История мифологического Тантала похожа на историю открытия героя нашей статьи.
История
Тантал — металл не только редкий, но и трудноуловимый. Шведский химик Экеберг, исследуя образец руды, открыл новый элемент и назвал его танталом. Окисел металла был очень устойчивым, он словно не мог «напиться» кислотой — так же, как его тезка не мог напиться, стоя по горло в воде.
Однако оказалось, что это была смесь нового элемента с ниобием.
Чистый элемент удалось выделить только через 40 лет.
Свойства
Тантал (Tantalum, обозначается в формулах Ta) относится к тяжелым металлам.
Характеристики:
- Цвет «свежего» металла голубовато-серебристый; на воздухе быстро покрывается окисной пленкой пентаоксида тантала.
- Высокая тугоплавкость (3017 °С); более высокая температура плавления только у вольфрама и рения.
- Парамагнитен.
- Высокая пластичность сохраняется до -198°С.
- Структура кристаллической решетки объемноцентрированная, кубическая.
Химические свойства:
- Устойчив к воздействию сильных кислот (серной, азотной, соляной). Упрямый металл «игнорирует» даже «царскую водку».
- Менее устойчив к воздействию щелочей.
- Защитная пленка Ta2O5 (это единственный стабильный окисел) препятствует коррозии.
- Тантал уступает воздействию концентрированной H2SO4, фтору и его соединениям.
Наш герой — отличный газопоглотитель.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Танта́л / Tantalum (Ta), 73 |
| Атомная масса (молярная масса) |
180,94788(2)[1] а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Xe] 4f14 5d3 6s2 |
| Электроны по оболочкам | 2, 8, 18, 32, 11, 2 |
| Радиус атома | 149 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 134 пм |
| Радиус иона | (+5e) 68 пм |
| Электроотрицательность | 1,5 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | −1,12[2] |
| Степени окисления | 5 |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
760,1 (7,88) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 16,65[3] г/см³ |
| Температура плавления | 3290 K (3017 °C)[3] |
| Температура кипения | 5731 K (5458 °C)[3] |
| Уд. теплота плавления | 24,7 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 758 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 25,39[4] Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 10,9 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированая |
| Параметры решётки | 3,310 Å |
| Температура Дебая | 225,00 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 57,5 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-25-7 |
Сплавы
В основном покупают чистый тантал, но есть в продаже и сплавы.
В их состав входят гафний, ниобий, вольфрам, молибден. Такие сплавы по структуре аналогичны ниобиевым однофазным сплавам.
Больше всего в промышленности востребован сплав с вольфрамом (ТВ-5, ТВ-10, ТВ-15).
Сплавы из карбидов тантала (химическая формула Ta4HfC5) и вольфрама незаменимы для бурения самых твердых пород.
Плюсы и минусы
| Достоинства | Недостатки |
| Исключительно стойкий к коррозии в химически агрессивных средах | Редкоземельный металл (для получения тонны танталового концентрата нужно «перелопатить» до 3000 тонн минералов).
|
| Отличный газопоглотитель | |
| Высокая температура плавления | |
| Отличная совместимость с тканями биологических существ | Высокая стоимость |
| Металл пластичный, прочный и твердый |
Минералы, производство
Наш элемент — металл редкий, в природе встречается в виде танталовой руды (общая формула (Fe,Mn) [(Nb,Ta)O3]2.
Предварительный этап для любого способа — получение концентратов из руды.
Есть несколько способов получения чистого продукта:
- Карботермический метод.
- Na-термическое восстановление из фторидов.
- Al-термический метод.
- Методом электролиза.
Виды продукции:
- порошок;
- проволока;
- прутки;
- фольга;
- листы.
Применение
Востребованной продукцией из метала и его сплавов являются:
- Теплообменники для атомной промышленности.
- Лабораторная посуда (тигли) для химической промышленности.
- ВПК — облицовка для кумулятивных снарядов.
- Ювелирная промышленность использует оксидные танталовые пленки на своих изделиях.
- Изотоп Та182 применяют в работе ядерные физики.
Сплавы находят применение в радиоэлектронике, электровакуумной промышленности для изготовления сухих электролитических конденсаторов, в нагревателях вакуумных печей. Востребованы в химическом аппаратостроении.
Тантал — идеальный материал для медицины. Танталовыми нитями сшивают разрывы тканей в организме, они применяются в кардио-, остео-, нейрохирургии. Металл незаменим в протезировании зубов, изготовлении костных имплантов, хирургических инструментов.
Стоимость
Цена высока — 1 килограмм танталового порошка (ТаП МВ-5Б) чистотой 99, 9% стоит 25000 рублей.
