Tantal, njegova svojstva i legure. Fizička svojstva Gdje se nalazi tantal?

Tantal je hemijski element sa nuklearnim nabojem od 73, u normalnim uslovima je sivi metal.

Pojava tantala u prirodi

U prirodi se javlja u obliku dva izotopa: stabilnog 181 Ta (99,9877%) i radioaktivnog sa vremenom poluraspada od 10 12 godina 180 Ta (0,0123%).

Poznato je oko 20 stvarnih minerala tantala - serija kolumbita - tantalit, vodginit, loparit, manganotantalit i drugi. i više od 60 minerala koji sadrže tantal. Svi su oni povezani s endogenim stvaranjem minerala. U mineralima se tantal uvijek nalazi zajedno s niobijem zbog sličnosti njihovih fizičkih i kemijskih svojstava. Tantal je tipičan element u tragovima, jer je izomorfan sa mnogim hemijskim elementima. Naslage tantala su ograničene na granitne pegmatite, karbonatite i alkalne slojevite intruzije.

• u zemljinoj kori 2,4 10 −4%
• u ultramafičnim stijenama 1·10−6%
• u osnovnim stenama 4,8·10 -5%
• u kiselim stenama 3,5·10−4%
• u polukiselim stijenama 7·10 −4%

Fizička svojstva tantala

Ima visoku tačku topljenja (3015°C), boja u čistom obliku je sivo-čelična, gustine 16,6, uprkos tvrdoći je duktilna, poput zlata.

Na uobičajenim temperaturama, tantal je stabilan na zraku. Početak oksidacije se opaža kada se zagrije na 200 - 300°C. Iznad 500° dolazi do brze oksidacije sa stvaranjem Ta 2 O 5 oksida.

Tantal ima kubičnu rešetku usredsređenu na tijelo (a = 3,296 Å); atomski radijus 1,46 Å, jonski radijusi Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; gustina 16,6 g/cm 3 na 20 °C; t pl 2996 °C; Kip temperatura 5300 °C; specifični toplotni kapacitet na 0-100°C 0,142 kJ/(kg K); toplotna provodljivost na 20-100 °C 54,47 W/(m K). Temperaturni koeficijent linearne ekspanzije 8,0·10 -6 (20-1500 °C); specifična električna otpornost na 0 °C 13,2·10 -8 ohm·m, na 2000 °C 87·10 -8 ohm·m. Na 4,38 K postaje supravodič. Tantal je paramagnetski, specifične magnetne osetljivosti 0,849·10 -6 (18 °C). Čisti tantal je duktilni metal koji se može obraditi pritiskom na hladnom bez značajnog očvršćavanja. Može se deformirati sa stopom redukcije od 99% bez srednjeg žarenja. Prijelaz tantala iz duktilnog u krto stanje nakon hlađenja na -196 °C nije otkriven. Modul elastičnosti tantala je 190 H/m 2 (190·10 2 kgf/mm 2) na 25 °C. Vlačna čvrstoća žarenog tantala visoke čistoće je 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) na 27 °C i 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) na 490 °C; relativno izduženje 36% (27 °C) i 20% (490 °C). Brinellova tvrdoća čistog rekristalizovanog tantala je 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Svojstva tantala uvelike zavise od njegove čistoće; nečistoće vodonika, dušika, kisika i ugljika čine metal krhkim.

Hemijska svojstva tantala

U normalnim uslovima, tantal je neaktivan na vazduhu, oksidira samo na temperaturama iznad 280 °C, prekrivajući se zaštitnim filmom od Ta 2 O 5; Reaguje sa halogenima na temperaturama iznad 250 °C. Kada se zagreje, reaguje sa C, B, Si, P, Se, Te, H 2 O, CO, CO 2, NO, HCl, H 2 S.

Hemijski čisti tantal je izuzetno otporan na tekuće alkalne metale, većinu neorganskih i organskih kiselina, kao i na mnoge druge agresivne sredine (sa izuzetkom rastopljenih alkalija).

U smislu hemijske otpornosti na reagense, tantal je sličan staklu. Tantal je nerastvorljiv u kiselinama i njihove mješavine ga ne otapaju. Rastvorljiv samo u mješavini fluorovodonične i dušične kiseline. Reakcija s fluorovodoničnom kiselinom događa se samo s metalnom prašinom i praćena je eksplozijom. Vrlo je otporan na djelovanje sumporne kiseline bilo koje koncentracije i temperature, stabilan u deoksigeniranim rastopljenim alkalnim metalima i njihovim pregrijanim parama - (litijum, natrijum, kalijum, rubidijum, cezijum-133).

Karakteristično svojstvo tantala je njegova sposobnost da apsorbuje gasove: vodonik, azot i kiseonik. Male nečistoće ovih elemenata uvelike utiču na mehanička i električna svojstva metala. Na niskim temperaturama vodonik se apsorbuje sporo na temperaturi od približno 500°C, vodonik se apsorbuje maksimalnom brzinom, a ne samo da se adsorpcija, već i formiraju hemijska jedinjenja - hidridi (TaH). Apsorbovani vodonik čini metal krhkim, ali kada se zagreje u vakuumu iznad 600°C, oslobađa se skoro sav vodonik i vraćaju se prethodna mehanička svojstva.

Tantal apsorbira dušik već na 600°C na višoj temperaturi nastaje nitrid TaN, koji se topi na 3087°C.

Ugljik i plinovi koji sadrže ugljik (CH 4, CO) na visokim temperaturama od 1200 - 1400 °C stupaju u interakciju s metalom i formiraju čvrsti i vatrostalni karbid TaC (topi se na 3880 °C).

Sa borom i silicijumom tantal formira vatrostalni i čvrsti borid i silicid: TaB 2 (topi se na 3000°C) i NaSi 2 (topi se na 3500°C).

Tantal je otporan na djelovanje hlorovodonične, sumporne, azotne, fosforne i organske kiseline bilo koje koncentracije na hladnoći i na 100 - 150°C. Tantal je bolji od niobija u svojoj otpornosti na vruću hlorovodoničnu i sumpornu kiselinu. Tantal se rastvara u fluorovodoničnoj kiselini i posebno intenzivno u mešavini fluorovodonične i azotne kiseline.

Tantal je manje stabilan u alkalijama. Vruće otopine kaustičnih lužina primjetno korodiraju metal u rastopljenim lužinama i soda brzo oksidira i formira natrijevu sol tantalne kiseline.

Dobivanje tantala

Glavne sirovine za proizvodnju tantala i njegovih legura su koncentrati tantalita i loparita koji sadrže oko 8% Ta 2 O 5, 60% ili više Nb 2 O 5. Koncentrati se razlažu kiselinama ili alkalijama, dok se loparitni koncentrati hlorišu. Odvajanje Ta i Nb se vrši ekstrakcijom. Metalni tantal se obično dobija redukcijom Ta 2 O 5 ugljenikom ili elektrohemijski iz taline. Kompaktni metal se proizvodi vakuumskim lukom, topljenjem plazme ili metalurgijom praha.

Najveće svjetsko nalazište rude tantala, Greenbushes, nalazi se u Australiji u državi Zapadna Australija, 250 km južno od Pertha.

Maseni udio nečistoća u tantalu u % ne više od
Nb (niobijum) 0,05	O (kiseonik) 0,01	Na (natrijum) 0,0002	Mn (mangan) 0,0001	Sn (kalaj) 0,0001
Fe (gvožđe) 0,0015	N (azot) 0,01	Mg (magnezijum) 0,0002	Co (kobalt) 0,0001	Cr (hrom) 0,0005
Ti (titanijum) 0,0005	C (ugljik) 0,005	Al (aluminij) 0,0005	Ni (nikl) 0,0003	Zr (cirkonijum) 0,0005
Si (silicijum) 0,0015	H (vodonik) 0,0005	Ca (kalcijum) 0,001	Cu (bakar) 0,0005	W (volfram) 0,01

Primjena tantala

Prvobitno se koristio za pravljenje žice za žarulje sa žarnom niti.

Tantal je prvi put korišten 1900-1903. za proizvodnju žarnih niti u električnim lampama, ali je kasnije, 1909. - 1910., zamijenjen volframom.

Široka upotreba tantala bila je povezana s razvojem elektrovakuumske tehnologije, koja je uključivala proizvodnju radiotehnike, radarske i rendgenske opreme.

Tantal ima kombinaciju vrijednih svojstava (visoku tačku topljenja, visoku emisivnost i sposobnost apsorpcije plinova) koja ga omogućuju korištenje za proizvodnju dijelova za električnu vakuumsku opremu. Sposobnost apsorpcije plinova koristi se za održavanje dubokog vakuuma u radio cijevima i drugim električnim vakuumskim uređajima.

Tantalni limovi i šipke se koriste za izradu “vrućih spojeva” (zagrijanih dijelova) - anoda, rešetki, indirektno grijanih katoda i drugih dijelova elektronskih lampi, posebno snažnih generatorskih lampi.

Osim čistih metala, u iste se svrhe koriste i legure tantalon-bijum.

U kasnim 50-im i ranim 60-im, upotreba tantala za proizvodnju elektrolitskih kondenzatora i strujnih ispravljača postala je važna. Ovdje se koristi sposobnost tantala da formira stabilan oksidni film tokom anodne oksidacije. Oksidni film je stabilan u kiselim elektrolitima i propušta struju samo u smjeru od elektrolita do metala. Električna otpornost filma Ta 2 O 5 u smjeru koji ne provodi struju je vrlo visoka (7,5 - 10 12 ohm. cm), dielektrična konstanta filma je 11,6.

Tantalski kondenzatori sa čvrstim elektrolitom odlikuju se velikim kapacitetom s malim veličinama, visokim otporom izolacije (2 - 3 puta veći od aluminijskih kondenzatora) i otpornošću filma. Pozitivna ploča ovih kondenzatora izrađena je u obliku tablete, presovana od tantalovog praha i sinterovana u neutralnom okruženju na visokoj temperaturi. Efektivna površina takve porozne tablete je 50 - 100 puta veća od geometrijske, što omogućava da se dobiju vrlo male ukupne dimenzije kondenzatora sa relativno velikim kapacitetom. Pozitivna ploča je postavljena u kućište napunjeno elektrolitom, koje služi kao negativna ploča spojena na kućište. Kondenzatori tipa ETO su se proizvodili u četiri tipa: ETO-1 (ETO-S), ETO-2, ETO-3, ETO-4. Kondenzatori tipa ETO-1, namenjeni za upotrebu u opremi za posebno kritične svrhe, imaju oznaku ETO-S. Postoje i kondenzatori tipa ET i ETN: elektrolitski tantal i elektrolitski tantal nepolarni. Kondenzatori se mogu koristiti u širokom temperaturnom rasponu od -80 do +200°C. Tantalski kondenzatori se široko koriste u radio stanicama, različitoj vojnoj opremi i drugim uređajima.

Otpornost tantala na koroziju u kiselinama i drugim sredinama, u kombinaciji sa visokom toplotnom provodljivošću i duktilnošću, čini ga vrednim strukturnim materijalom za opremu u hemijskoj i metalurškoj industriji. Tantal služi kao materijal za predenje (umjesto platine) za formiranje vlakana u proizvodnji rajona.

Tantal je sastavni dio raznih legura otpornih na toplinu za plinske turbine mlaznih motora. Legiranje molibdena, titana, cirkonijuma, aluminijuma i bakra sa tantalom dramatično poboljšava svojstva ovih metala, kao i njihovih legura.

Tantal karbidi su uključeni u neke razrede kermet karbida na bazi volframovog karbida koji se koriste za rezanje čelika. Tantal se koristi kao legirajući aditiv u čelicima. Tantal je također uključen u različite čelike otporne na toplinu (na primjer, za plinske turbine), kao i u alatne i magnetne čelike.

Tantal u obliku žice i limova koristi se u medicini - u kostnoj i plastičnoj hirurgiji (lijepljenje kostiju, "zakrpe" za oštećenje lubanje, šivanje itd.). Metal uopće ne iritira živo tkivo i ne šteti vitalnim funkcijama tijela.

U organskoj sintezi, neka jedinjenja tantala (kompleksne soli fluorida, oksidi) koriste se kao katalizatori.

Danas se tantal i njegove legure koriste za izradu:

• legure otporne na toplinu i koroziju;
• oprema otporna na koroziju za hemijsku industriju, kalupi, laboratorijsko stakleno posuđe i lončići za proizvodnju, topljenje i livenje retkozemnih elemenata, kao i itrijuma i skandijuma;
• izmjenjivači topline za nuklearne energetske sisteme (tantal je najstabilniji od svih metala u pregrijanim talinama i parama cezijuma-133);
• u hirurgiji se listovi, folije i žice od tantala koriste za učvršćivanje tkiva, živaca, šivanje, izradu proteza koje zamjenjuju oštećene dijelove kostiju (zbog biološke kompatibilnosti);
• tantal karbid (tačka topljenja 3880 °C) koristi se u proizvodnji tvrdih legura (mešavine volframa i tantal karbida - razreda sa TT indeksom, za najteže uslove obrade metala i rotacionog udarnog bušenja najjačih materijala (kamen, kompoziti) );
• u proizvodnji municije, tantal se koristi za proizvodnju metalne obloge obećavajućih oblikovanih punjenja koja poboljšavaju prodor oklopa;
• tantal i niobijum se koriste za proizvodnju elektrolitičkih kondenzatora sa visokim specifičnim kapacitetom (ali tantal omogućava proizvodnju kondenzatora većeg kvaliteta);
• tantal se posljednjih godina koristi kao metal za nakit zbog svoje sposobnosti da formira izdržljive oksidne filmove bilo koje boje na površini;
• tantal-182 se koristi u nuklearno-fizičkim laboratorijama Ministarstva unutrašnjih poslova.
• Nuklearni izomer tantal-180m2, koji se akumulira u konstrukcijskim materijalima nuklearnih reaktora, može, uz hafnij-178m2, poslužiti kao izvor gama zraka i energije u razvoju oružja i specijalnih vozila.

Tantal berilid je izuzetno tvrd i otporan na oksidaciju u vazduhu do 1650 °C, a koristi se u vazduhoplovstvu.

Tantal pentoksid se koristi u nuklearnoj tehnologiji za topljenje stakla koje apsorbira gama zračenje. Jedan od najčešće korišćenih sastava takvog stakla je: silicijum dioksid - 2%, olovni monoksid (lagani) - 82%, bor oksid - 14%, tantal pentoksid - 2%.

TANTAL (hemijski element) TANTAL (hemijski element)

TANTAL (lat. Tantalum, po mitskom Tantalu (cm. TANTAL (u mitologiji))), Ta (čitaj "tantal"), hemijski element sa atomskim brojem 73, atomska masa 180,9479. Prirodni tantal sastoji se od stabilnog izotopa 181 Ta (99,988% po masi) i radioaktivnog 180 Ta (0,0123%, T 1/2 10 13 godina). Konfiguracija dva vanjska elektronska sloja 5 s 2 str 6 d 3 6s 2 . Oksidacijsko stanje +5, rjeđe +4, +3, +2 (valencija V, IV, III i II). Nalazi se u grupi VB, u 6. periodu periodnog sistema elemenata.
Atomski radijus 0,146 nm, radijus jona Ta 5+ (koordinacioni broj 6) - 0,078 nm, Ta 4+ - 0,082 nm, Ta 3+ jona - 0,086 nm. Sekvencijalne energije jonizacije 7,89, 16,2 eV. Radna funkcija elektrona je 4,12 eV. Elektronegativnost prema Paulingu (cm. PAULING Linus) 1,5.
Istorija otkrića
Otkrio ga je 1802. švedski hemičar A. Ekeberg (cm. ECKEBERG Anders Gustav). Do 1844. tantal se smatrao varijantom kolumbijuma, kada je nemački hemičar G. Rose (cm. ROSE (njemački naučnici, braća)) ustanovili da je riječ o dva različita elementa sa sličnim svojstvima.
Metal tantal je prvi put nabavio 1903-1905 V. von Bolton.
Biti u prirodi
Sadržaj u zemljinoj kori iznosi 2,5·10 -4% po težini. Ne nalazi se u slobodnoj formi, obično prati niobij. Dio minerala: tantalit-kolumbit i piroklor. Kako se kasiterit nalazi kao nečistoća? (cm. KASITERIT).
Potvrda
Industrijska proizvodnja tantala počinje obogaćivanjem sirovina. Pripremljeni koncentrati tantalita (kolumbita) sa ukupnim sadržajem Ta 2 O 5 i Nb 2 O 5 do 50% se zatim otapaju u fluorovodoničnoj kiselini i zatim se dobijaju fluorotantalat K 2 TaF 7 i fluoroniobat K 2 NbF 7 soli se zatim odvajaju ponovljenom frakcionom kristalizacijom. U posljednje vrijeme ekstrakcija se sve više koristi za razdvajanje niobija i tantala.
Za dobijanje metala iz K 2 TaF 7 koristi se natrijumova termija:
K 2 TaF 7 +5Na=Ta+2KF+5NaF.
Dobijeni tantal u prahu se zatim sinteruje u vakuumu u pećima na električni luk ili elektronski snop.
Fizička i hemijska svojstva
Sjajni srebrno sivi metal, sa kubičnom rešetkom a-Fe tipa a-Fe ( A=0,3296 nm). Tačka topljenja 3014°C, tačka ključanja 5500°C, gustina 16,60 kg/dm3. Odlikuje ga visoka hemijska inertnost, teški metal. Ne reaguje sa kiseonikom na sobnoj temperaturi (cm. KISENIK), halogeni (cm. HALOGEN), kiseline (cm. KISELINE) i alkalije ( cm. ALKALI). Kiseonikom se oksidira samo na temperaturama iznad 300°C, stvarajući Ta 2 O 5 oksid.
Kada se Ta 2 O 5 spoji sa raznim oksidima, dobijaju se tantalati - soli hipotetičkog meta-HTaO 3, orto-H 3 TaO 4 i politantalne kiseline H 2 O X Ta 2 O 5 .
Osim Ta 2 O 5 oksida, tantal također stvara TaO 2 dioksid.
Kada se zagrije, tantal formira pentahalide TaHal 5 sa halogenima. Redukcija TaHal 5 (Hal=Cl, Br ili I) proizvodi TaHal 4 tetrahalide. Tantal pentahalidi (osim pentafluorida) se lako hidroliziraju vodom. Već na temperaturama iznad 200-250°C ovi pentahalidi sublimiraju.
U prisustvu vodene pare i kiseonika, TaCl 5 formira oksihlorid TaOCl 3.
U interakciji sa grafitom formira karbide Ta 2 C i TaC - čvrsta, hemijski otporna jedinjenja koja su veoma otporna na toplotu. Tl - C sistem ima tri faze varijabilnog sastava. Tantal se slično ponaša u sistemima sa fosforom, azotom i arsenom. Kada tantal stupi u interakciju sa sumporom, sintetiziraju se sulfidi: TaS 2 i TaS 3.
Aplikacija
Tantal se koristi za izradu izmjenjivača topline, grijača i lonaca za vakuumsko topljenje metala. Koristi se u proizvodnji elektrolitskih kondenzatora i kritičnih dijelova elektroničkih uređaja.
Zbog dobre biokompatibilnosti sa živim ljudskim tkivima, koristi se za koštanu protetiku. Od tantal nitrida TaN moguće je napraviti premaze otporne na habanje. Služi kao aditiv za legiranje nekim čelicima (cm.ČELIK). Litijum tantalat je dobar feroelektrik (cm. FEROELEKTRIKA).

enciklopedijski rječnik. 2009 .

Pogledajte šta je "TANTAL (hemijski element)" u drugim rječnicima:

Tantal (lat. Tantalum), Ta, hemijski element grupe V periodnog sistema Mendeljejeva; atomski broj 73, atomska masa 180.948; Metal je sive boje sa blago olovnom nijansom. U prirodi se nalazi u obliku dva izotopa: stabilan 181Ta...... Velika sovjetska enciklopedija

Tantal: Tantal je hemijski element. Tantal, kralj Sipila u Frigiji. Tantal je unuk starijeg Tantala. Fabrika DD "Tantal" u Saratovu. Tantal je jedna od rezidencija predsjednika Ruske Federacije na obalama rijeke Volge u... ... Wikipedia

- (latinski Tantalus, grčki Tantalos). U mitologiji: frigijski kralj, kojeg je Jupiter primio na stol bogova, ali zbog odavanja božanskih tajni u podzemlju, kažnjen činjenicom da voće visi iznad njega i voda mu dopire do brade, čim je... Rečnik stranih reči ruskog jezika

Tantal (element) hemijski element. Tantal (mitologija) kralj Sipila u Frigiji. Tantal (sin Broteja) (ili Tiest) unuk starijeg Tantala. Tvornica JSC "Tantal" u Saratovu ... Wikipedia

- (Tantal), Ta, hemijski element V grupe periodnog sistema, atomski broj 73, atomska masa 180,9479; metal, tačka topljenja 3014shC. Koristi se u hemijskom inženjerstvu, medicini za koštanu protetiku (biokompatibilni materijal) itd. Tantal...... Moderna enciklopedija

- (simbol Ta), rijedak, sjajan, plavkasto-sivi metal, hemijski element otkriven 1802. Njegov glavni izvor je kolumbit tantalit. Tvrd, ali duktilan, tantal se koristi u obliku žice, kao i u električnim komponentama,... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik

tantal (hemijski)- TANTAL, Ta, hemijski element V grupe periodnog sistema, atomski broj 73, atomska težina 180,9479; metal, tačka topljenja 3014°C. Koristi se u hemijskom inženjerstvu, medicini za koštanu protetiku (biokompatibilni materijal) itd...... Ilustrovani enciklopedijski rječnik

tantal- Ta Hemijski element; npr koristi se u proizvodnji nuklearnih reaktora, kao radioaktivni indikator, itd. [A.S. Englesko-ruski energetski rječnik. 2006] Teme energija uopšte Sinonimi Ta EN tantal... Vodič za tehnički prevodilac

73 Hafnij ← Tantal → Tungsten ... Wikipedia

A; m. [grč Tantalos] Hemijski element (Ta), tvrdi, vatrostalni metal čeličnosive boje (koristi se u medicini i tehnologiji). ◊ Mučenje Tantalusa. Mučenje izazvano razmišljanjem o željenom cilju i svešću o nemogućnosti njegovog postizanja. ● Heroj… … enciklopedijski rječnik

Tantal- svijetlo sivi metal sa blago plavičastom nijansom. U pogledu vatrostalnosti (tačka topljenja oko 3000°C), drugi je nakon volframa i renija. Visoka čvrstoća i tvrdoća u kombinaciji sa odličnim plastičnim karakteristikama. Čisti tantal je pogodan za razne mehaničke obrade, lako se štanca, prerađuje u najtanje limove (debljine oko 0,04 milimetara) i žicu.

Tantal ima kubičnu rešetku usredsređenu na tijelo (a = 3,296 Å); atomski radijus 1,46 Å, jonski radijusi Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; gustina 16,6 g/cm 3 na 20 °C; t pl 2996 °C; Kip temperatura 5300 °C; specifični toplotni kapacitet na 0-100°C 0,142 kJ/(kg K); toplotna provodljivost na 20-100 °C 54,47 W/(m K). Temperaturni koeficijent linearne ekspanzije 8,0·10 -6 (20-1500 °C); specifična električna otpornost na 0 °C 13,2·10 -8 ohm·m, na 2000 °C 87·10 -8 ohm·m.

Na 4,38 K postaje supravodič. Tantal je paramagnetski, specifične magnetne osetljivosti 0,849·10 -6 (18 °C). Čisti tantal je duktilni metal koji se može obraditi pritiskom na hladnom bez značajnog očvršćavanja. Može se deformirati sa stopom redukcije od 99% bez srednjeg žarenja. Prijelaz tantala iz duktilnog u krto stanje nakon hlađenja na -196 °C nije detektovan.

Modul elastičnosti tantala je 190 H/m 2 (190·10 2 kgf/mm 2) na 25 °C. Vlačna čvrstoća žarenog tantala visoke čistoće je 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) na 27 °C i 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) na 490 °C; relativno izduženje 36% (27 °C) i 20% (490 °C). Brinellova tvrdoća čistog rekristalizovanog tantala je 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Svojstva tantala uvelike zavise od njegove čistoće; nečistoće vodonika, dušika, kisika i ugljika čine metal krhkim.

Tantal. Hemijski element, simbol Ta (latinski Tantalum, engleski Tantalum, francuski Tantale, njemački Tantal). Ima serijski broj 73, atomska težina 180,948, gustina 16,60 g/cm 3, tačka topljenja 3015° C, tačka ključanja 5300°C.

Tantal je čelično-sivi metal sa blago plavičastom nijansom. Na uobičajenim temperaturama, tantal je stabilan na zraku. Početak oksidacije se uočava zagrevanjem do 200-300°C Iznad 500° dolazi do brze oksidacije i formiranja oksida Ta 2 O 5 .

Karakteristično svojstvo tantala je njegova sposobnost da apsorbuje gasove: vodonik, azot i kiseonik. Male nečistoće ovih elemenata uvelike utiču na mehanička i električna svojstva metala. Na niskim temperaturama vodonik se apsorbira sporo, na temperaturi od približno 500° Vodik se apsorbira maksimalnom brzinom, a ne samo da dolazi do adsorpcije, već se stvaraju i hemijska jedinjenja - hidridi (TaH). Apsorbirani vodonik čini metal krhkim, ali kada se zagrije u vakuumu, on je veći 600° Otpušta se skoro sav vodonik i istimehanička svojstva se obnavljaju.

Tantal apsorbuje azot već na 600° C, na višim temperaturama nastaje nitrid TaN , koji se topi na 3087° s.š.

Ugljik i plinovi koji sadrže ugljik (CH 4 , CO) na visokim temperaturama u 1200-1400° C stupa u interakciju s metalom i formira tvrdi i vatrostalni karbid TaC (topi se na 3880° C).

Sa borom i silicijumom, tantal formira vatrostalni i čvrsti borid i silicid: TaB 2 (topi se na 3000 °C) i NaSi 2 (topi se na 3500 °C).

Tantal je otporan na djelovanje hlorovodonična, sumporna, azotna , fosforne i organske kiseline bilo koje koncentracije na hladnom i na 100-150° C. Prema izdržljivosti na vrućem soli i sumpora tantal je superiorniji od kiselina niobij . Tantal se rastvara u fluorovodoničnoj kiselini i posebno je intenzivan u mješavini fluorovodonične kiseline i azotne kiseline.

Tantal je manje stabilan u alkalijama. Vruće otopine kaustičnih alkalija primjetno korodiraju metal u rastopljenim alkalijama i soda brzo oksidira i formira natrijevu sol tantalne kiseline.

Tantal je prvi put korišten u 1900-1903 gg. za proizvodnju žarnih niti u električnim svjetiljkama, ali kasnije, u 1909-1910 gg., zamijenjen je volfram

Široka upotreba tantala bila je povezana s razvojem elektrovakuumske tehnologije, koja je uključivala proizvodnju radiotehnike, radarske i rendgenske opreme.

Tantal ima kombinaciju vrijednih svojstava (visoku tačku topljenja, visoku emisivnost i sposobnost apsorpcije plinova) koja ga omogućuju korištenje za proizvodnju dijelova za električnu vakuumsku opremu. Sposobnost apsorpcije plinova koristi se za održavanje dubokog vakuuma u radio cijevima i drugim električnim vakuumskim uređajima.

Izrađuju se od tantalnih ploča i šipki« tople armature» (zagrijani dijelovi) - anode, rešetke, indirektno zagrijane katode i drugi dijelovi elektronskih cijevi, posebno snažnih generatorskih cijevi.

Osim čistih metala, u iste se svrhe koriste i legure tantalon-bijum.

Kasne 50-te - rane 60-te U 1980-im, upotreba tantala za proizvodnju elektrolitskih kondenzatora i strujnih ispravljača postala je važna. Ovdje se koristi sposobnost tantala da formira stabilan oksidni film tokom anodne oksidacije. Oksidni film je stabilan u kiselim elektrolitima i propušta struju samo u smjeru od elektrolita do metala. Specifična električna otpornost filma Ta 2 O 5 u smjeru koji ne provodi struju, vrlo visok ( 7, 5. 10 12 ohma. cm), dielektrična konstanta filma 11, 6.

Tantalski kondenzatori sa čvrstim elektrolitom odlikuju se velikim kapacitetom sa malim dimenzijama, visokim otporom izolacije (u 2-3 puta veća od aluminijski kondenzatori ), trajnost filma. Pozitivna ploča ovih kondenzatora izrađena je u obliku tablete, presovana od tantalovog praha i sinterovana u neutralnom okruženju na visokoj temperaturi. Efikasna površina takve porozne tablete je 50-100 puta veći od geometrijskog, što omogućava da se dobiju vrlo male ukupne dimenzije kondenzatora sa relativno velikim kapacitetom. Pozitivna ploča je postavljena u kućište napunjeno elektrolitom, koje služi kao negativna ploča spojena na kućište. Kondenzatori tipa ETO proizvodili su se u četiri tipa: ETO- 1 (OVO-C), OVO- 2, OVO- 3, OVO- 4. Kondenzatori tipa ETO- 1, namijenjeni za upotrebu u posebno kritičnoj opremi označeni su ETO-S. Postoje i kondenzatori tipa ET i ETN: elektrolitski tantal i elektrolitski tantal nepolarni. Kondenzatori se mogu koristiti u širokom temperaturnom rasponu od - 80 do +200° C. Tantalni kondenzatori se široko koriste u radio stanicama, raznoj vojnoj opremi i drugim uređajima.

Otpornost tantala na koroziju u kiselinama i drugim sredinama, u kombinaciji sa visokom toplotnom provodljivošću i duktilnošću, čini ga vrednim strukturnim materijalom za opremu u hemijskoj i metalurškoj industriji. Tantal služi kao materijal za kalupe (umjesto platina ) za formiranje vlakana u proizvodnji rajona.

Tantal je sastavni dio raznih legura otpornih na toplinu za plinske turbine mlaznih motora. Legiranje tantala molibden, titanijum,

Tantal u obliku žice i limova koristi se u medicini - u koštanoj i plastičnoj hirurgiji (vezivanje,"zakrpe" u slučaju oštećenja lobanje, šivanja i sl.). Metal uopće ne iritira živo tkivo i ne šteti vitalnim funkcijama tijela.

U organskoj sintezi, neka jedinjenja tantala (kompleksne soli fluorida, oksidi) koriste se kao katalizatori.

Pametan metal. Ovaj termin se u poslovnom svetu pojavio sredinom 20. veka. Pametni metali su korišteni kao materijali visoke tehnologije koji se koriste u elektronici i robotici. Tantal je postao jedan od ovih metala visoke tehnologije. Danas je neraskidivo povezan sa konceptima kao što su satelitske komunikacije, sistemi na vozilu i telekomunikaciona oprema.

Šta je tantal? Istorijske činjenice

Tantal je prvi otkrio 1802. godine švedski naučnik A.G. Ekeberg u sastavu dva minerala pronađena u Švedskoj i Finskoj. Oksid ovog elementa bio je vrlo stabilan, pa čak ni velika količina kiseline nije mogla uništiti njegovu strukturu. Naučnik je stvorio utisak da metal ne može biti zasićen kiselinom. Ekeberg se prisjetio legende o kralju Tantalu, koji je bio Zevsov sin i zbog kazne nije mogao utažiti glad i žeđ. Njegova patnja se zvala mučenje tantalom.

Isto tako, naučnik, ma koliko se trudio, nije mogao da izoluje čisti metal od oksida, pa je svoj rad uporedio sa tantalovim brašnom. On je hemijskom elementu dao ime tantal, a mineral koji je sadržavao ovaj metal nazvao je tantalitom. Tek 1903. Nijemac Bolton V. je dobio duktilni metal tantal u njegovom čistom obliku. Njegova industrijska proizvodnja počela je tek 1922. godine. Prvi primjer industrijske proizvodnje tantala bio je samo veličine glave šibice. Sjedinjene Države su ga prve proizvele, a 1942. godine pokrenuta je fabrika za proizvodnju ovog metala.

Fizička svojstva tantala

Šta je tantal? srebrno-bijele boje. Izdržljivi oksidni film na njemu daje izgled sličan olovu. Metal ima veliku čvrstoću i tvrdoću i istovremeno duktilnost. Po svojoj duktilnosti se poredi sa zlatom.

U svom čistom obliku, savršeno je podložan mehaničkoj obradi. Lako se štanca i razvaljuje u vrlo tanak sloj do 0,04 mm. Proizvodi visokokvalitetnu žicu. Tantal, šta je to? To je vatrostalni metal, čija je tačka topljenja približno 3000 stepeni. Po ovom svojstvu ga nadmašuju samo volfram i renijum. Jedna od njegovih specifičnih osobina je visoka toplotna provodljivost. Čak ni oksidni film koji se formira na njemu ne smanjuje ovo svojstvo.

Hemijska svojstva

Mnoge organske i anorganske kiseline - perhlorna, sumporna, hlorovodonična, azotna i drugi agresivni mediji - ne izazivaju koroziju tantala. Metal oksidira kada se zagrije od 200 do 300 stupnjeva, a ispod oksidnog filma formira se sloj zasićen plinom. Slaba hemijska svojstva tantala ne dozvoljavaju mu da se rastvori čak ni u kraljevskoj vodi, koja topi platinu i zlato.

U praksi je dokazano da su nerđajući čelici manje otporni tokom rada, a delovi od njih traju znatno kraće od proizvoda od tantala. Od svih postojećih kiselina, samo fluorovodonična kiselina može rastvoriti ovaj metal.

Legure

Tantalova jaka otpornost na kiseline omogućava da se koristi kao dodatak raznim legurama koje se koriste u proizvodnji metalnih konstrukcija. Za proizvodnju valjanih proizvoda - žica, trake, limovi, cijevi - koristi se legura tantala i hafnija. volfram i tantal se koriste za izradu reznih pločica za različite namjene. Takve legure karakteriziraju:

• visoka čvrstoća;
• povećana tvrdoća;
• ne oksidiraju;
• imaju visoku otpornost na abraziju;
• otporni su na habanje;
• imaju značajan viskozitet;
• pružaju odličnu snagu reznoj ivici alata.

Tantal-volfram legura, koja sadrži 7% volframa, može izdržati temperature do 1900 stepeni. Pobuđuje veliko interesovanje stručnjaka. A mlaznice za raketne motore su napravljene od legure tantala sa 10% volframa. U svemirskoj tehnologiji koriste se materijali koji imaju dobar toplinski kapacitet ili vatrostalnost, pa se legure tantala naširoko koriste za njegovu proizvodnju.

Uloga otpada

Otpad tantala čini značajan udio, do 30% tržišnih zaliha, u ukupnoj količini. Većina metala dolazi iz otpadnih kondenzatora. Stoga je njegova ponuda direktno ovisna o djelatnosti u elektronskoj industriji.

A to je, zauzvrat, određeno globalnim ekonomskim uslovima. Drugi izvori otpada su istrošeni karbidi. Otpadne legure, čiji je glavni element nikal, takođe sadrže tantal. U budućnosti će otpad potrošača biti važan izvor ovog metala.

Upotreba tantala

Sam metal i njegove legure se široko koriste u industriji. Koristi se za izradu:

• suhi elektrolitski kondenzatori;
• Grijači za vakuumske peći;
• katode za indirektno grijanje;
• antikorozivna oprema;
• nuklearni reaktori;
• supravodiči;
• municija sa povećanom sposobnošću prodora;
• masovni standardi koji imaju visoku tačnost;
• rezni alati visoke izdržljivosti.

Visoka otpornost metala na koroziju pomaže produžiti vijek trajanja tantalskih kondenzatora u elektronskim sistemima do 12 godina.

Industrija nakita koristi ovaj metal za izradu kućišta i narukvica za satove umjesto platine. Tantal proizvodi se također koriste u medicinskoj industriji. Ljudski organizam ga ne odbacuje, pa se koristi za proizvodnju:

• ploče za lobanje i trbušnu šupljinu;
• spajalice za papir, koje se koriste za spajanje posuda;
• debele niti koje zamjenjuju tetive;
• tanke niti za šivanje nervnih vlakana.

GOST metal

Postoji nekoliko metoda za uspostavljanje GOST standarda za tantal i njegov oksid, na primjer, fotometrijski i spektralni.

Spektralnom metodom (GOST 18904.8) utvrđuje se sadržaj nečistoća kalcija, volframa, bakra, kobalta, natrijuma i molibdena u tantalu i njegovom oksidu. Rezultat analize je aritmetička sredina dobijena iz 2 određivanja različitih uzoraka.

Fotometrijska metoda (GOST 18904.1) određuje sadržaj masenog udjela volframa i molibdena u tantalu i oksidu. U ovom slučaju, rezultat analize se izračunava kao aritmetička sredina 3 određivanja, koja se vrše iz zasebnih uzoraka.

Nalazišta tantala i rudarstvo

Šta je tantal? Ovo je vrlo rijedak metal. U svom čistom obliku praktički se ne opaža. Može se naći u mineralima iu obliku vlastitih spojeva. U mineralima se uvijek nalazi zajedno s niobijem, koji je po svojstvima vrlo sličan tantalu. Ležišta jedinjenja i minerala tantala nalaze se u mnogim zemljama širom sveta.

Najveći se nalazi u Francuskoj. Rezerve ovog metala su velike u Kini i Tajlandu. U zemljama ZND depoziti su mnogo manji. Godišnje se u svijetu proizvede oko 420 tona tantala. Glavni pogoni koji prerađuju metal nalaze se u Njemačkoj i SAD-u. Zbog naglog razvoja elektronike, u kojoj upotreba tantala nije najmanje važna, dolazi do nestašice ovog rijetkog metala, što dovodi do potrage za novim nalazištima.

Cijene tantala

Najveći dio tantala, a to je do 60%, troši se njegovom upotrebom oko 20%. Cijene za ovaj rijetki metal mogu se brzo promijeniti. Potražnja za njim ili se oporavlja ili ponovo pada. Analitičari predviđaju da će ponuda i potražnja u narednim godinama fluktuirati, uglavnom u zavisnosti od ekonomskih faktora.

Približna cijena tantala po 1 kg u rubljama na ruskom tržištu je:

• tabak - 65.660;
• u štapovima - 73.030;
• žica - 73.700.

Izgledi

Sve više ljudi počinje da koristi ovaj pametni metal u medicinskoj industriji za potrebe rekonstruktivne hirurgije. Koristi se za izradu implantata. Tantalna pređa se koristi za zamjenu mišićnog tkiva, žica se koristi za učvršćivanje kostiju, a niti se koriste za šivanje. Zbog većeg preopremanja svjetskih aviokompanija za potrebe zrakoplovne industrije nastavit će rasti. Legure u vazduhoplovnoj industriji koriste se za motore aviona. Osim toga, tantal se i dalje aktivno koristi za proizvodnju računarske opreme: procesora, štampača.

Ne smanjuje se ni potražnja za ovim metalom u hemijskoj industriji. Široko se koristi za proizvodnju klora, vodikovog peroksida i mnogih kiselina. Hemijsko inženjerstvo ga naširoko koristi u proizvodnji opreme u kontaktu s agresivnim sredinama. Metalurška industrija ostaje najozbiljniji potrošač legura tantala. Potražnja za njim raste iu nuklearnoj energiji, gdje se uglavnom koristi toplinska provodljivost u kombinaciji sa duktilnošću i tvrdoćom tantala.