Тантал металл или неметалл

Обновлено: 14.05.2024

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.

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.

Тяжёлый твёрдый металл серого цвета – тантал

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.

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).

Чистота металла важна для продавцов: цена кг продукции стандартных кондиций – $215-200, с содержанием тантала 99,98+% – в 15 раз дороже.

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.

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.

Тантал

Тантал — химический элемент с атомным номером 73 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Ta (лат. Tantalum ). При стандартных условиях представляет собой блестящий серебристо-белый металл (со слабым свинцовым (синеватым) оттенком вследствие образования плотной оксидной плёнки).

Содержание

История

Тантал открыт в 1802 году шведским химиком А. Г. Экебергом в двух минералах, найденных в Финляндии и Швеции. Однако в чистом виде выделить его не удалось. Из-за трудностей получения этот элемент был назван по имени героя древнегреческой мифологии Тантала.

В последующем тантал и «колумбий» (ниобий) считали тождественными. Лишь в 1844 году немецкий химик Генрих Розе доказал, что минерал колумбит-танталит содержит два различных элемента — ниобий и тантал.

Пластичный металлический тантал впервые получен немецким учёным В. Болтоном в 1903 году.

Первый промышленный штабик тантала был получен в 1922 году, при этом он не превышал по величине спичечную головку. Тогда элемент начал применяться в выпрямителях тока и радиолампах. Активное производство тантала было развёрнуто в самом конце Второй Мировой войны.

Нахождение в природе

Тантал — редкий металл, в земной коре на его долю приходится 0,0002 %. Известно около 20 собственных минералов тантала — серия колумбит-танталит, воджинит, лопарит, манганотанталит и другие, а также более 60 минералов , содержащих тантал. Все они связаны с эндогенным минералообразованием. В минералах тантал всегда находится совместно с ниобием вследствие сходства их физических и химических свойств. Тантал — типично рассеянный элемент, так как изоморфен со многими химическими элементами. Месторождения тантала приурочены к гранитным пегматитам, карбонатитам и щелочным расслоённым интрузиям.

Месторождения

Самые крупные месторождения танталовых руд находятся во Франции, Египте, Таиланде, Китае. Месторождения танталовых руд имеются также в Мозамбике, Австралии, Нигерии, Канаде, Бразилии, СНГ, ДРК, Малайзии.

Крупнейшее мировое месторождение танталовых руд, Гринбушес, расположено в Австралии в штате Западная Австралия в 250 км к югу от Перта.

Физические свойства

Тантал обладает высокой температурой плавления — 3290 K ( 3017 °C ); кипит при 5731 K ( 5458 °C ). Плотность тантала — 16,65 г/см³ . Несмотря на твёрдость, пластичен, как золото. Чистый тантал хорошо поддаётся механической обработке, легко штампуется, раскатывается в проволоку и тончайшие листы толщиной в сотые доли миллиметра. Тантал является отличным геттером (газопоглотителем), при 800 °C он способен поглотить 740 объёмов газа. Кристаллическая решётка — кубическая, объёмноцентрированная. Обладает парамагнитными свойствами.

При температуре ниже 4,45 К переходит в сверхпроводящее состояние.

Изотопы

Известны изотопы тантала с массовыми числами от 155 до 190 (количество протонов 73, нейтронов от 82 до 117), и более 30 ядерных изомеров.

Природный тантал состоит из смеси стабильного изотопа и стабильного изомера: 181 Та (99,9877 %) и 180m Та (0,0123 %). Последний является чрезвычайно стабильным изомером (возбуждённым состоянием) изотопа 180 Та, период полураспада которого всего чуть более 8 часов .

Химические свойства

При нормальных условиях тантал малоактивен, на воздухе окисляется лишь при температуре свыше 280 °C , покрываясь оксидной плёнкой Ta₂O₅; с галогенами реагирует при температуре свыше 250 °C . При нагревании реагирует с С, В, Si, P, Se, Те, H₂O, СО, CO₂, NO, HCl, H₂S.

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).

В отношении химической устойчивости к реагентам, тантал подобен стеклу. Тантал нерастворим в кислотах и их смесях, кроме смеси плавиковой и азотной кислот; его не растворяет даже царская водка. Реакция с плавиковой кислотой идёт только с пылью металла и сопровождается взрывом. Очень устойчив к воздействию серной кислоты любой концентрации и температуры (при 200 °C металл корродирует в кислоте лишь на 0,006 миллиметра в год), устойчив в обескислороженных расплавленных щелочных металлах и их перегретых пара́х (литий, натрий, калий, рубидий, цезий).

Токсикология

Распространённость

Среднее содержание тантала (по массе):

в земной коре 2,5⋅10 −4 %
в ультраосновных породах 1⋅10 −6 %
в основных породах 4,8⋅10 −5 %
в кислых породах 3,5⋅10 −4 %
в полукислых породах 7⋅10 −4 %

Получение

Основным сырьём для производства тантала и его сплавов служат танталитовые и лопаритовые концентраты, содержащие около 8 % Та₂О₅, а также 60 % и более Nb₂O₅. Концентраты разлагают кислотами или щелочами, лопаритовые — хлорируют. Разделение Та 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.

Для получения 1 тонны танталового концентрата необходимо переработать до 3000 тонн руды.

Стоимость

Стоимость тантала — около 218 долл. за 1 кг (сентябрь 2019 г.). Особо чистый тантал (от 99,985 %) имеет цену порядка 3 585 долл. за 1 кг .

Применение

Первоначально использовался для изготовления проволоки для ламп накаливания. Сегодня из тантала и его сплавов изготовляют:

жаропрочные и коррозионностойкие сплавы;
коррозионно-устойчивую аппаратуру для химической промышленности, фильерные пластины, лабораторную посуду и тигли для получения, плавки, и литья редкоземельных элементов, а также иттрия и скандия;
теплообменники для ядерно-энергетических систем (тантал наиболее из всех металлов устойчив в перегретых расплавах и парах цезия);
в хирургии листы, фольгу и проволоку из тантала используют для скрепления тканей, нервов, наложения швов, изготовления протезов, заменяющих повреждённые части костей (ввиду биологической совместимости);
танталовая проволока используется в криотронах — сверхпроводящих элементах, устанавливаемых в вычислительной технике;
в производстве боеприпасов тантал применяется для изготовления металлической облицовки перспективных кумулятивных зарядов, улучшающей бронепробиваемость;
тантал и ниобий используют для производства электролитических конденсаторов (более качественных, чем алюминиевые электролитические конденсаторы, но рассчитанных на меньшее напряжение);
тантал используется в последние годы в качестве ювелирного металла, в связи с его способностью образовывать на поверхности прочные плёнки оксида красивых радужных цветов;
ядерный изомер тантал-180m2, накапливающийся в конструкционных материалах ядерных реакторов, может наряду с гафнием-178m2 служить источником гамма-лучей и энергии при разработке оружия и специальных транспортных средств.
Бюро стандартов США и Международное бюро мер и весов Франции используют тантал вместо платины для изготовления стандартных аналитических разновесов большой точности;
Бериллид тантала чрезвычайно твёрд и устойчив к окислению на воздухе до 1650 °C , применяется в авиакосмической технике;
Карбид тантала (температура плавления 3880 °C , твёрдость близка к твёрдости алмаза) применяется в производстве твёрдых сплавов — смеси карбидов вольфрама и тантала (марки с индексом ТТ), для тяжелейших условий металлообработки и ударно-поворотного бурения крепчайших материалов (камень, композиты), а также наносится на сопла, форсунки ракет;
Оксид тантала(V) используется в ядерной технике для варки стекла, поглощающего гамма-излучение. Один из наиболее широко применяемых составов такого стекла: двуокись кремния — 2 %, монооксид свинца (глёт) — 82 %, оксид бора — 14 %, пятиокись тантала — 2 %;
В нумизматике. С 2006 года Национальный банк Казахстана выпускает памятные биметаллические монеты 100 и 500 тенге из серебра и тантала.

Антимонид тантала (Ta₅Sb₄) Бромид тантала (II) (TaBr₂) Бромид тантала (III) (TaBr₃) Бромид тантала (V) (TaBr₅) Гексафторотанталовая кислота (H[TaF₆]) Гептафторотанталат (V) калия (K₂[TaF₇]) Диборид тантала (TaB₂) Иодид тантала (IV) (TaI₄) Иодид тантала (V) (TaI₅) Карбид тантала (TaC) Карбид тантала-гафния (Ta₄HfC₅) Нитрид тантала (TaN) Нитрид тантала (V) (Ta₃N₅) Оксигексафторотанталат калия (K₃[TaOF₆]) Оксид тантала (I) (Ta₂O) Оксид тантала (II) (TaO) Оксид тантала (III) (Ta₂O₃) Оксид тантала (IV) (TaO₂) Оксид тантала (V) (Ta₂O₅) Окситрибромид тантала (V) (TaOBr₃) Окситрихлорид тантала (V) (TaOCl₃) Сульфид тантала (IV) (TaS₂) Фторид тантала (III) (TaF₃) Фторид тантала (V) (TaF₅) Хлорид тантала (II) (TaCl₂) Хлорид тантала (III) (TaCl₃) Хлорид тантала (IV) (TaCl₄) Хлорид тантала (V) (TaCl₅)

ТАНТАЛ — твёрдый, редкий и дорогой

История мифологического Тантала похожа на историю открытия героя нашей статьи.

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.

Удивительно: при высоких плотности и твердости металл пластичен, как золото. Из него можно вытянуть тонкую проволоку и получить листы, сопоставимые с фольгой по толщине.

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.

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).

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.

Познавательно: тантал и ниобий — всегда рядом, во всех минералах и рудах; их трудно отличить. Сложность производства в разъединении этих металлов.

порошок;
проволока;
прутки;
фольга;
листы.

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.

Познавательно: первой «работой» металла было освещение помещений в качестве нити накаливания в лампочке.

Цена высока — 1 килограмм танталового порошка (ТаП МВ-5Б) чистотой 99, 9% стоит 25000 рублей.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Тантал — что это за металл: характеристики и стоимость

Металлов на нашей планете немало. Среди них есть тяжелые, редкие, дорогие, прочные, пластичные, благородные. Все эти качества относятся к танталу (Та), расположенному в таблице Менделеева в V группе под номером 73. Что такое тантал – об этом узнаем прямо сейчас.

История открытия

Тантал относится к тяжелым металлам. Был открыт в 1802 году шведским химиком. Андерс Экеберг изучал образцы минералов и обнаружил новый химический элемент, который посчитал разновидностью колумбия (ниобия). Его долго не могли выделить в чистом виде, поэтому он получил название в честь Тантала, имя которого связано с выражением «Танталовы муки».

Впервые чистый металл получили в лаборатории лишь 100 лет спустя. Промышленное производство стартовало только в 1922 г. – была отлита первая заготовка, размером не более спичечной головки. Массовое использование нового вещества началось в конце 40-х годов прошлого столетия. И сейчас отмечается повышенный спрос на химический элемент №73.

Добыча и производство

Тантал – это редкий в природе металл, и в чистом виде не встречается. В земной коре его содержание – 0,0002%. Обычно его обнаруживают рядом с ниобием. Этот металл содержится в составе более 60 различных минералов. Существуют также и собственные руды тантала – лопарит, танталит, тапиолит, колумбит-танталит (колтан), манганотанталит и другие (около 20 видов).

Месторождения тантала находятся на всех континентах, самые крупные в Бразилии (40-50%), Австралии (20%), Китае, Франции, Египте, Канаде, Конго, Эфиопии. По подсчетам ученых, мировых запасов осталось на 50 лет. Планируется разработка танталовых рудников в Саудовской Аравии, с предполагаемым ресурсом на 200 лет.

В России залежи танталсодержащих концентратов находятся в Мурманском регионе, Якутии, Забайкалье, Сибири.

В мире насчитывается не более 40 компаний, производителей тантала. По масштабам производства лидируют США, Бразилия, Китай, Япония. В СНГ производят тантал на Соликамском магниевом заводе из лопаритовых руд (50 т за год), а в Усть-Каменогорске (Казахстан) – из колтана.

Свойства тантала

Данный химический элемент – тугоплавкий металл. Это означает, что он имеет одну из самых высоких температур плавления – 3017 °C! Из этого следует, что танталовые изделия обладают исключительной износостойкостью и могут работать в экстремальных условиях длительный срок. При температуре свыше 280 °C Та окисляется, и на поверхности образуется защитная радужная пленка.

Тантал обладает уникальными свойствами. Одно из них – сочетание твердости и пластичности. По своим пластическим возможностям Та успешно конкурирует с золотом. О его твердости говорит тот факт, что он сохраняет свои свойства даже в жидком азоте (при −196 °C). И только неметаллические примеси (C, O, N, H) способны снизить его качества.

В чистом виде металл легко поддается обработке и созданию нужной формы. Он легко прокатывается в тончайший лист или нить, штампуется, куется, обрабатывается на токарном станке. Его электропроводность в обычных условиях средняя, но при температурах ниже −300 °C он превращается в сверхпроводник.

Тантал обладает также высокой теплопроводностью и парамагнитными свойствами, хорошо поглощает газы.

Важное химическое свойство – устойчивость к агрессивным средам, в том числе кислым, поэтому Та нашел применение в медицине. Он не растворяется даже в царской водке, хотя не может устоять перед смесью плавиковой и азотной кислот. У тантала самая высокая стойкость к коррозии.

Зачем нужен тантал

Сферы использования тантала:

военная и химическая промышленность;
авиакосмическая отрасль;
атомная энергетика;
приборостроение;
медицина;
лабораторные цели.

Из него изготавливают слитки, пластины, диски, фольгу, ленты, прутки, проволоку и следующую продукцию:

Конденсаторы, а точнее их анод, в виде пористой таблетки. На это тратится примерно треть производимого металла. Используются в военных комплексах и бытовых приборах, компьютерной технике.
Оболочки снарядов и мишени.
Трубки и теплообменники для атомной энергетики.
Нагревательные элементы.
Устройства для подачи кислот, транспортирования жидкого металла, изготовление лабораторной посуды.
Точные и вакуумные измерительные приборы.
Тигли для получения редкоземельных элементов в металлургии.
Скобы для протезирования, нейрохирургии, пластической хирургии, танталовые нити для сшивания тканей в организме.

Используется тантал и в ювелирном деле. В чистом виде он имеет серебристый цвет, с легкой голубизной. За ним легко ухаживать, изделие годами сохраняет свой первоначальный вид, комфортно и безопасно в носке, поэтому танталовые обручальные кольца для мужчин так популярны. Это атрибут для людей с достатком, потому что цена за 1 грамм тантала выше, чем у платины.

Нужен тантал и для улучшения физико-химических свойств других металлов, поэтому используется в качестве легирующей добавки, а также как основа для производства сплавов с титаном, вольфрамом, молибденом, кремнием.

Ложка дегтя

Несмотря на свои превосходные качества, металл тантал нельзя назвать безобидным. Он инертен и в чистом виде нетоксичен, но его пыль, некоторые сплавы и соединения с неметаллами способны вызывать тяжелые патологии зрения, органов дыхания и кожи.

Тантал подвержен возгоранию, взрывоопасен, поэтому работа с ним может привести к травмам. Его получение считается вредным производством, потому что требует использования опасных химикатов.

Тантал как металлолом

Сдать тантал в металлолом не просто. Во-первых, малое количество приемных пунктов, которые могли бы его принять. Кроме этого, существует серьезный ограничительный фактор: перед сдачей соответствующие органы должны определить происхождение лома и законность сделки. Особенно это касается слитков, прутков, листов, проволоки и готовых изделий.

Цена тантала в виде лома в среднем $400-500 за 1 кг.

Сколько стоит

Тантал не продается – торгуют только танталовым минеральным сырьем. Цена колеблется в зависимости от спроса. Наибольшая цена на танталит была зафиксирована в 2010 году – около 270 $/кг. 1 кг очищенного порошка ТаП МВ-5Б продается по цене 25 000 руб.

Тантал продолжает быть востребованным металлом, хотя спрос на него уменьшился. Одна из причин – возросшая популярность ниобия, обладающего похожими свойствами.

Тантал (элемент)

Тяжёлый твёрдый металл серого цвета

Танта́л / Tantalum (Ta), 73

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

1,5 (шкала Полинга)

Танта́л — химический элемент с зарядом ядра 73, при обычных условиях — металл серого цвета (со слабым свинцовым оттенком вследствие образования плотной оксидной плёнки).

Тантал открыт в 1802 г. шведским химиком А. Г. Экебергом в двух минералах, найденных в Финляндии и Швеции. В последующем тантал и колумбий считали тождественными. Лишь в 1844 г. немецкий химик Розе доказал, что минерал колумбит содержит два различных элемента — ниобий и тантал.

Пластичный металлический тантал впервые получен немецким учёным В. Больтеном в 1903 г.

В природе встречается в виде двух изотопов: стабильного 181 Та (99,9877 %) и радиоактивного с периодом полураспада 10 12 лет 180 Та (0,0123 %).

Известно около 20 собственно минералов тантала — серия колумбит — танталит, воджинит, лопарит, манганотанталит и другие, а также более 60 минералов, содержащих тантал. Все они связаны с эндогенным минералообразованием. В минералах тантал всегда находится совместно с ниобием вследствие сходства их физических и химических свойств. Тантал — типично рассеянный элемент, так как изоморфен со многими химическими элементами. Месторождения тантала приурочены к гранитным пегматитам, карбонатитам и щелочным расслоенным интрузиям.

Самые крупные месторождения танталовых руд находятся во Франции, Египте, Таиланде, Китае [2] .

Также есть месторождения танталовых руд в Мозамбике, Австралии, Нигерии [2] .

Крупнейшее мировое месторождение танталовых руд Гринбушес расположено в Австралии в штате Западная Австралия в 250 км к югу от Перта [3] .

Происхождение названия

Элемент назван по имени героя древнегреческой мифологии Тантала, из-за трудностей его получения в чистом виде.

Обладает высокой температурой плавления (3017 °C), температура кипения 5458 °C, цвет в чистом виде серо-стальной, плотность 16,6, несмотря на твёрдость пластичен, как золото.

При нормальных условиях тантал малоактивен, на воздухе окисляется лишь при температуре свыше 280 °C, покрываясь защитной плёнкой Ta₂O₅; с галогенами реагирует при температуре свыше 250 °C. При нагревании реагирует с С, В, Si, P, Se, Те, Н₂О, СО, СО₂, NO, HCl, H₂S.

В отношении химической устойчивости к реагентам, тантал подобен стеклу. Тантал нерастворим в кислотах и их смесях, его не растворяет даже царская водка. Растворим только в смеси плавиковой и азотной кислот. Реакция с плавиковой кислотой идет только с пылью металла и сопровождается взрывом. Очень устойчив к воздействию серной кислоты любой концентрации и температуры, устойчив в обескислороженных расплавленных щелочных металлах и перегретых парах их (литий, натрий, калий, рубидий, цезий).

в земной коре 2,4·10 −4 %
в ультраосновных породах 1·10 −6 %
в основных породах 4,8·10 −5 %
в кислых породах 3,5·10 −4 %
в полукислых породах 7·10 −4 %

Основным сырьём для производства тантала и его сплавов служат танталитовые и лопаритовые концентраты, содержащие около 8 % Та₂О₅, 60 % и более Nb₂O₅. Концентраты разлагают кислотами или щелочами, лопаритовые — хлорируют. Разделение Та 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.

Стоимость тантала — 1800—2500$ за 1 кг (сентябрь 2011) [4] . Особо чистый тантал (от 99,985 %) имеет цену порядка 4500$ за 1 кг [5] .

жаропрочные и коррозионностойкие сплавы;
коррозионно-устойчивую аппаратуру для химической промышленности, фильеры, лабораторную посуду и тигли для получения, плавки, и литья редкоземельных элементов, а также иттрия и скандия;
теплообменники для ядерно-энергетических систем (тантал наиболее из всех металлов устойчив в перегретых расплавах и парах цезия);
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 (температура плавления 3880 °C) применяется в производстве твёрдых сплавов (смеси карбидов вольфрама и тантала — марки с индексом ТТ, для тяжелейших условий металлообработки и ударно-поворотного бурения крепчайших материалов (камень, композиты);
в производстве боеприпасов тантал применяется для изготовления металлической облицовки перспективных кумулятивных зарядов улучшающей бронепробиваемость;
тантал и ниобий используют для производства электролитических конденсаторов высокой удельной емкости (но тантал позволяет производить более качественные конденсаторы);
тантал используется в последние годы в качестве ювелирного металла, в связи с его способностью образовывать на поверхности прочные пленки оксида любого цвета;
тантал-182 используется в ядерно-физических лабораториях МВД.
ядерный изомер тантал-180m2, накапливающийся в конструкционных материалах атомных реакторов, может наряду с гафнием-178m2 служить источником гамма-лучей и энергии при разработке оружия и специальных транспортных средств.

Бериллид тантала чрезвычайно тверд и устойчив к окислению на воздухе до 1650 °C, применяется в авиакосмической технике.

Пятиокись тантала используется в атомной технике для варки стекла поглощающего гамма-излучение. Один из наиболее широко применяемых составов такого стекла: кремния двуокись — 2 %, монооксид свинца (глет) — 82 %, оксид бора — 14 %, пятиокись тантала — 2 %.

См. также

Примечания

Ссылки

Химические элементы
Соединения тантала
Металлы
Тантал (элемент)

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Тантал (элемент)" в других словарях:

Тантал (значения) — Тантал (элемент) химический элемент. Тантал (мифология) царь Сипила во Фригии. Тантал (сын Бротея) (либо Фиеста) внук старшего Тантала. ОАО «Тантал» завод в Саратове … Википедия

Тантал (мифология) — У этого термина существуют и другие значения, см. Тантал (значения). Тантал (др. греч. Τάνταλος) в древнегреческой мифологии царь Сипила во Фригии[1] (Лидии). *tan распространённый корень в критских текстах[2]. Содержание 1 … Википедия

ТАНТАЛ (химический элемент) — ТАНТАЛ (лат. Tantalum, по имени мифического Тантала (см. ТАНТАЛ (в мифологии))), Та (читается «тантал»), химический элемент с атомным номером 73, атомная масса 180,9479. Природный тантал состоит из стабильного изотопа 181Ta (99,988 % по массе) и… … Энциклопедический словарь

ТАНТАЛ — (лат. Tantalus, греч. Tantalos). В мифологии: царь фригийский, допущенный Юпитером к столу богов, но за разглашение божеских тайн в преисподнем царстве наказанный тем, что висящие над ним плоды и доходящая до его подбородка вода, как скоро он их… … Словарь иностранных слов русского языка

Тантал — [по мифологическому герою Танталу] м л, самородный Та. Куб. Габ. куб. Серовато желтый. Бл. сильный метал. Тв. 6 7. Уд. в. 16,7. Единичные находки при промывке Аu. Не изучен. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н.… … Геологическая энциклопедия

Тантал — Тантал: Тантал химический элемент. Тантал царь Сипила во Фригии. Тантал внук старшего Тантала. ОАО «Тантал» завод в Саратове. Тантал одна из резиденций президента Российской Федерации на берегу реки Волги в… … Википедия

Тантал (хим. элемент) — Тантал (латинское Tantalum), Та, химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 73, атомная масса 180,948; металл серого цвета со слегка свинцовым оттенком. В природе находится в виде двух изотопов: стабильного 181Та… … Большая советская энциклопедия

ТАНТАЛ — (Tantalum), Ta, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 73, атомная масса 180,9479; металл, tпл 3014шC. Используют в химическом машиностроении, медицине для костного протезирования (биосовместимый материал) и др. Тантал… … Современная энциклопедия

ТАНТАЛ — (символ Та), редко встречающийся блестящий голубовато серый металл, химический элемент, открытый в 1802 г. Его основной источник колумбит танталит. Твердый, но пластичный, тантал используется в виде проволоки, а также в электрических элементах, в … Научно-технический энциклопедический словарь

Тантал (хим.) — ТАНТАЛ (Tantalum), Ta, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 73, атомная масса 180,9479; металл, tпл 3014°C. Используют в химическом машиностроении, медицине для костного протезирования (биосовместимый материал) и др.… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Читайте также: