ТАНТАЛ, Ta (по имени героя древне-греческой мифологии Тантала; лат. Tantalum * а. tantalum; н. Tantal; ф. tantale; и. tantalo), — химический элемент V группы периодической системы Менделеева, атомный номер 73, атомная масса 180,9479. В природе встречается в виде двух изотопов: 181 Ta (99,9877%) и 180 Ta (0,0123%). Известно 13 искусственных радиоактивных изотопов тантала с массовыми числами от 172 до 186.
Тантал открыт в 1802 шведским химиком А. Г. Экебергом. Пластичный металлический тантал впервые получен немецким учёным В. Больтеном в 1903.
- Тантал свойства
- Нахождение в природе
- Тантал применение
Свойства и характеристики
Тантал — металл серого цвета со слабым свинцовым оттенком; имеет кубическую объёмноцентрированную решётку (а=0,3296 нм); плотность 16 600 кг/м 3 ; t плавления 2014°С, t кипения около 5500°С; молярная теплоемкость 25,4 Дж/(моль•К); удельная теплопроводность 63 Вт/(м•К); электрическое сопротивление 12,4•10 -4 (Ом•м); температурный коэффициент линейного расширения 6,6•10 -6 К; температура перехода в сверхпроводящее состояние 4,38 К, парамагнитен. По химическим свойствам тантал аналог ниобия. Наиболее характерная степень окисления +5, редко от +1 до +4 (известны соединения TaCl4, TaCl3, TaCl2 и др.). При нормальных условиях тантал малоактивен, на воздухе окисляется лишь при температуре свыше 280°С, покрываясь защитной плёнкой Ta2O5; с галогенами реагирует при температуре свыше 250°С. При нагревании реагирует с С, В, Si, Р, Se, Te, H2О, CO, CO2, NO, HCl, H2S.
Тантал из конденсаторов. Цена тантала за 1 грамм.
Химически чистый тантал исключительно устойчив к действию жидких щелочных металлов, большинства неорганических и органических кислот, а также многих других агрессивных сред (за исключением расплавленных щелочей). ПДК 5 мг/м 3 .
Тантал в природе
В минералах тантала всегда находится совместно с ниобием вследствие сходства их физических и химических свойств. Тантал — типично рассеянный элемент, т.к. изоморфен со многими химическими элементами. Месторождения тантала приурочены к гранитным пегматитам, карбонатитам и щелочным расслоенным интрузиям.
Примнение и использование
Основной сырьём для производства тантала и его сплавов служат танталитовые и лопаритовые концентраты, содержащие около 8% Ta2O5, 60% и более Nb2O5. Концентраты разлагают кислотами или щелочами, лопаритовые — хлорируют. Разделение Ta и Nb производят с помощью экстракции. Металлический тантал обычно получают восстановлением Ta2O5 углеродом, либо электрохимически из расплавов.
Компактный металл производят вакуумно-дуговой, плазменной плавкой или методом порошковой металлургии. Из тантала и его сплавов изготовляют коррозионно-устойчивую аппаратуру для химической промышленности, фильеры, лабораторную посуду и тигли; теплообменники для ядерно-энергетических систем. В хирургии листы, фольгу и проволоку из тантала используют для скрепления тканей, нервов, наложения швов, изготовления протезов, заменяющих повреждённые части костей (ввиду биологической совместимости). Карбид тантала применяется в производстве твёрдых сплавов.
Источник: www.mining-enc.ru
Тантал – полезные свойства, особенности и опасность металла
Этот химический элемент обнаружился с трудом. Благодаря этому получил название, связанное с персонажем греческих мифов.
Что представляет собой
Тантал – это химический элемент, занимающий 73-ю ячейку таблицы Менделеева. Твердый, относится к металлам «тяжелой» группы.
В обычном микроклимате – блестящее сероватое вещество. На воздухе обретает легкую синеватость, свинцовость оттенка, что позволяет отличить его от других металлов.
Международное обозначение – Ta, Tantalum.
Как был открыт и назван
История открытия тантала извилиста:
- «Отцом» считается химик Андерс Экеберг. Исследуя в 1802 году образцы минералов, откопанных в родной Швеции и соседней Финляндии, он открыл тантал.
- Почти сорок лет колумбий (так тогда называли ниобий) и тантал считались одним и тем же элементом, пока немецкий ученый Генрих Розе не доказал обратное. Его правоту подтверждает формула колумбита-танталита – (Fe, Mn) (Nb, Ta, Ti)2O6).
- Пластичный металлический образец получил в начале ХХ века немецкий естествоиспытатель Вернер фон Болтон.
Элемент вошел в историю под именем персонажа древнегреческой мифологии Тантала. Он был покаран богами за гордыню: умирал от голода и жажды, хотя еда и вода были рядом. Отсюда выражение «танталовы муки».
Так отобразились в названии трудности извлечения элемента.
Первый образец продукции из металла – штабик размером со спичечную головку – получен в 1922 году. Промышленное производство отладили через 30 лет.
Большой выбор украшений из натуральных камней и минералов со скидкой -50%
Физико-химические характеристики
Тантал относится к тугоплавким металлам, однако по пластичности соперничает с золотом.
Будучи чистым, легко обрабатывается. Примеси газов разрушают кристаллическую структуру, сводя на нет это свойство.
У металла средняя электропроводимость, но он становится сверхпроводником при меньших температурах, чем другие.
Химические свойства проявляются при высоких температурах:
- Окисляется, если воздух горячее 280°C. Результат – радужная пленка-оксид, защищающая от дальнейших трансформаций.
- Беспримесный металл равнодушен к воздействию агрессивных сред (кроме щелочного расплава).
Химическая стойкость тантала аналогична стеклу.
| Танта́л / Tantalum (Ta), 73 |
| 180,94788(2) а. е. м. (г/моль) |
| [Xe] 4f14 5d3 6s2 |
| 2, 8, 18, 32, 11, 2 |
| 149 пм |
| 134 пм |
| (+5e) 68 пм |
| 1,5 (шкала Полинга) |
| −1,12 |
| 5 |
| 760,1 (7,88) кДж/моль (эВ) |
| 16,65 г/см³ |
| 3290 K (3017 °C) |
| 5731 K (5458 °C) |
| 24,7 кДж/моль |
| 758 кДж/моль |
| 25,39 Дж/(K·моль) |
| 10,9 см³/моль |
| кубическая, объёмноцентрированая |
| 3,310 Å |
| 225,00 K |
| (300 K) 57,5 Вт/(м·К) |
| 7440-25-7 |
Не растворяется кислотами (кроме плавиково-азотной смеси), включая царскую водку. С плавиковой взаимодействует порошковый тантал, реакция завершается взрывом.
Присутствие в природе
Тантал как чистый металл на планете не встречается:
- Выявлено два десятка его минералов плюс 60 с танталом в составе.
- В минералах пару танталу всегда составляет ниобий. Это следствие близости природных характеристик элементов.
- Также представлен двумя изотопами, из которых на долю стабильного Та181 приходится 99,992%.
Тонна земной коры содержит два грамма тантала. Однако к группе редкоземельных металлов он не относится.
Месторождения формируются в гранитных, карбонатных массивах, щелочных слоях-интрузиях.
Технология получения
Для производства металла, сплавов используются танталиты и лопариты (оксид тантала – 8%, оксид ниобия – 60+%).
Процесс включает следующие этапы:
- Концентрированную породу разлагают кислотами либо щелочами.
- Тантал и ниобий выделяют экстрагированием.
- Металлический тантал восстанавливают из расплавов (электролиз) либо оксида (углеродом).
Способы получения компактных модификаций: порошковая металлургия либо плавка (дуговая/плазменная).
Где используется
Первой сферой применения стали лампы бытовой радиоэлектроники.
Сегодня достоинства металла – пластичность, тугоплавкость, устойчивость к агрессивным средам, коррозии, совместимость с биологическим материалом изучены досконально. Они обусловили применение продукции промышленностью, оборонным комплексом, медициной, наукой.
Более 8000 видов товара из 500 разновидностей натурального камня. Ежедневное обновление!
Промышленность, ВПК
Применение металла в гражданском сегменте:
- Металлурги добавляют вещество в сплавы для устойчивости к жару, коррозии. Продукция идет на аппаратуру для химпрома, лабораторий, тигли для выплавки проблемных элементов (особенно редкоземельных металлов).
- Благодаря низкому порогу сверхпроводимости востребован при производстве электронно-вычислительных приборов.
- Карбид вещества – компонент сверхтвердых сплавов. Из сталей, маркированных индексом ТТ, делают оборудование для работы в экстремальных условиях (бурение скважин, композитов, других сверхтвердых материалов).
- Супертвердый неокисляемый бериллид используют строители космических аппаратов (ракет, спутников, самолетов).
- Танталово-ниобиевый сплав – материал конденсаторов для электролиза.
Оболочка снарядов с повышенной бронебойностью состоит из тантала.
Ядерный комплекс
Высшая из металлов устойчивость в жаре, неуязвимость к воздействию паров цезия обусловили применение металла в защитных оболочках объектов ядерной энергетики.
Тантал-180 «застревает» в конструкциях атомных реакторов. И служит источником энергии, гамма-излучения для лазерного оружия, транспорта специального назначения.
Пятиокись (2%) добавляют к стеклу, поглощающему гамма-лучи.
Другие сферы
- Биологически совместимый с организмом человека металл – материал скелетных протезов. Хирурги используют танталовую фольгу, проволоку комплексно: наложение швов, скрепление нервных окончаний.
- Ювелиры оценили способность металла образовывать на поверхности изделия прочные разноцветные пленки.
- Казахстан радует нумизматов: Национальный банк страны чеканит коллекционные танталово-серебряные монеты.
Применение металла сдерживают недостатки: микроскопичная доля в составе земной коры, трудность получения, высокая цена.
Предупреждение
Тантал токсичен.
По стандартам РФ, один кубометр воздуха не должен содержать более 5 мг вещества.
Источник: jgems.ru
Металл тантал: открытие, применение, будущее
Тантал металл — серый, тяжелый и очень твердый металл с температурой плавления более 3000 С и назван в честь дочери Тантала. Он классифицируется как «тугоплавкий», поэтому может выдерживать высокие температуры и противостоять коррозии. Он хороший проводник тепла и электричества, что делает его полезным в современной электронике.
Чистый тантал можно втянуть в тонкую проволочную нить, которая используется для испарения других металлов. Он почти невосприимчив к химическим воздействиям при температуре ниже 150 C. Пленки оксида тантала очень стабильны и имеют хорошие выпрямляющие и диэлектрические свойства. Превалирующий спрос на тантал связан с его промышленным применением в производстве танталовых конденсаторов, жизненно важного компонента для смартфона.
Общие сведения и история
Тантал металл (Та) был обнаружен Андерсом Г. Экебергом в 1802 году в Уппсале (Швеция), в минералах танталите из Финляндии и иттротанталите из Швеции. К несчастью для Экеберга, в 1809 году известный английский химик Виллиан Волластон утверждал, что не было никакого открытия нового элемента.
Волластон считал, что новым элементом Экеберга был ниобий, который также был обнаружен в 1802 году. Научное сообщество в то время пришло к выводу, что Волластон был прав. На самом деле тантал и ниобий трудно отделить друг от друга, что привело к ошибке Волластона.
В 1846 году немецкий минералог Генрих Роуз окончательно доказал, что тантал и ниобий (дочь Тантала) являются разными элементами. В 1903 году Вернер фон Болтон впервые рафинировал металл Та. Экеберг назвал металл в честь дочки Тантала. Сегодня Та в основном получают из минералов: колумбит ((Fe, Mn, Mg) (Nb, Ta) 2 O 6), танталит ((Fe, Mn) (Ta, Nb) 2 O 6) и эвксенит ((Y, Ca, Er, La, Ce, U, Th) (Nb, Ta, Ti) 2 O 6).
Характеристика и свойства металла
Та представляет собой тяжелый сине-серый металлический элемент с температурой плавления 3 017 С. Он обладает отличной коррозионной стойкостью, хорошей пластичностью и устойчив к большинству кислот. В электронике он составляет основу высокопроизводительных конденсаторов, в химическом производстве, где при легировании железом обеспечивает превосходную коррозионную стойкость металлам, используемых в агрессивных средах, таких как нефте- и газопроводы. Свойства тантала в алюминиевых сплавах предотвращают окисление, позволяя безопасно использовать более легкие компоненты. Благодаря высокой температуре плавления его применяют для цементирования карбида вольфрама в станках и в сплавах для лопастей турбины реактивного двигателя.
- Атомный номер: 73;
- атомный вес: 180,94788;
- температура плавления: 3290 К (3017 C или 5463 F);
- точка кипения: 5731 К (5458 С или 9856 F);
- плотность: 16,4 грамм /см3;
- фаза при комнатной температуре: твердый;
- классификация элементов: металл;
- номер периода: 6;
- номер группы: 5;
- название группы: нет.
Месторождения и добыча тантала
Та встречается в природе в минерале колумбит-танталит, который встречается в танталовых месторождениях в Австралии, Бразилии, Мозамбике, Таиланде, Португалии, Нигерии, Заире и Канаде. Для отделения Та от ниобия требуется либо электролиз, либо восстановление фтортанталата калия натрием, либо взаимодействие карбида с оксидом.
За последние 15 лет источник добычи Та изменился. Это связано с тем, что он находился в основном в Австралии, но добычу ведут преимущественно в Руанде и ДР Конго, что вызывает обеспокоенность по поводу его статуса в качестве конфликтного минерала в охваченных войной странах. Закон Додда-Франка означает, что компании должны отслеживать источник этих полезных ископаемых и использовать только аккредитованные ресурсы. Полезные ископаемые, используемые для финансирования вооруженных повстанцев и насилия, встречаются во всем мире. К ним относятся олово, вольфрам и тантал, присутствующих во многих остро популярных товарах, например, как смартфоны и ноутбуки.
Тантал обнаружен в залежах твердых пород, таких как граниты, карбониты и пегматиты — магматическая порода, состоящая из крупного гранита. Он не относится к широко распространённым металлам на планете, а добыча его сложна. Та происходит от переработки и рафинирования танталита — это общее название для любой его содержащей минеральной руды.
Танталовый концентрат транспортируется в процессор для химической обработки. Затем его обрабатывают смесью плавиковой и серной кислот при высоких температурах. Это приводит к тому, что Та и ниобий растворяются в виде фторидов. Концентрат переводят в жидкий раствор. Суспензия фильтруется и далее обрабатывается экстракцией растворителем.
Использование метилизобутилкетона (MIBK) или жидкого ионного обмена с применением аминного экстрагента в керосинах дает высокоочищенные растворы тантала и ниобия. Наконец, оксид тантала восстанавливается расплавленным натрием с образованием металлического Та.
Область применения тантала
В последнее время тантал вызвал большой интерес из-за его использования в конденсаторах в электронном оборудовании. Преимущество его в высокой объемной эффективности, которая обеспечивает миниатюризацию, высокую надежность и стабильность в широком диапазоне температур от -55 С до 125 С.
Тантал используется в различных сплавах для придания высокой прочности, пластичности и температуры плавления. При втягивании в тонкую проволоку она может использоваться в качестве нити для испарения металлов, таких как алюминий. Элемент также используется для изготовления химического технологического оборудования, ядерных реакторов, авиационных и ракетных деталей.
Оксид тантала используется для изготовления специального стекла с высоким показателем преломления для таких предметов, как, например, объективы камер. Та используется для изготовления электролитических проводников, авиационных двигателей, деталей вакуумных печей, ядерных реакторов и деталей ракет. Та не подвержен воздействию жидкостей организма и не вызывает раздражения, что делает его полезным для хирургических приборов.
Распространено его применение в производстве сотовых телефонов, персональных компьютеров, микросхем зажигания в автомобильных подушках безопасности, режущих инструментов, сверл, зубьев для экскаваторов, пуль и теплозащитных экранов. Поскольку металл является электрическим проводником, он полезен во многих электронных приборах, таких как микропроцессоры для плазменных телевизоров.
- А для надежного использования этих электронных приборов используют промышленные источники бесперебойного питания. Такие ИБП устойчивы к скачкам напряжения в сети, предотвращают остановку оборудования, поддерживают автономную работу электрооборудования, которая критически важна для предприятия.
Приобрести их можно тут:https://e-solarpower.ru/faq/promyshlennye-istochniki-bespereboynogo-pitaniya/
Цена за грамм
Танталом не торгует ни одна товарная биржа. На самом деле, он не покупается и не продается в чистом виде, а только в виде танталитных руд, из которых затем можно извлечь металл. Цена определяется путем прямых переговоров между продавцом и покупателем, по многим оценкам, отправная точка сделок по прайсам в Москве составляет 150-170 дол. за кг.
В 2010 году сообщалось, что Бразилия и другие страны Южной Америки производят около 40% мирового годового предложения, Австралия занимает второе место с 21%, а на Центральную Африку приходится менее 10%.
Ученые считают, что в резерве Та осталось не более чем на 50 лет из учета достигнутого уровня современного потребления, и требуют выполнения мировой программы утилизации Та.
Цена на танталит очень сильно зависит от спроса. Цена на танталитовую руду выросла с примерно 75 дол. за кг в 2010 году до более чем 270 дол. за кг в 2011 и 2012 годах, но с тех пор цена снизилась и больше на рынке применяется договорная цена.
Как вам статья?
Источник: 1nerudnyi.ru