Tantal (Ta): egenskaper, erhållande, historia

O tantal är en grupp 5 metall i det periodiska systemet, atomnummer 73. Den har en stor kemisk likhet med niob (Nb), element precis ovanför sin grupp. Likheten är så stor att man i sex decennier trodde att de var samma element.

Den utmärker sig för sin stora kemiska tröghet, mekaniska motståndskraft, förutom sin höga smältpunkt (den tredje högsta bland metallerna i Periodiska systemet). Tantaloxid utmärker sig på grund av dess utmärkta elektriska egenskaper (specifikt dess kapacitans).

Sådana egenskaper gör att tantal används i stor utsträckning vid tillverkning av metallegeringar, telefonkondensatorer, mobiltelefoner och andra elektroniska enheter, högtemperaturugnar samt proteser och annan utrustning kirurgisk. Dess föreningar används inom olika sektorer av industrin, såsom flyg, bil, elektronik, bland andra.

Se också: Dubnium — grundämne i grupp 5 som ligger under tantal i det periodiska systemet

Sammanfattning av Tantal

• Tantalus är en metall från grupp 5 i det periodiska systemet som visar stor kemisk likhet med niob.
• Den utmärker sig för sin tröghet och kemikaliebeständighet och höga smältpunkt.
• Det extraheras kommersiellt från tantalit.
• Dess huvudsakliga användningsområden inkluderar tillverkning av metallegeringar och kondensatorer.
• Dess likhet med niob är så stor att den i mer än sex decennier troddes vara densamma element.

Tantal egenskaper

• Symbol: OK.
• Atomnummer: 73.
• Atomisk massa: 180 948 c.u.s.
• Fusionspunkt: 3017°C.
• Kokpunkt: 5425°C.
• Elektronisk distribution: [Xe] 4f¹⁴ 6s² 5d³.
• Elektronnegativitet: 1,5.
• Densitet: 16,69 g.cm^-3 (nära 25°C).
• Kemisk serie: övergångsmetall; grupp 5.

Tantal egenskaper

Egenskaperna hos tantal liknar de hos niob. Ett exempel på detta är det faktum att de reagerar med syrgas och halogener vid hög temperatur, förutom att reagera med det mesta icke-metaller.

• 4 Ta + 5 O₂ → 2 Ta₂O₅
• 2 Ta + 5 X₂ → 2 Skatt₅med X = F, Cl, Br, I

Tantal presenterar bra korrosionsbeständighet, vilket resulterar från bildandet av ett tunt lager av oxid på den metalliska ytan som isolerar atomer intern till oxidativ attack. Elementet är också praktiskt taget kemiskt inert, samt attacken av syror, med undantag för:

• svavelsyra;
• fluorvätesyra.

presenterar tredje högsta smältpunkten bland metaller av det periodiska systemet, näst efter volfram och renium. Dessutom tantalföreningar, för det mesta, presenterar metallen oxidationstillstånd lika med +5 och med övervägande kovalenta egenskaper.

Vet också:Yttrium — sällsynt jordartsmetall som används vid lasertillverkning

Förekomst och erhållande av tantal

Med en uppskattad mängd av 1,7 ppm (delar per miljon, mg.kg^-1) kl jordskorpan och cirka 0,002 ppb (delar per miljard, mg.t^-1) i havsvatten är tantal ett metalliskt grundämne relativt sällsynt i planet.

Prov av tantalit, den huvudsakliga tantalmalmen.

Tantal och dess liknande niob förekommer samtidigt i mineralet columbite, (Fe, Mn)(Nb, Ta)₂O₆. Men när columbit har ett högre innehåll av tantal kallas det tantalit.

DE Tantal erhålls genom användning av baser smält, som kan upplösa Nb₂O₅ och ta₂O₅. Om den resulterande smältan löses i vatten kan niobsalter separeras från tantalsalterna, eftersom tantalsalterna faller ut i pH högre (inom intervallet 10).

Ett annat sätt att erhålla tantal från blandningen av Nb-oxider₂O₅ och ta₂O₅ på gjuten basis är genom dra fördel av dess större basicitet. Använd i den här situationen en lösning vatten med kontrollerad koncentration av HF och KF, bildar K₂(NbOF₅) och K₂(TaF₇Den förra är mer löslig i vatten än den senare.

Tantalapplikationer

De första användningarna av tantal ägde rum i början av 1900-talet, till och med nya extraktions- och reningstekniker. År 1905, till exempel, designade ingenjörer som arbetade för Ernst Werner von Siemens glödlampor glödande med hjälp av tantalfilament, i ett försök att ersätta de ömtåliga filamenten av kol använd tills dess.

Men kort därefter, 1909, ersattes tantal med volfram, metallen med den högsta smältpunkten i det periodiska systemet, vilket minskade den industriella efterfrågan på den.

Metalliskt tantal i form av trådar: duktilitet och hög smältpunkt tillät dess applicering i glödlampor.

Återupptagandet av tantalutforskning kom med legeringstillverkning, såsom Ta-Ni (tantal-nickel), som är mycket resistenta mot korrosion, som används i smyckesindustrin. Dessutom tillämpas de på:

• bearbetningsverktyg;
• kemisk laboratorieutrustning;
• radioventiler.

Dessa legeringar används i industripå fordon och flyg för att tillverka turbiner och motorkomponenter, till exempel. Tantal används också för glastillverkning med brytningsindex specialerbjudanden, som används för tillverkning av lättviktskameror.

Den största användningen av tantal sker dock genom tantaloxid, Ta₂O₅, på grund av dess höga kapacitans, i produktion av kondensatorer. Dessa elektroniska enheter har förmågan att lagra elektriska laddningar inuti, släpper ut stora mängder elektricitet till kretsen, vilket är mycket användbart i apparater som kräver stora intensiteter av kedja.

Flera kondensatorer: Tantalkondensatorer har fördelen av att vara mindre.

Tantalkondensatorer har fördelen av att vara mindre och erbjuda en viss kapacitans (storlek som mäter mängden laddning som kan lagras) i en mindre volymetrisk enhet än kondensatorer traditionell.

Detta är väsentligt för optimering och minimering av den elektriska kretsen, eftersom efterfrågan på mindre och bärbara komponenter ökar. Dessutom har de låg läckström, större stabilitet och längre livslängd. Däremot har de en högre kostnad.

Veta mer: Kobolt — ett grundämne som har magnetiska egenskaper som liknar järn

Försiktighetsåtgärder med Tantal

Denna metall ger vanligtvis inga problem för människor.

• Tantal och dess huvudföreningar klassificeras inte som cancerframkallande.
• Tantalsalter är giftfria eftersom de absorberas dåligt och lätt elimineras.
• Trögheten hos tantal gör att den kan användas även som en protes hos människor.

Tantal historia

Tantal var från början utvunnet från mineralprover av svenske kemisten Anders Ekeberg, 1802. På grund av dess stora motståndskraft mot sura lösningar döpte Ekeberg grundämnet tantal, med hänvisning till kungen av grekisk mytologi Tantalus, känd för sitt lidande.

Kung Tantalus, den enda dödliga som satt vid de olympiska gudarnas bord, straffades av gudar för att vara ambitiös. Han skickades till Tartarus (underjorden), där det fanns en dal full av växtlighet, mat och vatten.

Men som en del av straffet dömdes kung Tantalus att inte kunna släcka sin hunger eller törst, som vid När det närmade sig vattnet dränerade det, och när det närmade sig träden togs grenarna bort från dess räckhåll av vind.

Konst som visar Tantalus straff.

på grund av deras likheter med niob, man trodde att detta och tantal var samma grundämne. Detta pågick i sex decennier, och niob kallades då columbium, upptäcktes 1801 av Charles Hatchett.

1844 hävdade tysken Heinrich Rose till och med att tantalit förutom tantal innehöll två andra metaller, som kallades av honom niobium (med hänvisning till Niobe, Tantalus dotter) och pelopio (med hänvisning till Pelops, son till Tantal). Rose, utan att inse det, gjorde återupptäckten av columbium som utfördes av Hatchett, men kallade det niob.

Senare, 1847, kom kemisten R. Hermann sa att han hade upptäckt ännu ett grundämne som liknar tantal, niob och pelopium och kallade det ilmenium, med hänvisning till Ilmenskybergen i Ryssland.

Men äntligen 1868, den schweiziska vetenskapsmannen Jean Charles Galissard Marignac lyckades separera niob och tantal. Från en blandning av tantal och nioboxider erhöll Marignac fluoriderna av dessa föreningar.

Marignac undersökte de olika lösligheterna för båda och delade upp dem. En annan vetenskapsman som bidrog till att separera de två elementen var den svenske Christian Wilhelm Blomstrand, när han identifierade en ny klorid av niob.

Således drog den brittiske kemisten Henry Enfield Roscoe slutsatsen att både Marignac och Blomstrand kunde bevisa att i tantalit fanns bara två metaller: tantal och niob, medan de andra föreslagna metallerna inte var något annat än enkla blandningar av båda i olika proportioner som också kunde innehålla andra grundämnen, såsom volfram, titan och järn. Namnet columbium fanns kvar som ett alternativ till niob fram till 1950-talet.

Lösta övningar på tantal

fråga 1

(Enem 2018) I grekisk mytologi var Niobia dotter till Tantalus, två karaktärer kända för lidande. Det kemiska elementet med atomnummer (Z) lika med 41 har kemiska och fysikaliska egenskaper som är så lika de hos elementet med atomnummer 73 att de har förväxlats. Därför, för att hedra dessa två karaktärer från grekisk mytologi, fick dessa element namnen niob (Z = 41) och tantal (Z = 73). Dessa två kemiska grundämnen fick stor ekonomisk betydelse inom metallurgi, vid framställning av supraledare och i andra applikationer inom high-end industrin, just för de kemiska och fysikaliska egenskaperna gemensamt för båda.

KEAN, S. The Disappearing Spoon: och andra sanna berättelser om galenskap, kärlek och död från kemiska element. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (anpassad).

Den ekonomiska och tekniska betydelsen av dessa grundämnen, på grund av likheten mellan deras kemiska och fysikaliska egenskaper, beror på

A) har elektroner i f-undernivån.

B) vara delar av inre övergång.

C) tillhör samma grupp i det periodiska systemet.

D) har sina yttersta elektroner på nivå 4 respektive 5.

E) befinna sig i jordalkali- respektive alkaliska familjen.

Upplösning:

Alternativ C

Förvirringen mellan niob och tantal uppstår på grund av den stora likheten mellan deras kemiska egenskaper. I Fkemi, likheten mellan grundämnen kan förklaras av att de tillhör samma grupp i det periodiska systemet. Mendeleev grupperade dem till och med med hänsyn till likheten mellan kemiska och fysikaliska egenskaper.

fråga 2

Tantal kan utvinnas från ett mineral som kallas tantalit, vars sammansättning kan variera. En av de möjliga sammansättningarna är den av järn II-oxid och tantal, FeTa₂O₆.

I den påvisade sammansättningen av tantalit är oxidationstalet för tantal:

A) +2

B) +3

C) +5

D) +10

E) +12

Upplösning:

Alternativ C

Den romerska siffran II i nomenklaturen indikerar att järn, i denna förening, har ett oxidationstal på +2. I oxider, syre Den har ett oxidationstal på -2. Således kan oxidationstalet för tantal beräknas enligt följande:

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

Vi betraktar x oxidationstalet för tantal. Således sätts ekvationen till noll, eftersom oxiden i fråga är elektriskt neutral, inte är en Jon.

När vi löser ekvationen har vi:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

x = +5

Tantal, liksom niob, förvärvar detta oxidationstal i de flesta av dess föreningar.

Av Stefano Araújo Novais
Kemilärare