Tantal (grundstof)

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 13. august 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Tantal

← Hafnium | Wolfram →

NB
↑
Ta
↓
Db

73 Ta

Udseende af et simpelt stof

Prøve af krystallinsk tantal

Atom egenskaber

Navn, symbol, nummer

Tantal / Tantal (Ta), 73

Gruppe , punktum , blok

5 (forældet 5), 6,
d-element

Atommasse
( molær masse )

180.94788(2) [1] a. e. m. ( g / mol )

Elektronisk konfiguration

[Xe] 6s 2 4f 14 5d 3 .

Elektroner i skaller

2, 8, 18, 32, 11, 2

Atomradius

149 kl

Kemiske egenskaber

134 kl

(+5e) 68 kl

1,5 (Pauling-skala)

−1,12 [2]

Ioniseringsenergi
(første elektron)

760,1 (7,88) kJ / mol ( eV )

Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof

Tæthed ( i.a. )

16,65 [3] g/cm³

Smeltetemperatur

3290 K (3017 °C) [3]

Kogetemperatur

5731 K (5458 °C) [3]

Oud. fusionsvarme

24,7 kJ/mol

Oud. fordampningsvarme

758 kJ/mol

Molær varmekapacitet

25,39 [4] J/(K mol)

Molært volumen

10,9 cm³ / mol

Krystalgitteret af et simpelt stof

Gitterstruktur

Kubisk
krop centreret

Gitterparametre

3.310 Å

Debye temperatur

225,00 K

Andre egenskaber

(300 K) 57,5 W/(m K)

73	Tantal
Ta180,9489
4f 14 5d 3 6s 2

Tantal ( kemisk symbol - Ta , fra lat. Tantal ) er et kemisk grundstof af den 5. gruppe (ifølge den forældede klassifikation - en sideundergruppe af den femte gruppe, VB) af den sjette periode af det periodiske system af kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 73.

Under standardforhold er tantal et strålende overgangsmetal [4] af sølv- hvid farve (med en let blyfarve (blålig) på grund af dannelsen af en tæt oxidfilm ).

Historie

Tantal blev opdaget i 1802 af den svenske kemiker A. G. Ekeberg i to mineraler fundet i Finland og Sverige . Det var dog ikke muligt at isolere den i sin rene form. På grund af vanskeligheden ved at opnå dette element, blev det opkaldt efter helten fra den antikke græske mytologi - Kong Tantalus .

Efterfølgende blev tantal og "columbium" ( niobium ) betragtet som identiske. Først i 1844 beviste den tyske kemiker Heinrich Rose , at mineralet columbit-tantalit indeholder to forskellige grundstoffer - niobium og tantal.

Plastmetallisk tantal blev først opnået af den tyske videnskabsmand W. Bolton i 1903.

Den første industrielle tantalstang blev opnået i 1922, mens den ikke oversteg størrelsen af et tændstikhoved. Så begyndte elementet at blive brugt i ensrettere og radiorør. Aktiv produktion af tantal blev indsat i slutningen af Anden Verdenskrig.

At være i naturen

Tantal er et sjældent metal, i jordskorpen udgør det 0,0002%. Omkring 20 native tantalmineraler er kendt - en række af columbite-tantalit , wojinite , loparite , manganotantalite og andre, samt mere end 60 mineraler , der indeholder tantal. Alle af dem er forbundet med endogen mineraldannelse . I mineraler findes tantal altid sammen med niobium på grund af ligheden mellem deres fysiske og kemiske egenskaber. Tantal er et typisk dispergeret grundstof, da det er isomorft med mange kemiske grundstoffer. Aflejringer af tantal er begrænset til granitiske pegmatitter, carbonatiter og alkaliske lagindtrængninger.

Indskud

De største forekomster af tantalmalm findes i Frankrig , Egypten , Thailand [4] , Kina . Der er også forekomster af tantalmalme i Mozambique , Australien , Nigeria , Canada , Brasilien , CIS , DRC , Malaysia [4] . I Rusland er der tantalaflejringer i Murmansk-regionen , Østsibirien , Transbaikalia og Yakutia [5] .

Verdens største forekomst af tantalmalme, Greenbushes , ligger i Australien i staten Western Australia , 250 km syd for Perth [6] .

Fysiske egenskaber

Den komplette elektroniske konfiguration af tantalatomet er: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 3 .

Tantal har et højt smeltepunkt - 3290 K ( 3017 ° C ); koger ved 5731 K ( 5458 °C ) [3] . Densiteten af tantal er 16,65 g/cm 3 [3] . På trods af dets høje smeltepunkt er tantal lige så formbart som guld . Ren tantal egner sig godt til bearbejdning, er let stemplet, rullet til tråd og de tyndeste plader med en tykkelse på hundrededele af en millimeter. Bliver ikke skør selv ved flydende nitrogentemperatur (−196 °C). Ved tilstedeværelse af urenheder (kulstof, nitrogen, oxygen, brint) forringes de mekaniske egenskaber kraftigt, hvilket gør problemet med at opnå ultrarent metal særligt vigtigt [7] . Tantal er en fremragende getter (gas getter), ved 800 °C er den i stand til at absorbere 740 volumener gas. Krystalgitteret er kubisk, kropscentreret [4] . Det har paramagnetiske egenskaber [4] .

Ved temperaturer under 4,45 K går den over i superledende tilstand [4] .

Isotoper

Kendte isotoper af tantal med massetal fra 155 til 190 (antallet af protoner - 73, neutroner - fra 82 til 117) og mere end 30 nukleare isomerer .

Naturlig tantal består af en blanding af en stabil isotop og en stabil isomer: 181 Ta (99,9877%) og 180m Ta (0,0123%). Sidstnævnte er en ekstremt stabil isomer (exciteret tilstand) af 180 Ta isotopen, med en halveringstid på lidt over 8 timer [8] .

Kemiske egenskaber

Under normale forhold er tantal inaktivt, det oxiderer kun i luften ved temperaturer over 280 °C og bliver dækket af en oxidfilm af Ta 2 O 5 ; reagerer med halogener ved temperaturer over 250 °C . Når det opvarmes , reagerer det med C , B , Si , P , Se , Te , H 2 O , CO , CO 2 , NO , HCl , H 2 S.

Kemisk ren tantal er usædvanligt modstandsdygtig over for flydende alkalimetaller , de fleste uorganiske og organiske syrer og mange andre aggressive medier (med undtagelse af smeltede alkalier).

Med hensyn til kemisk resistens over for reagenser ligner tantal glas. Tantal er uopløseligt i syrer og blandinger deraf, undtagen en blanding af flussyre og salpetersyre ; selv aqua regia opløser det ikke . Reaktionen med flussyre sker kun med metalstøv og er ledsaget af en eksplosion . Det er meget modstandsdygtigt over for svovlsyre uanset koncentration og temperatur (ved 200 °C korroderer metallet i syre med kun 0,006 millimeter pr. år) [9] , stabilt i deoxygenerede smeltede alkalimetaller og deres overhedede dampe (lithium, natrium, kalium) rubidium, cæsium).

Toksikologi

MPC 5 mg/m³ .

Prævalens

Gennemsnitligt indhold af tantal (efter masse):

i jordskorpen 2,5⋅10 −4 % [4]
i ultramafiske bjergarter 1⋅10 −6 %
i basiske bjergarter 4,8⋅10 −5 %
i sure bjergarter 3,5⋅10 −4 %
i halvsure bjergarter 7⋅10 −4 %

Henter

De vigtigste råmaterialer til fremstilling af tantal og dets legeringer er tantalit- og loparitkoncentrater, der indeholder omkring 8 % Ta 2 O 5 , samt 60 % eller mere Nb 2 O 5 . Koncentrater nedbrydes af syrer eller baser, loparitkoncentrater er klorerede. Adskillelsen af Ta og Nb udføres ved ekstraktion . Tantalmetal opnås sædvanligvis ved reduktion af Ta 2 O 5 med carbon eller elektrokemisk fra smelter. Kompakt metal fremstilles ved vakuumbue, plasmasmeltning eller pulvermetallurgi .

For at opnå 1 ton tantalkoncentrat er det nødvendigt at behandle op til 3.000 tons malm.

Pris

Omkostningerne ved tantal er omkring $ 218 pr. 1 kg (september 2019) [10] . Især ren tantal (fra 99,985%) har en pris på omkring 3585 dollars pr. 1 kg [11] .

Ansøgning

Det blev oprindeligt brugt til at lave tråd til glødelamper. I dag bruges tantal og dets legeringer til at fremstille:

varmebestandige og korrosionsbestandige legeringer;
korrosionsbestandigt udstyr til den kemiske industri, spindedyser , laboratorieglasvarer og digler til opnåelse, smeltning og støbning af sjældne jordarters grundstoffer samt yttrium og scandium ;
varmevekslere til atomkraftsystemer (tantal er det mest stabile af alle metaller i overophedede smelter og cæsiumdamp );
i kirurgi bruges tantalplader , folie og tråd til at fastgøre væv, nerver, suturering, fremstilling af proteser, der erstatter beskadigede dele af knogler (på grund af biologisk kompatibilitet), fremstilling af ortopædiske elektreter [12] ;
tantaltråd bruges i kryotroner - superledende elementer installeret i computerteknologi;
i produktionen af ammunition bruges tantal til at fremstille metalbeklædning af avanceret formede ladninger, hvilket forbedrer pansergennemtrængning ;
tantal og niobium bruges til at fremstille elektrolytiske kondensatorer (højere kvalitet end aluminium elektrolytiske kondensatorer, men designet til lavere spænding);
tantal er blevet brugt i de senere år som et smykkemetal, på grund af dets evne til at danne holdbare oxidfilm af smukke regnbuefarver på overfladen;
US Bureau of Standards og International Bureau of Weights and Measures of France bruger tantal i stedet for platin til at lave analytiske vægte med høj præcision;
Tantalberyllid er ekstremt hårdt og modstandsdygtigt over for oxidation i luft op til 1650 ° C , brugt i rumfartsteknologi;
Tantalcarbid (smeltepunkt 3880 °C , hårdhed tæt på diamant) bruges til fremstilling af hårde legeringer - en blanding af wolfram- og tantalcarbider (TT-indekskvaliteter), til de vanskeligste metalbearbejdningsforhold og perkussiv rotationsboring af stærkeste materialer (sten, kompositter), og også påført dyser, dyser af raketter;
Tantal(V)oxid bruges i nuklear teknologi til at smelte glas, der absorberer gammastråling . En af de mest udbredte sammensætninger af sådant glas: siliciumdioxid - 2%, blymonoxid (litharge) - 82%, boroxid - 14%, tantalpentoxid - 2%;
i numismatik. Siden 2006 har Kasakhstans nationalbank udstedt bimetalliske erindringsmønter på 100 og 500 tenge fra sølv og tantal.

Se også

Columbit-tantalit

Noter

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Grundstoffernes atomvægte 2011 (IUPAC Technical Report ) // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Bd. 85 , nr. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 . Arkiveret fra originalen den 5. februar 2014.
↑ Ildfaste og legeringselementer (russisk) ? . kemi21. Dato for adgang: 2019-29-01. (ubestemt)
↑ 1 2 3 4 5 Tantal: fysiske egenskaber . WebElements. Hentet 17. august 2013. Arkiveret fra originalen 2. januar 2010.
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Chemical Encyclopedia: i 5 tons / Red.: N. S. Zefirov (chefredaktør). - M . : Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4. - S. 494. - 639 s. — 20.000 eksemplarer. - ISBN 5-85270-039-8.
↑ Den storslåede otte . Sjældne jordarter . Hentet 5. juli 2020. Arkiveret fra originalen 25. februar 2020. (ubestemt)
↑ Great Russian Encyclopedia: I 30 bind / Formand for den videnskabelige red. Rådet Yu. S. Osipov. Rep. red. S. L. Kravets. T. 8. Grigoriev - Dynamik. - M .: Great Russian Encyclopedia, 2007. - 767 s.: ill.: maps.
↑ G. N. Fadeev. Femte lodret. - Moskva: Uddannelse, 1985. - S. 173. - 191 s.
↑ Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH NUBASE-evalueringen af nukleare og henfaldsegenskaber // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
↑ Venetsky S. I. Born in pain // Fortællinger om metaller. - M . : Metallurgi, 1979. - S. 167. - 240 s. — 60.000 eksemplarer.
↑ Tantal, USD/kg verdensmarkedspris . infogeo.ru. Hentet 17. august 2013. Arkiveret fra originalen 4. september 2013. (ubestemt)
↑ Fakta om tantalelementer . Chemicool.com. Hentet 17. august 2013. Arkiveret fra originalen 7. august 2013.
↑ Aleksandrova S. A., Aleksandrova O. I., Khomutov V. P., Morgunov M. S., Blinova M. I. Effekt af et elektrisk felt af en elektret baseret på anodisk tantaloxid på differentieringsegenskaberne af knoglemarvsstromaceller i en patient med cytooartrose //. - 2018. - nr. 60(12). - S. 987-995.

Links

Tantal på Popular Library of Chemical Elements

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Brockhaus og Efron canadisk Lille Brockhaus og Efron Britannica (online) Treccani Universalis Universalis
I bibliografiske kataloger	GND : 4059023-9 J9U : 987007558428505171 LCCN : sh85132346 NDL : 00572700