnih lastnosti skupno obema.

KEAN, S. Izginjajoča žlica: in druge resnične zgodbe o norosti, ljubezni in smrti zaradi kemičnih elementov. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (prirejeno).

Gospodarski in tehnološki pomen teh elementov je zaradi podobnosti njihovih kemičnih in fizikalnih lastnosti posledica

A) imajo elektrone na podnivoju f.

B) biti elementi notranjega prehoda.

C) pripadajo isti skupini na periodnem sistemu.

D) imajo svoje najbolj oddaljene elektrone na nivojih 4 oziroma 5.

E) se nahajajo v družini alkalijskih in alkalijskih.

Resolucija:

Alternativa C

Do zmede med niobijem in tantalom pride zaradi velike podobnosti njunih kemičnih lastnosti. V Qkemija, je podobnost med elementi mogoče razložiti z dejstvom, da pripadajo isti skupini v periodnem sistemu. Mendelejev jih je celo združil ob upoštevanju podobnosti kemičnih in fizikalnih lastnosti.

vprašanje 2

Tantal je mogoče pridobiti iz minerala, imenovanega tantalit, katerega sestava je lahko različna. Ena od možnih sestav je železov II oksid in tantal, FeTa₂O₆.

V prikazani sestavi tantalita je oksidacijsko število tantala:

A) +2

B) +3

C) +5

D) +10

E) +12

Resolucija:

Alternativa C

Rimska številka II v nomenklaturi označuje, da je železo, ima v tej spojini oksidacijsko število +2. V oksidih, kisik Ima oksidacijsko število -2. Tako lahko oksidacijsko število tantala izračunamo na naslednji način:

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

Za x štejemo oksidacijsko število tantala. Tako je enačba nastavljena na nič, saj je zadevni oksid električno nevtralen in ni ion.

Če rešimo enačbo, imamo:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

x = +5

Tantal, tako kot niobij, pridobi to oksidacijsko število v večini svojih spojin.

Avtor: Stefano Araújo Novais
Učiteljica kemije