Тантал это металл номер 73, химический элемент, простое вещество, назван в честь мифологического персонажа Тантала.
По своим свойствам очень похож на ниобий, поэтому его часто путали с ним.
Получают восстановившим пятиокись тантала Та2О5 углеродом в электрической печи.
Применяют в радиоэлектронике, в сплавах, металлургии и т.д.
Сколько стоит тантал — это зависит спросов рынка, стоимости волют и т.д., на данный момент стоимость его в пределах 400 — 500 долларов за килограмм.
(Tantalum; по имени мифологического фригийского царя Тантала), Та — химический элемент пятой (5) группы (устаревшей побочной подгруппы V) периодической системы элементов.
Атомный номер 73, атомная масса 180,9479.
Электронная конфигурация [Xe]:
6s24f145d3.
Полная электронная конфигурация атома тантала:
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d3.
Пластичный металл серо-стального цвета с синеватым оттенком.
Наиболее типична для тантала степень окисления + 5; известны также соединения со степенями окисления — 1, + 1, + 2, + 3 и + 4.
Тантал впервые обнаружил (1802) швед, химик А. Г. Экеберг в минералах Скандинавского полуострова.
Вследствие близости физико-хим. св-в тантал и ниобий всегда сопутствуют друг другу, и их долго считали идентичными.
В чистом виде тантал получил (1903) нем. химик В. фон Болтон. Промышленное производство началось в 1922 (США).
По преданиям в греческой мифологии Тантал раскрыл тайны богов, за что и был покаран Зевсом. Тантал это сын верховного греческого бога Зевса.
По версиям он рассказал замыслы богов людям, по второй похитил амброзию чтобы отведать со своими друзьями и третья версия он дал ложную клятву, что он не был участником кражи золотой собаки.
За свои злодеяния Тантал был изгнан во владения Аида, также существует множество аналогичных версий.
Плотность 16,65 г/см3; tпл 2996° С; tкип 5309 С; температурный коэфф. линейного расширения (град ): 6,55 х 10-6 (т-ра 0-100° С); 6,6 х 10-6 (т-ра 0-500° С) и 8,0 х 10-6 (т-ра 20-1500° С); коэфф. теплопроводности (при комнатной т-ре) 0,130 кал/см х сек х град.
Удельная теплоемкость (кал/г-град): 0,03322 (т-ра 0° С); 0,03364 (т-ра 100° С); 0,03495 (т-ра 400° С); 0,03679 (т-ра 800° С); 0,03873 (т-ра 1200° С); 0,04078 (т-ра 1600° С) и 0,044 (т-ра 2000° С).
Удельное электрическое сопротивление (мком х см), 12,4 (т-ра 18° С); 54 (т-ра 1000° С); 71 (т-ра 1500° С) и 87 (т-ра 2000° С).
Скрытая теплота плавления 6,9 ккал/моль; теплота испарения составляет 180 ккал/г-атом.
Твердость 90—150 кгс/мм2 при чистоте 99,95—99,9%; твердость после электроннолучевой или зонной плавки 70—90 кгс/мм2, при т-ре 1200° С она составляет 20 кгс/мм2.
Предел прочности тантала высокой чистоты 19—23 кгс/мм2; предел текучести 18,4 кгс/мм2; относительное удлинение 36—38%; относительное сужение поперечного сечения около 90%.
В зависимости от содержания примесей предел прочности достигает 126 кгс/мм2. С повышением т-ры предел прочности снижается до 5кгс/мм2 при т-ре 1550° С и до 3,6 кгс/мм2 при т-ре 1980° С.
Модуль упругости 19 000 кгс/мм2; модуль сдвига 7000 кгс/мм2; коэфф. сжимаемости 0,52-10 6 см2/кгс.
Переход из пластичного состояния в хрупкое не обнаружен вплоть до т-ры — 250 ° С .
Температура рекристаллизации 1050 — 1500° С в зависимости от чистоты и степени деформации.
Ионизационный потенциал 7,3 ± 0,3 эв. Работа выхода электронов 4,1 эв. эна Т-ра перехода в сверхпроводящее состояние 4,38 К.
Сечение захвата тепловых нейтронов 21,3 барн/атом.
По своим химические свойства металлический тантал стоек в большинстве агрессивных сред, в том числе в «царской водке». Взаимодействует с плавиковой к-той, с расплавами щелочей, с серной и ортофосфорной к-тами выше т-ры 50—100° С.
Стойкость металлического тантала обусловлена наличием на поверхности тонкой прочной пленки пятиокиси Та2О5.
Способностью разрушать такую пленку обладают ионы фтора, серный ангидрид и расплавы щелочей. Тантал в значительных количествах абсорбирует водород, кислород и азот.
Стоек на холоду в среде воздуха. При нагревании выше т-ры 300° С начинает окисляться, на поверхности образуется пористый слой пятиокиси тантала с амфотерными св-вами, преим. кислотными.
С основаниями пяти-окись образует соли, к-рые являются производными гипотетической танталовой к-ты,— танталаты.
Тантал взаимодействует с фтором при комнатной т-ре, с хлором — выше т-ры 250° С, с бромом — выше т-ры 300° С, с йодом не взаимодействует вплоть до т-ры красного каления.
Углерод и углеродсодержащие газы при т-ре 1200—1400° С взаимодействуют с танталом с образованием карбидов.
При т-ре ~ 500° С образуются гидриды. Тантал не взаимодействует с газообразным хлористым водородом до т-ры 400° С, а с бромистым водородом — до т-ры 375° С.
Образует интерметаллические соединения преим. с переходными металлами VII—VIII и металлами Hie — IVe подгрупп периодической системы элементов.
Тантал стоек к действию некоторых расплавленных металлов, например висмута — до т-ры 980° С, свинца — до т-ры 1000° С.
Природный тантал состоит из стабильного изотопа 181Та и радиоактивного изотопа 180Та с периодом полураспада 1012 лет.
Получены 15 радиоактивных изотопов.
Содержание Тантал в земной коре 2 < 10-4 %. Т. в природе встречается совместно с ниобием в виде изоморфных танталитов и ниобатов.
Известно более 100 минералов, содержащих тантал. Основные из них: колумбит-танталит, микролит, лопарит, некоторые титановые минералы (например, ильменорутил).
Большинство танталовых руд содержит значительное количество ниобия. Кристаллическая решетка тантала объемноцентрированная кубическая с периодом а — 3,3025 А.
Переработка рудного сырья на металлический тантал включает получение концентратов, содержащих до 40— 65% Та2О5.
Тантал определяют с помощью химического анализа на тантал.
Гравитационным обогащением с последующей электромагнитной или электростатической сепарацией, флотацией или с применением комплексных магнитно-химических методов.
Вскрытие концентратов (сплавлением со щелочами или разложением к-тами, в частности плавиковой).
В результате к-рого получают тантал и сопутствующий ему ниобий в виде окислов, хлоридов или фтористых компл. солей.
Разделение соединений тантала и ниобия (жидкостной экстракцией органическими реагентами, дробной кристаллизацией комплексных фтористых соединений, ректификацией хлоридов.
А также разделением с помощью ионообменных смол; получение металлического тантала из его соединений (электролизом расплавленных фтористых сред; восстановлением натрием из комплексных фтористых солей, в частности из K2TaF7; восстановлением галогенидов магниевой стружкой или натрием; термической диссоциацией галогенидов).
Обычно тантал получают в виде танталового порошка чистотой 98—99%.
Чтобы получить металл в компактном виде, прибегают к спеканию предварительно спрессованных заготовок прямым пропусканием тока при т-ре 2500— 2700° С.
Или косвенным нагреванием при т-ре 2200—2500° С в вакууме; при этом чистота металла повышается до 99,9—99,95%.
Для получения больших слитков и для рафинирования применяют электровакуумную плавку в дуговых печах с расходуемым электродом и в электроннолучевых печах.
В процессе вакуумного переплава общее содержание кислорода, азота и углерода снижается от 0,1—0,5 до 0,01—0,05%.
Для произ-ва стержней высокой чистоты и изготовления монокристаллов прибегают к зонной плавке.
Тантал подвергают обработке давлением на холоду (ковке, прокатке, штампованию, экструзии, волочению), получая прутки, проволоку, листы, трубы и фасонные изделия.
Чтобы снять напряжения, в процессе деформирования изделий осуществляют промежуточный отжиг в высоком вакууме или в среде очищенного инертного газа при т-ре 1200—1650° С .
Тантал обладает хорошей свариваемостью, в связи с чем применяют различные виды дуговой сварки в аргоне или гелии, перспективна сварка электронным пучком.
Возможна пайка спец. припоями с соблюдением мер предосторожности.
Танталом можно покрывать нержавеющими сталями и тугоплавкими металлами и сплавами, обрабатывать резанием (при наличии смазки).
Области применения определяются благоприятным сочетанием высокой температуры плавления, пластичности, прочности, свариваемости, коррозионной стойкости, теплопроводности, способности поглощать газы и низкой упругости пара.
Основное количество тантала (60— 75%) используют в электровакуумной технике: он служит материалом для геттеров, анодов, сеток и др. и деталей электронных ламп.
В электротехнической промышленности тантал применяют для изготовления нагревателей элементов конструкций (экранов, контактов и др.) печей.
Эксплуатируемых при т-ре выше 1700° С в вакууме или среде инертного газа; для изготовления электролитических конденсаторов, выпрямителей.
Около 20—30% металла используют в произ-ве деталей химической аппаратуры. Тантал — заменитель платины в произ-ве лабораторной посуды, аналитических разновесов.
Из него изготовляют прядильные фильеры, служащие для получения нитей искусственного шелка.
Тантал используют в качестве легирующей добавки при произ-ве высокопрочных, коррозионностойких и жаропрочных сталей и спец. сплавов.
Соединения тантала (например, фтористые комплексные соли) применяют в качестве катализаторов, пятиокись тантала используют в произ-ве стекол и керамики со спец. свойствами. См. также Тантала сплавы.
По своему свободному состоянию и по химическим взаимодействиям члены подгруппы VB — тантал — резко отличаются от сурьмы и висмута.
Металл — тантал — очень тугоплавок, тверд, химически малоактивен. Кристаллизуются в кубической объемноцентрированной решетке.
Химическая активность примерно одинакова с ниобием. Ни вода, ни большинство кислот на него не действуют.
На воздухе он покрыт плотным слоем оксидов, который препятствует при обычной температуре их дальнейшему взаимодействию даже с такими активными химическими реагентами, как кислород, галогены и сера.
Только довольно значительное нагревание способно вывести его из столь пассивного состояния.
На тантал даже «царская водка» — смесь, способная растворять золото, не действует.
Он может раствориться только в еще более грозной смеси плавиковой и азотной кислот. Взаимодействие с водородом идет довольно легко, однако при поглощении водорода этим металлам определенных соединений не образуется.
Состав максимально насыщенных водородом продуктов приближается к формуле ЭН, т. е. на каждый атом металла приходится один атом водорода.
Если рассматривать свойства металлов в состоянии со степенью окисления +5, нужно отметить следующее: оксиды — плотные, устойчивые, инертные вещества.
По размерам атома и иона тантал и ниобия близки друг к другу.
Это отражается и на свойствах оксидов, температура образования которых у ниобия и тантала высокая, как и температура плавления оксидов, а высшие оксиды Nb2O5 и Та2O5 практически нерастворимы в воде.
Кислотные свойства гидроксидов выше, чем в подгруппе титана, и падают от ванадия к танталу. Гидроксид ванадия— слабая кислота, а тантала — соединения амфотерные.
Так как у этого элемента не заполнены d -орбитали, то значит он способен образовывать комплексные соединения. Взаимодействуя со смесью азотной и плавиковой кислот, он даёт комплексы типа H(TaF6] .
Тантал получают из полиметаллических руд, содержащих железо, титан, цирконий и др. Его превращают в пентоксиды Та2O5 или пентагалогениды.
А затем восстанавливают до металла водородом, кальцием или алюминотермическим способом получают ферротантал.
Тантал обладают ценным сочетанием качеств. Химическая инертность позволяет его использовать в высоко агрессивных средах, вплоть до атомных реакторов, а так же в костной и пластической хирургии.
Он нисколько не вредит деятельности живых тканей организма. Тонкие пластинки и проволока из тантала — ценнейший медицинский материал.
Танталовые заплаты черепа, скрепление костей и даже сшивание нервов стали возможны благодаря такому удивительному свойству этого металла.
Смесь Ta2O5 с Fe2О3 предложено использовать для ускорения свертываемости крови.
Применение тантала позволило резко расширить ассортимент сталей и сплавов. Самые твердые сплавы делают из карбида тантала с добавкой никеля в качестве цементирующей добавки.
Эти сплавы настолько тверды, что оставляют царапины даже на алмазе, который считается эталоном твердости.
Самсонов Г. В.,Константин о в В. И. Тантал и ниобий. М., 1959; Горощенко Я. Г. Химия ниобия и тантала. К.
