Тантал (Ta): характеристики, отримання, історія

О тантал є металом 5 групи періодичної системи, атомний номер 73. Він має велику хімічну схожість з ніобій (Nb), елемент трохи вище у своїй групі. Схожість настільки велика, що протягом шести десятиліть вважалося, що це один і той самий елемент.

Він виділяється своєю великою хімічною інертністю, механічною стійкістю, а також високою температурою плавлення (третій найвищий серед металів Періодична таблиця). Оксид танталу виділяється своїми чудовими електричними властивостями (зокрема, його ємністю).

Такі властивості роблять тантал широко застосовуваним у виробництві металевих сплавів, телефонних конденсаторів, мобільні телефони та інші електронні пристрої, високотемпературні печі, а також протези та інше обладнання хірургічний. Його сполуки використовуються в різних галузях промисловості, таких як аерокосмічна, автомобільна, електронна та інші.

Дивіться також: Дубній — елемент 5 групи, нижче танталу в періодичній системі

Короткий зміст танталу

• Тантал - це а метал з групи 5 Періодичної системи, що демонструє велику хімічну схожість з ніобієм.
• Він виділяється своєю інерційною та хімічною стійкістю та високою температурою плавлення.
• Комерційно видобувається з танталіту.
• Його основні сфери використання включають виробництво металевих сплавів і конденсаторів.
• Його схожість з ніобієм настільки велика, що протягом більше шести десятиліть вважалося, що він той самий елемент.

Не зупиняйся зараз... Після оголошення буде більше ;)

Властивості танталу

• Символ: ГАРАЗД.
• Атомний номер: 73.
• Атомна маса: 180 948 ц.у.е.
• Точка злиття: 3017°C.
• Точка кипіння: 5425°C.
• Електронний розподіл: [Xe] 4f¹⁴ 6с² 5d³.
• Електронегативність: 1,5.
• Щільність: 16,69 г см^-3 (близько 25°C).
• Хімічний ряд: перехідний метал; група 5.

Характеристики танталу

Характеристики танталу подібні до ніобію. Прикладом цього є те, що вони реагують з газоподібним киснем і галогени при високій температурі, на додаток до реакції з більшістю неметали.

• 4 Та + 5 О₂ → 2 Та₂О₅
• 2 Ta + 5 X₂ → 2 Податок₅, з X = F, Cl, Br, I

Тантал презентує хороша стійкість до корозії, що виникає в результаті утворення тонкого шару оксид на металевій поверхні, яка ізолює атоми внутрішня окислювальна атака. Елемент також є практично хімічно інертний, а також напад на кислоти, за виключенням:

• сірчана кислота;
• плавикової кислоти.

представляє третя найвища температура плавлення серед металів Періодичної системи, поступаючись лише їй вольфрам і реній. Крім того, сполуки танталу, здебільшого, представляють метал с ступінь окислення дорівнює +5 і з переважно ковалентними характеристиками.

Також знайте:ітрій — рідкоземельний метал, що використовується у виробництві лазерів

Поява та отримання танталу

З розрахунковою кількістю 1,7 ppm (часток на мільйон, мг/кг^-1) на Земна кора і близько 0,002 ppb (часток на мільярд, мг.т^-1) у морській воді тантал є металевим елементом відносно рідко в планети.

Зразок танталіту, основної танталової руди.

Тантал і подібний йому ніобій зустрічаються одночасно в мінералі колумбіт (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂О₆. Однак, коли колумбіт має більший вміст танталу, його називають танталітом.

THE Тантал отримують шляхом використання бази зрощений, який може розчиняти Nb₂О₅ і та₂О₅. Якщо отриманий розплав розчинити у воді, солі ніобію можна відокремити від солей танталу, оскільки солі танталу випадають в осад. рН вище (в межах 10).

Інший спосіб отримання танталу із суміші оксидів Nb₂О₅ і та₂О₅ на литій основі через використовуючи переваги його більшої базовості. У цій ситуації використовуйте a рішення вода з контрольованою концентрацією HF і KF, утворюючи K₂(NbOF₅) і К₂(TaF₇), причому перший більш розчинний у воді, ніж другий.

Аплікації з танталу

Перше використання танталу відбулося на початку 20 ст нові технології вилучення та очищення. У 1905 році, наприклад, інженери, які працювали на Ернста Вернера фон Сіменса, розробили лампочки. лампи розжарювання з використанням танталових ниток, намагаючись замінити тендітні нитки вуглець використовувався до того часу.

Однак невдовзі, в 1909 році, тантал був замінений вольфрамом, металом з найвищою температурою плавлення в періодичній системі, що знизило промисловий попит на нього.

Металевий тантал у вигляді проводів: пластичність і висока температура плавлення дозволили застосовувати його в лампах розжарювання.

Відновлення розвідки танталу прийшло з виготовлення сплавів, такі як Ta-Ni (тантал-нікель), які дуже стійкі до корозії, використовуються в ювелірній промисловості. Крім того, вони застосовуються для:

• обробні інструменти;
• обладнання хімічної лабораторії;
• радіоклапани.

Ці сплави використовуються в промисловістьна автомобільна та аерокосмічна промисловість для виробництва турбін і компонентів двигунів, наприклад. Тантал також використовується для виготовлення скла с показники заломлення спец, які використовуються для виробництва полегшених камер.

Однак найбільше використання танталу відбувається через оксид танталу Ta₂О₅, завдяки своїй високій ємності, в виробництво конденсатори. Ці електронні пристрої мають можливість зберігання електричні заряди всередині, розряджаючи велику кількість електроенергії в ланцюг, що дуже корисно в приладах, які вимагають великої інтенсивності ланцюг.

Кілька конденсаторів: Танталові конденсатори мають перевагу менших розмірів.

Танталові конденсатори мають перевагу в тому, що вони менші, забезпечуючи певну ємність (величина, що вимірює кількість заряду, який може зберігатися) у меншій об’ємній одиниці, ніж конденсатори традиційний.

Це важливо для оптимізації та мінімізації електричної схеми, оскільки попит на менші та портативні компоненти збільшується. Крім того, вони мають низький струм витоку, більшу стабільність і більш тривалий термін служби. Однак вони мають більш високу вартість.

Дізнайтеся більше: Кобальт — елемент, який має магнітні властивості, подібні до заліза

Запобіжні заходи при застосуванні танталу

Цей метал зазвичай не викликає проблем для людей.

• Тантал і його основні сполуки не відносять до канцерогенів.
• Солі танталу нетоксичні, оскільки погано всмоктуються і легко виводяться.
• Інерційність танталу дозволяє використовувати його навіть як протез у людей.

Історія танталу

Спочатку був тантал видобутий із мінеральних зразків шведським хіміком Андерсом Екебергом, в 1802 році. Через його високу стійкість до кислотних розчинів Екеберг назвав елемент танталом на честь царя Грецька міфологія Тантал, відомий своїми стражданнями.

Цар Тантал, єдиний смертний, який сидів за столом олімпійських богів, був покараний богів за амбітність. Його відправили в Тартар (підземний світ), де була долина, повна рослинності, їжі та води.

Однак у рамках покарання цар Тантал був засуджений до неможливості втамувати голод чи спрагу, як у При наближенні до води вона осушувалась, а при наближенні до дерев гілки віддалялися від неї. вітер.

Мистецтво, що демонструє покарання Тантала.

через їх схожість з ніобієм, вважалося, що цей і тантал є одним і тим же елементом. Так тривало шість десятиліть, і тоді ніобій називали колумбієм, відкритим у 1801 році Чарльзом Хетчеттом.

У 1844 році німець Генріх Роуз навіть стверджував, що танталіт містить, крім танталу, ще два метали, які були названі ним ніобій (посилання на Ніобу, дочку Тантала) і пелопій (по відношенню до Пелопса, сина тантал). Роуз, сам того не підозрюючи, зробив повторне відкриття Колумбію, здійснене Хетчеттом, однак назвав його ніобієм.

Пізніше, в 1847 році, хімік Р. Германн сказав, що він відкрив ще один елемент, подібний до танталу, ніобію та пелопія, назвавши його ільменієм, маючи на увазі Ільменські гори в Росії.

Однак у 1868 році, нарешті, швейцарський учений Жан Шарль Галіссар Маріньяк вдалося розділити ніобій і тантал. З суміші оксидів танталу і ніобію Мариньяк отримав фториди цих сполук.

Досліджуючи різні розчинності обох, Маріньяк розбив їх. Іншим вченим, який зробив внесок у розділення двох елементів, був швед Крістіан Вільгельм Бломстранд, коли він визначив новий хлорид ніобію.

Таким чином, британський хімік Генрі Енфілд Роско дійшов висновку, що і Маріньяк, і Бломстранд змогли довести, що у танталіті було лише два метали: тантал і ніобій, тоді як інші пропоновані метали були не що інше, як прості суміші обох в різних пропорціях, які також могли містити інші елементи, такі як вольфрам, титан і залізо. Назва Колумбій залишалася альтернативою ніобію до 1950-х років.

Розв’язуються вправи на тантал

питання 1

(Enem 2018) У грецькій міфології Ніобія була дочкою Тантала, двох персонажів, відомих своїми стражданнями. Хімічний елемент з атомним номером (Z), рівним 41, має хімічні та фізичні властивості настільки схожі на властивості елемента з атомним номером 73, що їх переплутали. Тому на честь цих двох персонажів грецької міфології ці елементи отримали назви ніобій (Z = 41) і тантал (Z = 73). Ці два хімічні елементи набули великого господарського значення в металургії, у виробництві надпровідників та інших застосувань у високоякісній промисловості, саме для хімічних та фізичних властивостей спільне для обох.

КІН, С. Ложка, що зникає: та інші правдиві історії божевілля, кохання та смерті від хімічних елементів. Ріо-де-Жанейро: Захар, 2011 (адаптовано).

Економічне та технологічне значення цих елементів через подібність їх хімічних і фізичних властивостей обумовлено

А) мають електрони на f підрівні.

Б) бути елементами внутрішнього переходу.

В) належать до тієї ж групи періодичної таблиці.

D) мають свої крайні електрони на рівнях 4 і 5 відповідно.

E) знаходитися в сімействі лужноземельних і лужних відповідно.

Роздільна здатність:

Альтернатива C

Плутанина між ніобієм і танталом виникає через велику схожість їх хімічних властивостей. в Qхімія, подібність між елементами можна пояснити тим, що вони належать до однієї групи в періодичній системі. Менделєєв навіть згрупував їх з урахуванням подібності хімічних і фізичних властивостей.

питання 2

Тантал можна витягти з мінералу під назвою танталіт, склад якого може змінюватися. Одним із можливих складів є оксид заліза II і тантал FeTa₂О₆.

У продемонстрованому складі танталіту ступінь окиснення танталу становить:

А) +2

Б) +3

В) +5

Г) +10

E) +12

Роздільна здатність:

Альтернатива C

Римська цифра II в номенклатурі вказує на те, що залізо, в цій сполукі, має ступінь окиснення +2. В оксидах, кисень Має ступінь окиснення -2. Таким чином, ступінь окиснення танталу можна розрахувати так:

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

Вважаємо х ступінь окиснення танталу. Таким чином, рівняння дорівнює нулю, оскільки оксид, про який йде мова, є електрично нейтральним, а не іон.

Розв’язуючи рівняння, маємо:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

х = +5

Тантал, як і ніобій, набуває цього ступінь окиснення у більшості його сполук.

Стефано Араухо Новаїс
Вчитель хімії