Tantal (Ta): özellikleri, elde edilmesi, tarihçesi

Ö tantal Periyodik Tablonun bir grup 5 metalidir, atomik numara 73. ile büyük bir kimyasal benzerliğe sahiptir. niyobyum (Nb), grubunun hemen üstündeki eleman. Benzerlik o kadar büyük ki, altmış yıl boyunca aynı element olduklarına inanılıyordu.

Yüksek erime noktasına (metaller arasında üçüncü en yüksek) ek olarak büyük kimyasal atıllığı, mekanik direnci ile öne çıkıyor. Periyodik tablo). Tantal oksit, mükemmel elektriksel özellikleri (özellikle kapasitansı) nedeniyle öne çıkar.

Bu özellikler, tantalın metal alaşımlarının, telefon kapasitörlerinin imalatında yaygın olarak kullanılmasını sağlar. cep telefonları ve diğer elektronik cihazlar, yüksek sıcaklık fırınları, protezler ve diğer ekipmanlar cerrahi. Bileşikleri, diğerleri arasında havacılık, otomotiv, elektronik gibi endüstrinin çeşitli sektörlerinde kullanılmaktadır.

Ayrıca bakınız: Dubniyum - Periyodik Tabloda tantalın altında olan grup 5'in elementi

Tantal Özeti

• Tantalos bir metal niyobyum ile büyük kimyasal benzerlik gösteren Periyodik Tablonun 5. grubundan.
• Atalet ve kimyasal direnci ve yüksek erime noktası ile öne çıkıyor.
• Ticari olarak tantalitten elde edilir.
• Başlıca kullanım alanları, metal alaşımları ve kapasitörlerin imalatını içerir.
• Niyobyuma benzerliği o kadar büyüktür ki, altmış yıldan fazla bir süredir aynı olduğuna inanılıyordu. eleman.

Tantal özellikleri

• Sembol: TAMAM.
• Atomik numara: 73.
• Atom kütlesi: 180.948 c.u.s.
• Füzyon noktası: 3017°C.
• Kaynama noktası: 5425 °C.
• Elektronik dağıtım: [Xe] 4f¹⁴ 6s² 5d³.
• Elektronegatiflik: 1,5.
• Yoğunluk: 16.69 gr.cm3^-3 (25°C'ye yakın).
• Kimyasal seri: Geçiş metali; grup 5.

Tantal özellikleri

Tantalın özellikleri niyobyumunkilere benzer. Bunun bir örneği, oksijen gazı ile reaksiyona girmeleri ve halojenler çoğu ile reaksiyona girmenin yanı sıra yüksek sıcaklıkta ametaller.

• 4 Ta + 5 O₂ → 2 Ta₂Ö₅
• 2 Ta + 5X₂ → 2 Vergi₅, X = F, Cl, Br, I ile

Tantal hediyeler iyi korozyon direnciince bir tabakanın oluşmasından kaynaklanır. oksit yalıtım sağlayan metalik yüzeyde atomlar oksidatif saldırıya iç. Öğe aynı zamanda pratik olarak kimyasal olarak inertsaldırının yanı sıra asitler, nın istisnası ile:

• sülfürik asit;
• hidroflorik asit.

sunar metaller arasında üçüncü en yüksek erime noktası Periyodik Tablonun sadece ikincisi tungsten ve renyum. Ek olarak, tantal bileşikleri çoğunlukla metali +5'e eşit oksidasyon durumu ve ağırlıklı olarak kovalent özelliklere sahiptir.

Ayrıca biliniz:itriyum — lazer üretiminde kullanılan nadir toprak metali

Tantal oluşumu ve elde edilmesi

Tahmini 1,7 ppm bolluğu ile (milyonda parça, mg.kg^-1) yerkabuğu ve yaklaşık 0.002 ppb (milyarda parça, mg.t^-1) deniz suyunda tantal metalik bir elementtir nispeten nadir gezegen.

Ana tantal cevheri olan tantalit örneği.

Tantal ve benzeri niyobyum mineral kolumbitte birlikte bulunur, (Fe, Mn)(Nb, Ta)₂Ö₆. Bununla birlikte, columbite daha yüksek bir tantal içeriğine sahip olduğunda, buna tantalit denir.

bu Tantal kullanılarak elde edilir bazlar kaynaşmış, hangi Nb'yi çözebilir₂Ö₅ ve ta₂Ö₅. Elde edilen eriyik suda çözülürse, tantal tuzları suda çökeldiğinden niyobyum tuzları tantal tuzlarından ayrılabilir. pH daha yüksek (10 aralığında).

Nb oksitlerin karışımından tantal elde etmenin başka bir yolu₂Ö₅ ve ta₂Ö₅ döküm bazında daha fazla temel özelliğinden yararlanarak. Bu durumda, bir çözüm kontrollü HF ve KF konsantrasyonuna sahip su, K oluşturan₂(NbOF₅) ve K₂(TaF₇), birincisi suda ikincisinden daha fazla çözünür.

Tantal uygulamaları

Tantalın ilk kullanımları 20. yüzyılın başlarında, yeni ekstraksiyon ve saflaştırma teknikleri. Örneğin 1905'te Ernst Werner von Siemens için çalışan mühendisler ampuller tasarladılar. kırılgan filamentleri değiştirmek amacıyla tantal filamentler kullanarak akkor karbon o zamana kadar kullanılır.

Bununla birlikte, kısa bir süre sonra, 1909'da tantal, Periyodik Tablodaki en yüksek erime noktasına sahip metal olan tungsten ile değiştirildi ve böylece endüstriyel talebi azalttı.

Tel şeklinde metalik tantal: süneklik ve yüksek erime noktası, akkor lambalarda uygulanmasına izin verdi.

Tantal keşfinin yeniden başlaması, alaşım üretimiKorozyona karşı çok dayanıklı olan Ta-Ni (tantal-nikel) gibi kuyumculuk sektöründe kullanılmaktadır. Ek olarak, şunlara uygulanır:

• işleme araçları;
• kimyasal laboratuvar ekipmanları;
• radyo valfleri.

Bu alaşımlar kullanılan sanayide örneğin türbinler ve motor bileşenleri üretmek için otomotiv ve havacılık. Tantal da için kullanılır ile cam imalatı kırılma indeksleri özelhafif kameraların üretimi için kullanılır.

Bununla birlikte, tantalın en büyük kullanımı tantal oksit, Ta aracılığıyla gerçekleşir.₂Ö₅, yüksek kapasitansı nedeniyle, üretimi kapasitörler. Bu elektronik cihazların saklama özelliği vardır. elektrik ücretleri İçeride, devreye büyük miktarda elektrik boşaltmak, büyük yoğunluklar gerektiren cihazlarda çok kullanışlıdır. zincir.

Birkaç kapasitör: Tantal kapasitörler daha küçük olma avantajına sahiptir.

Tantal kapasitörler, belirli bir kapasitans (büyüklük) sunan daha küçük olma avantajına sahiptir. depolanabilecek yük miktarını ölçer) kapasitörlerden daha küçük bir hacimsel birimde geleneksel.

Bu, daha küçük ve taşınabilir bileşenlere olan talep arttıkça, elektrik devresinin optimizasyonu ve minimizasyonu için gereklidir. Ayrıca, düşük kaçak akıma, daha fazla stabiliteye ve daha uzun hizmet ömrüne sahiptirler. Ancak, daha yüksek bir maliyeti vardır.

Daha fazlasını bilin: Kobalt - demire benzer manyetik özelliklere sahip bir element

Tantal ile Önlemler

Bu metal genellikle insanlar için herhangi bir sorun oluşturmaz.

• Tantal ve ana bileşikleri kanserojen olarak sınıflandırılmaz.
• Tantal tuzları, zayıf bir şekilde emildikleri ve kolayca elimine edildikleri için toksik değildir.
• Tantalın ataleti, insanlarda protez olarak bile kullanılmasına izin verir.

Tantal tarihi

Tantal başlangıçta İsveçli kimyager Anders Ekeberg tarafından mineral örneklerinden elde edilen, 1802'de. Ekeberg, asidik çözeltilere karşı büyük direnci nedeniyle, elementin kralına atıfta bulunarak elementi tantal olarak adlandırdı. Yunan mitolojisi Tantalus, çektiği acılarla bilinir.

Olimpos tanrılarının masasına oturan tek ölümlü olan Kral Tantalos, tanrılar tarafından cezalandırıldı. tanrılar iddialı olduğun için. Bitki örtüsü, yiyecek ve suyla dolu bir vadinin bulunduğu Tartarus'a (yeraltı dünyası) gönderildi.

Ancak cezanın bir parçası olarak, Kral Tantalos, ilk günkü gibi açlığını veya susuzluğunu giderememeye mahkum edildi. Suya yaklaşırken kurur, ağaçlara yaklaşırken dallar sudan uzaklaştırılırdı. rüzgâr.

Tantalos'un cezasını gösteren sanat.

onların yüzünden niyobyum ile benzerlikler, bu ve tantalın aynı element olduğuna inanılıyordu. Bu, altmış yıl boyunca devam etti ve niyobyum daha sonra 1801'de Charles Hatchett tarafından keşfedilen columbium olarak adlandırıldı.

1844'te Alman Heinrich Rose, tantalitin tantalın yanı sıra iki metal daha içerdiğini iddia etti. onun tarafından niyobyum (Tantalos'un kızı Niobe'ye atıfta bulunarak) ve pelopio (oğlu Pelops'a atıfta bulunarak) olarak adlandırıldı. Tantal). Rose, farkında olmadan Hatchett tarafından gerçekleştirilen columbiumun yeniden keşfini yaptı, ancak buna niyobyum adını verdi.

Daha sonra, 1847'de kimyager R. Hermann, Rusya'daki Ilmensky Dağları'na atıfta bulunarak ilmenium olarak adlandırılan tantal, niyobyum ve pelopium'a benzer başka bir element keşfettiğini söyledi.

Ancak, sonunda 1868'de İsviçreli bilim adamı Jean Charles Galissard Marignac niyobyum ve tantalumu ayırmayı başardı. Tantal ve niyobyum oksitlerin bir karışımından Marignac, bu bileşiklerin florürlerini elde etti.

Her ikisinin de farklı çözünürlüklerini keşfeden Marignac, bunları ayrıştırdı. İki elementin ayrılmasına katkıda bulunan bir diğer bilim insanı, yeni bir element tanımladığında İsveçli Hıristiyan Wilhelm Blomstrand'dı. klorür niyobyum.

Böylece, İngiliz kimyager Henry Enfield Roscoe, hem Marignac hem de Blomstrand'ın bunu kanıtlayabildikleri sonucuna vardı. tantalitte sadece iki metal vardı: tantal ve niyobyum, önerilen diğer metaller, tungsten, titanyum ve demir gibi diğer elementleri de içerebilen farklı oranlardaki basit karışımlardan başka bir şey değildi. Kolumbiyum adı 1950'lere kadar niyobyuma alternatif olarak kaldı.

Tantal üzerinde çözülmüş egzersizler

soru 1

(Enem 2018) Yunan mitolojisinde Niobia, acı çekmesiyle tanınan iki karakter Tantalos'un kızıydı. Atom numarası (Z) 41 olan kimyasal element, atom numarası 73 olan elementin kimyasal ve fiziksel özelliklerine o kadar benzer ki karıştırılmış. Bu nedenle, Yunan mitolojisindeki bu iki karakterin onuruna, bu elementlere niyobyum (Z = 41) ve tantal (Z = 73) isimleri verildi. Bu iki kimyasal element metalurjide büyük ekonomik önem kazanmıştır. süper iletkenler ve ileri teknoloji endüstrideki diğer uygulamalarda, tam olarak kimyasal ve fiziksel özellikler için ikisinde de ortak.

KEAN, S. Kaybolan Kaşık: ve Kimyasal Elementlerden Gelen Diğer Gerçek Delilik, Aşk ve Ölüm Hikayeleri. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (uyarlama).

Bu elementlerin kimyasal ve fiziksel özelliklerinin benzerliğinden dolayı ekonomik ve teknolojik önemi,

A) f alt seviyesinde elektronlara sahiptir.

B) İç geçişin unsurları olmalıdır.

C) Periyodik cetvelde aynı grupta yer alır.

D) En dıştaki elektronları sırasıyla 4. ve 5. seviyelerde bulunur.

E) Sırasıyla toprak alkali ve alkali ailesinde yer alır.

Çözünürlük:

alternatif C

Niyobyum ve tantal arasındaki karışıklık, kimyasal özelliklerinin büyük benzerliği nedeniyle ortaya çıkar. İçinde QKimyaelementler arasındaki benzerlik, Periyodik Tabloda aynı gruba ait olmaları ile açıklanabilir. Mendeleev, kimyasal ve fiziksel özelliklerin benzerliğini dikkate alarak bunları gruplandırdı.

soru 2

Tantal, bileşimi değişebilen tantalit adı verilen bir mineralden elde edilebilir. Olası bileşimlerden biri, demir II oksit ve tantal, FeTa'nın bileşimidir.₂Ö₆.

Tantalitin gösterilen bileşiminde, tantalın oksidasyon sayısı:

A) +2

B) +3

C) +5

D) +10

E) +12

Çözünürlük:

alternatif C

İsimlendirmedeki Roma rakamı II, Demir, bu bileşikte +2 oksidasyon numarasına sahiptir. Oksitlerde, oksijen -2 oksidasyon numarasına sahiptir. Böylece, tantal oksidasyon sayısı aşağıdaki gibi hesaplanabilir:

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

x'i tantalın oksidasyon sayısı olarak kabul ediyoruz. Bu nedenle, söz konusu oksit elektriksel olarak nötr olduğundan, denklem sıfıra ayarlanır. iyon.

Denklemi çözerek, elimizde:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

x = +5

Tantal, niyobyum gibi, bunu elde eder oksidasyon sayısı bileşiklerinin çoğunda bulunur.

Stefano Araújo Novais
Kimya hocası