Tantaali, sen ominaisuudet ja seokset. Fysikaaliset ominaisuudet Mistä tantaalia löytyy?

Tantaali on kemiallinen alkuaine, jonka ydinvaraus on 73, normaaliolosuhteissa se on harmaa metalli.

Tantaalin esiintyminen luonnossa

Sitä esiintyy luonnossa kahden isotoopin muodossa: stabiili 181 Ta (99,9877 %) ja radioaktiivinen puoliintumisaika 10 12 vuotta 180 Ta (0,0123 %).

Varsinaisia ​​tantaalimineraaleja tunnetaan noin 20 - kolumbiittisarja - tantaliitti, wodginiitti, lopariitti, manganotantaliitti ja muut. ja yli 60 tantaalia sisältävää mineraalia. Kaikki ne liittyvät endogeeniseen mineraalien muodostumiseen. Mineraaleissa tantaalia löytyy aina yhdessä niobin kanssa niiden fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien samankaltaisuuden vuoksi. Tantaali on tyypillisesti hivenaine, koska se on isomorfinen monien kemiallisten alkuaineiden kanssa. Tantaaliesiintymät rajoittuvat graniittisiin pegmatiitteihin, karbonatiitteihin ja emäksisiin kerrostumiin.

• maankuoressa 2,4 10 −4 %
• ultramafisissa kivissä 1,10-6 %
• peruskivissä 4,8·10 −5 %
• happamissa kivissä 3,5 10 −4 %
• puolihappamissa kivissä 7,10 −4 %

Tantaalin fysikaaliset ominaisuudet

Sillä on korkea sulamispiste (3015°C), väri puhtaassa muodossaan on harmaata terästä, tiheys 16,6, kovuudestaan ​​huolimatta se on sitkeä, kuten kulta.

Tavallisissa lämpötiloissa tantaali on stabiili ilmassa. Hapettumisen alkaminen havaitaan kuumennettaessa 200 - 300 °C:seen. Yli 500°:ssa tapahtuu nopeaa hapettumista, jolloin muodostuu Ta 2O 5 -oksidia.

Tantaalilla on vartalokeskeinen kuutiohila (a = 3,296 Å); atomisäde 1,46 Å, ionisäteet Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; tiheys 16,6 g/cm3 20 °C:ssa; tpl 2996 °C; Kipin lämpötila 5300 °C; ominaislämpökapasiteetti 0-100°C:ssa 0,142 kJ/(kg K); lämmönjohtavuus 20-100 °C:ssa 54,47 W/(m K). Lineaarilaajenemisen lämpötilakerroin 8,0·10 -6 (20-1500 °C); ominaisvastus 0 °C:ssa 13,2·10 -8 ohm·m, lämpötilassa 2000 °С 87·10 -8 ohm·m. 4,38 K:ssa siitä tulee suprajohde. Tantaali on paramagneettinen, spesifinen magneettinen susceptibiliteetti 0,849·10 -6 (18 °C). Puhdas tantaali on sitkeä metalli, jota voidaan käsitellä paineella kylmässä ilman merkittävää kovettumista. Se voidaan muuttaa muotoaan 99 %:n pelkistysnopeudella ilman välihehkutusta. Tantaalin siirtymistä sitkeästä hauraaseen tilaan jäähdytettäessä -196 °C:seen ei havaittu. Tantaalin kimmomoduuli on 190 H/m 2 (190·10 2 kgf/mm 2) 25 °C:ssa. Hehkutetun erittäin puhtaan tantaalin vetolujuus on 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) 27 °C:ssa ja 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) 490 °C:ssa; suhteellinen venymä 36 % (27 °C) ja 20 % (490 °C). Puhtaan uudelleenkiteytetyn tantaalin Brinell-kovuus on 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Tantaalin ominaisuudet riippuvat suurelta osin sen puhtaudesta; vedyn, typen, hapen ja hiilen epäpuhtaudet tekevät metallista hauraita.

Tantaalin kemialliset ominaisuudet

Normaaleissa olosuhteissa tantaali ei ole aktiivinen ilmassa, se hapettuu vain yli 280 °C:n lämpötiloissa, jolloin se peittyy Ta 2 O 5 -suojakalvolla; Reagoi halogeenien kanssa yli 250 °C lämpötiloissa. Kuumennettaessa se reagoi C:n, B:n, Si:n, P:n, Se:n, Te:n, H2O:n, CO:n, CO 2:n, NO:n, HCl:n, H2S:n kanssa.

Kemiallisesti puhdas tantaali kestää poikkeuksellisen nestemäisiä alkalimetalleja, useimpia epäorgaanisia ja orgaanisia happoja sekä monia muita aggressiivisia ympäristöjä (poikkeuksena sulat alkalit).

Reagenssien kemiallisen kestävyyden suhteen tantaali on samanlainen kuin lasi. Tantaali ei liukene happoihin ja niiden seoksiin edes vesi ei liukene. Liukenee vain fluorivety- ja typpihapon seokseen. Reaktio fluorivetyhapon kanssa tapahtuu vain metallipölyn kanssa ja siihen liittyy räjähdys. Se on erittäin kestävä minkä tahansa pitoisuuden ja lämpötilan rikkihapon vaikutuksille, stabiili dehapetetuissa sulaissa alkalimetalleissa ja niiden tulistettuissa höyryissä (litium, natrium, kalium, rubidium, cesium-133).

Tantaalille ominaista ominaisuus on sen kyky absorboida kaasuja: vetyä, typpeä ja happea. Näiden elementtien pienet epäpuhtaudet vaikuttavat suuresti metallin mekaanisiin ja sähköisiin ominaisuuksiin. Matalissa lämpötiloissa vety imeytyy hitaasti noin 500 °C:n lämpötilassa, vety imeytyy suurimmalla nopeudella, ja adsorptio ei tapahdu, vaan muodostuu myös kemiallisia yhdisteitä - hydridejä (TaH). Imeytynyt vety tekee metallista hauras, mutta tyhjiössä yli 600°C kuumennettaessa lähes kaikki vety vapautuu ja aiemmat mekaaniset ominaisuudet palautuvat.

Tantaali absorboi typpeä jo 600°C:ssa korkeammassa lämpötilassa, muodostuu nitridiä TaN, joka sulaa 3087°C:ssa.

Hiiltä ja hiiltä sisältävät kaasut (CH 4, CO) ovat vuorovaikutuksessa metallin kanssa korkeissa lämpötiloissa 1200 - 1400 °C muodostaen kiinteää ja tulenkestävää karbidia TaC (sulaa 3880 °C:ssa).

Boorin ja piin kanssa tantaali muodostaa tulenkestävän ja kiinteän boridin ja silisidin: TaB2 (sulaa 3000°C:ssa) ja NaSi2 (sulaa 3500°C).

Tantaali kestää minkä tahansa pitoisuuden suola-, rikki-, typpi-, fosfori- ja orgaanisten happojen vaikutusta kylmässä ja 100 - 150°C:ssa. Tantaali on niobiumia parempi kestävyydeltään kuumia suola- ja rikkihappoja vastaan. Tantaali liukenee fluorivetyhappoon ja on erityisen intensiivinen fluorivety- ja typpihapon seoksessa.

Tantaali on vähemmän stabiili alkaleissa. Kuumat emäksiset liuokset syövyttävät metallia sulassa emäksessä ja soodassa, ja se hapettuu nopeasti muodostaen tantaalihapon natriumsuolaa.

Tantaalin saaminen

Tantaalin ja sen seosten valmistuksen pääraaka-aineet ovat tantaliitti- ja lopariittirikasteet, jotka sisältävät noin 8 % Ta 2 O 5, 60 % tai enemmän Nb 2 O 5 . Konsentraatit hajotetaan hapoilla tai emäksillä, kun taas lopariittikonsentraatit kloorataan. Ta:n ja Nb:n erotus suoritetaan uuttamalla. Metallista tantaalia saadaan tavallisesti pelkistämällä Ta205 hiilellä tai sähkökemiallisesti sulatuksista. Kompakti metalli valmistetaan tyhjiökaarilla, plasmasulattamalla tai jauhemetallurgialla.

Maailman suurin tantaalimalmiesiintymä, Greenbushes, sijaitsee Australiassa Länsi-Australian osavaltiossa, 250 km Perthistä etelään.

Tantaalin epäpuhtauksien massaosuus prosentteina enintään
Nb (niobium) 0,05	O (happi) 0,01	Na (natrium) 0,0002	Mn (mangaani) 0,0001	Sn (tina) 0,0001
Fe (rauta) 0,0015	N (typpi) 0,01	Mg (magnesium) 0,0002	Co (koboltti) 0,0001	Cr (kromi) 0,0005
Ti (titaani) 0,0005	C (hiili) 0,005	Al (alumiini) 0,0005	Ni (nikkeli) 0,0003	Zr (zirkonium) 0,0005
Si (pii) 0,0015	H (vety) 0,0005	Ca (kalsium) 0,001	Cu (kupari) 0,0005	W (volframi) 0,01

Tantaalin sovellukset

Käytettiin alun perin hehkulamppujen lankojen valmistukseen.

Tantaalia käytettiin ensimmäisen kerran vuosina 1900-1903. hehkulankojen valmistukseen sähkölampuissa, mutta myöhemmin, vuosina 1909 - 1910, se korvattiin volframilla.

Tantaalin laaja käyttö liittyi sähkötyhjiötekniikan kehittämiseen, joka sisälsi radiotekniikan, tutka- ja röntgenlaitteiden tuotannon.

Tantaalissa on yhdistelmä arvokkaita ominaisuuksia (korkea sulamispiste, korkea emissiokyky ja kyky absorboida kaasuja), jotka mahdollistavat sen käytön sähköisten tyhjiölaitteiden osien valmistuksessa. Kaasujen absorbointikykyä käytetään syvän tyhjiön ylläpitämiseen radioputkissa ja muissa sähköisissä tyhjiolaitteissa.

Tantaalilevyjä ja tankoja käytetään "kuumien liitososien" (lämmitettävien osien) valmistukseen - anodien, verkkojen, epäsuorasti lämmitettyjen katodien ja muiden elektronisten lamppujen osien, erityisesti tehokkaiden generaattorilamppujen, valmistukseen.

Puhtaiden metallien lisäksi samoihin tarkoituksiin käytetään tantalonium-bium-seoksia.

50-luvun lopulla ja 60-luvun alussa tantaalin käyttö elektrolyyttikondensaattorien ja virrantasasuuntaajien valmistukseen tuli tärkeäksi. Tässä käytetään tantaalin kykyä muodostaa stabiili oksidikalvo anodisen hapettumisen aikana. Oksidikalvo on stabiili happamissa elektrolyyteissä ja siirtää virtaa vain elektrolyytistä metalliin. Ta 2 O 5 -kalvon sähkövastus suuntaan, joka ei johda virtaa, on erittäin korkea (7,5 - 10 12 ohm. cm), kalvon dielektrisyysvakio on 11,6.

Kiinteällä elektrolyytillä varustetuille tantaalikondensaattoreille on ominaista suuri kapasiteetti pienillä kooilla, korkea eristysvastus (2 - 3 kertaa korkeampi kuin alumiinikondensaattoreiden) ja kalvon vastus. Näiden kondensaattorien positiivinen levy on valmistettu tabletin muodossa, puristettu tantaalijauheesta ja sintrattu neutraalissa ympäristössä korkeassa lämpötilassa. Tällaisen huokoisen tabletin tehollinen pinta on 50 - 100 kertaa suurempi kuin geometrinen, mikä mahdollistaa kondensaattorin erittäin pienet kokonaismitat suhteellisen suurella kapasiteetilla. Positiivinen levy asetetaan elektrolyytillä täytettyyn koteloon, joka toimii koteloon kytkettynä negatiivisena levynä. ETO-tyypin kondensaattoreita valmistettiin neljää tyyppiä: ETO-1 (ETO-S), ETO-2, ETO-3, ETO-4. ETO-1-tyypin kondensaattorit, jotka on tarkoitettu käytettäviksi erityisen kriittisiin tarkoituksiin, on merkitty ETO-S:ksi. On myös ET- ja ETN-tyyppisiä kondensaattoreita: elektrolyyttinen tantaali ja elektrolyyttinen tantaali ei-polaarinen. Kondensaattoreita voidaan käyttää laajalla lämpötila-alueella -80 - +200°C. Tantaalikondensaattoreita käytetään laajalti radioasemissa, erilaisissa sotilaallisissa laitteissa ja muissa laitteissa.

Tantaalin korroosionkestävyys hapoissa ja muissa ympäristöissä yhdistettynä korkeaan lämmönjohtavuuteen ja sitkeyteen tekee siitä arvokkaan rakennemateriaalin kemian- ja metallurgisen teollisuuden laitteissa. Tantaali toimii kehruumateriaalina (platinan sijaan) kuitujen muodostamiseen raionin valmistuksessa.

Tantaali on komponentti erilaisissa suihkumoottorien kaasuturbiinien lämmönkestävissä seoksissa. Molybdeenin, titaanin, zirkoniumin, alumiinin ja kuparin seostaminen tantaalin kanssa parantaa dramaattisesti näiden metallien ja niiden seosten ominaisuuksia.

Tantaalikarbidit sisältyvät joihinkin terästen leikkaamiseen käytettyihin volframikarbidipohjaisiin kermettikarbideihin. Tantaalia käytetään seosaineena teräksissä. Tantaalia sisältyy myös erilaisiin kuumuutta kestäviin teräksiin (esimerkiksi kaasuturbiineihin) sekä työkalu- ja magneettiteräksiin.

Tantaalia langan ja arkkien muodossa käytetään lääketieteessä - luu- ja plastiikkakirurgiassa (luiden liittäminen, kallovaurioiden "laastarit", ompeleet jne.). Metalli ei ärsytä elävää kudosta ollenkaan eikä vahingoita kehon elintoimintoja.

Orgaanisessa synteesissä katalyytteinä käytetään joitain tantaaliyhdisteitä (fluoridikompleksisuoloja, oksideja).

Nykyään tantaalia ja sen seoksia käytetään valmistukseen:

• lämmönkestävät ja korroosionkestävät seokset;
• korroosionkestävät laitteet kemianteollisuutta varten, suulakkeet, laboratoriolasit ja upokkaat harvinaisten maametallien sekä yttriumin ja skandiumin saamiseksi, sulattamiseen ja valuun;
• ydinenergiajärjestelmien lämmönvaihtimet (tantaali on stabiilin kaikista metalleista tulistettuina sulatteina ja cesium-133-höyryissä);
• kirurgiassa tantaalista valmistettuja levyjä, kalvoa ja lankaa käytetään kudosten, hermojen kiinnittämiseen, ompelemiseen, proteesien valmistukseen, jotka korvaavat vaurioituneita luuosia (biologisen yhteensopivuuden vuoksi);
• tantaalikarbidia (sulamispiste 3880 °C) käytetään kovien metalliseosten valmistuksessa (volframi- ja tantaalikarbidien seokset - TT-indeksin laatuja, vaikeimpiin metallintyöstöolosuhteisiin ja vahvimpien materiaalien (kivi, komposiitit) iskuporaukseen );
• ammusten valmistuksessa tantaalia käytetään lupaavien muotoiltujen panosten metallivuorauksen valmistukseen, joka parantaa panssarin tunkeutumista;
• tantaalia ja niobiumia käytetään korkean ominaiskapasitanssin omaavien elektrolyyttikondensaattoreiden valmistukseen (mutta tantaali mahdollistaa korkealaatuisten kondensaattoreiden valmistuksen);
• tantaalia on käytetty viime vuosina korumetallina, koska se pystyy muodostamaan kestäviä minkä tahansa värisiä oksidikalvoja pinnalle;
• tantaali-182:ta käytetään sisäministeriön ydinfysiikan laboratorioissa.
• Ydinreaktorien rakennemateriaaleihin kerääntyvä ydinisomeeri tantaali-180m2 voi yhdessä hafnium-178m2:n kanssa toimia gammasäteiden ja energian lähteenä aseiden ja erikoisajoneuvojen kehittämisessä.

Tantaaliberyllidi on erittäin kovaa ja kestää hapettumista ilmassa 1650 °C asti, ja sitä käytetään ilmailutekniikassa.

Tantaalipentoksidia käytetään ydintekniikassa gammasäteilyä absorboivan lasin sulattamiseen. Yksi yleisimmin käytetyistä tällaisen lasin koostumuksista on: piidioksidi - 2%, lyijymonoksidi (kevyt) - 82%, boorioksidi - 14%, tantaalipentoksidi - 2%.

TANTALI (kemiallinen alkuaine) TANTALI (kemiallinen alkuaine)

TANTALUS (lat. Tantalum, myyttisen Tantaluksen mukaan (cm. TANTALUM (mytologiassa)), Ta (lue "tantaali"), kemiallinen alkuaine, jonka atominumero on 73, atomimassa 180,9479. Luonnollinen tantaali koostuu stabiilista isotoopista 181 Ta (99,988 massaprosenttia) ja radioaktiivisesta 180 Ta:sta (0,0123 prosenttia). T 1/2 10 13 vuotta). Kahden ulomman elektronisen kerroksen konfigurointi 5 s 2 s 6 d 3 6s 2 . Hapetusaste +5, harvemmin +4, +3, +2 (valenssi V, IV, III ja II). Sijaitsee ryhmässä VB, alkuaineiden jaksollisen taulukon 6. jaksossa.
Atomisäde 0,146 nm, Ta 5+ -ionien säde (koordinaationumero 6) - 0,078 nm, Ta 4+ - 0,082 nm, Ta 3+ -ioni - 0,086 nm. Peräkkäiset ionisaatioenergiat 7,89, 16,2 eV. Elektronien työfunktio on 4,12 eV. Elektronegatiivisuus Paulingin mukaan (cm. PAULING Linus) 1,5.
Löytöjen historia
Löysi vuonna 1802 ruotsalainen kemisti A. Ekeberg (cm. ECKEBERG Anders Gustav). Vuoteen 1844 asti tantaalia pidettiin eräänlaisena kolumbiumina, jolloin saksalainen kemisti G. Rose (cm. ROSE (saksalaiset tiedemiehet, veljet)) todettiin, että puhumme kahdesta eri elementistä, joilla on samanlaiset ominaisuudet.
V. von Bolton hankki tantaalimetallin ensimmäisen kerran vuosina 1903-1905.
Luonnossa oleminen
Maankuoren pitoisuus on 2,5·10 -4 painoprosenttia. Sitä ei löydy vapaassa muodossa, se on yleensä niobiumin mukana. Osa mineraaleista: tantaliitti-kolumbiitti ja pyrokloori. Miten kasiteriitti sisältyy epäpuhtaudeksi? (cm. CASSITERITE).
Kuitti
Tantaalin teollinen tuotanto alkaa raaka-aineiden rikastamisesta. Valmistetut tantaliitti (kolumbiitti) tai pyrokloorikonsentraatit, joiden kokonaispitoisuus Ta 2 O 5 ja Nb 2 O 5 on enintään 50 %, liuotetaan sitten fluorivetyhappoon ja sitten saadaan fluoro- tantalaatti K 2 TaF 7 ja fluoroniobaatti K 2 NbF 7 suolat erotetaan sitten toistuvalla fraktiokiteytyksellä. Viime aikoina uuttamista on käytetty yhä enemmän niobin ja tantaalin erottamiseen.
Metallin saamiseksi K 2 TaF 7:stä käytetään natriumtermiaa:
K2TaF7+5Na=Ta+2KF+5NaF.
Syntynyt jauhemainen tantaali sintrataan sitten tyhjiössä sähkökaari- tai elektronisuihkuuuneissa.
Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
Kiiltävä hopeanharmaa metalli, jonka runkokeskeinen a-Fe-tyyppinen kuutiohila ( A=0,3296 nm). Sulamispiste 3014°C, kiehumispiste 5500°C, tiheys 16,60 kg/dm3. Ominaista korkea kemiallinen inertisyys, raskasmetalli. Ei reagoi hapen kanssa huoneenlämpötilassa (cm. HAPPI), halogeenit (cm. HALOGEENI), hapot (cm. HAPPOT) ja alkalit ( cm. ALKALI). Se hapettuu hapen vaikutuksesta vain yli 300 °C:n lämpötiloissa, jolloin muodostuu Ta 2 O 5 -oksidia.
Kun Ta 2 O 5 fuusioidaan eri oksideihin, saadaan tantalaatteja - hypoteettisen meta-HTaO 3:n, orto-H 3 TaO 4:n ja polytantaalihappojen H 2 O suoloja. X Ta205.
Ta 2 O 5 -oksidin lisäksi tantaali muodostaa myös TaO 2 -dioksidia.
Kuumennettaessa tantaali muodostaa pentahalogenideja TaHal 5 halogeenien kanssa. Pelkistämällä TaHal 5 (Hal = Cl, Br tai I) saadaan tetrahalogenideja TaHal 4. Tantaalipentahalidit (paitsi pentafluoridi) hydrolysoituvat helposti vedessä. Nämä pentahalogenidit sublimoituvat jo yli 200-250 °C:n lämpötiloissa.
Vesihöyryn ja hapen läsnä ollessa TaCl5 muodostaa oksikloridin TaOCl3:n.
Vuorovaikutuksessa grafiitin kanssa se muodostaa karbideja Ta 2 C ja TaC - kovia, kemiallisesti kestäviä ja erittäin lämmönkestäviä yhdisteitä. Tl-C-järjestelmässä on kolme vaihetta, joiden koostumus vaihtelee. Tantaali käyttäytyy samalla tavalla järjestelmissä, joissa on fosforia, typpeä ja arseenia. Kun tantaali on vuorovaikutuksessa rikin kanssa, syntetisoituu sulfideja: TaS 2 ja TaS 3.
Sovellus
Lämmönvaihtimet, lämmittimet ja upokkaat metallien tyhjiösulatukseen on valmistettu tantaalista. Käytetään elektrolyyttikondensaattorien ja elektronisten laitteiden kriittisten osien valmistuksessa.
Hyvän biologisen yhteensopivuuden vuoksi elävien ihmiskudosten kanssa sitä käytetään luun proteeseihin. Tantaalinitridi TaN:sta on mahdollista tehdä kulutusta kestäviä pinnoitteita. Toimii joidenkin terästen seosaineena (cm. TERÄS). Litiumtantalaatti on hyvä ferrosähköinen aine (cm. FERROSÄHKÖKÄYTTÖ).

tietosanakirja. 2009 .

Katso, mitä "TANTALUM (kemiallinen elementti)" on muissa sanakirjoissa:

Tantaali (latinaksi Tantalum), Ta, Mendelejevin jaksollisen järjestelmän ryhmän V kemiallinen alkuaine; atomiluku 73, atomimassa 180,948; Metalli on väriltään harmaa ja hieman lyijyinen sävy. Luonnossa sitä esiintyy kahden isotoopin muodossa: stabiili 181Ta... ... Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja

Tantaali: Tantaali on kemiallinen alkuaine. Tantalus, Sipyloksen kuningas Frygiassa. Tantalus on vanhimman Tantaluksen pojanpoika. JSC "Tantal" tehdas Saratovissa. Tantalus on yksi Venäjän federaation presidentin asunnoista Volga-joen rannalla... ... Wikipedia

- (latinaksi Tantalus, kreikaksi Tantalos). Mytologiassa: Fryygian kuningas, jonka Jupiter on hyväksynyt jumalien pöytään, mutta jumalallisten salaisuuksien paljastamisesta alamaailmassa, jota rangaistiin sillä tosiasialla, että hänen yläpuolellaan roikkuu hedelmiä ja vesi ulottui hänen leukaan, heti kun hän... .. . Venäjän kielen vieraiden sanojen sanakirja

Tantaali (alkuaine) kemiallinen alkuaine. Tantalus (mytologia) Sipyloksen kuningas Frygiassa. Tantalus (Broteuksen poika) (tai Thyestes) vanhemman Tantaluksen pojanpoika. JSC "Tantal" tehdas Saratovissa ... Wikipedia

- (tantaali), Ta, jaksollisen järjestelmän ryhmän V kemiallinen alkuaine, atominumero 73, atomimassa 180,9479; metalli, sulamispiste 3014shC. Käytetään kemianteollisuudessa, luun proteesien lääkkeissä (bioyhteensopiva materiaali) jne. Tantaali... ... Nykyaikainen tietosanakirja

- (symboli Ta), harvinainen, kiiltävä, siniharmaa metalli, kemiallinen alkuaine löydettiin vuonna 1802. Sen päälähde on kolumbiittitantaliitti. Kovaa, mutta sitkeää, tantaalia käytetään lankamuodossa sekä sähkökomponenteissa,... Tieteellinen ja tekninen tietosanakirja

Tantaali (kemiallinen)- TANTAALI, Ta, jaksollisen järjestelmän ryhmän V kemiallinen alkuaine, atominumero 73, atomipaino 180,9479; metalli, sulamispiste 3014°C. Käytetään kemiantekniikassa, luun proteesien lääkkeissä (bioyhteensopiva materiaali) jne... ... Kuvitettu tietosanakirja

tantaali- Ta Kemiallinen alkuaine; esim käytetään ydinreaktorien valmistuksessa, radioaktiivisena indikaattorina jne. [A.S. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Aiheet energia yleisesti Synonyymit Ta EN tantaali ... Teknisen kääntäjän opas

73 Hafnium ← Tantaali → Tungsten ... Wikipedia

A; m. [kreikka Tantalos] Kemiallinen alkuaine (Ta), kova, tulenkestävä metalli, väriltään teräksenharmaa (käytetään lääketieteessä ja tekniikassa). ◊ Tantaluksen kärsimys. Piina, jonka aiheuttaa halutun tavoitteen pohdiskelu ja tietoisuus sen saavuttamisen mahdottomuudesta. ● Sankari…… tietosanakirja

Tantaali- vaaleanharmaa metalli hieman sinertävällä sävyllä. Tulenkestoisuudeltaan (sulamispiste noin 3000 °C) se on toinen vain volframin ja reniumin jälkeen. Suuri lujuus ja kovuus yhdistyvät erinomaisiin muoviominaisuuksiin. Puhdas tantaali soveltuu hyvin erilaisiin mekaanisiin prosessointeihin, on helposti meistetty, jalostettu ohuimmiksi levyiksi (paksuus noin 0,04 mm) ja langaksi.

Tantaalilla on vartalokeskeinen kuutiohila (a = 3,296 Å); atomisäde 1,46 Å, ionisäteet Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; tiheys 16,6 g/cm3 20 °C:ssa; tpl 2996 °C; Kipin lämpötila 5300 °C; ominaislämpökapasiteetti 0-100°C:ssa 0,142 kJ/(kg K); lämmönjohtavuus 20-100 °C:ssa 54,47 W/(m K). Lineaarilaajenemisen lämpötilakerroin 8,0·10 -6 (20-1500 °C); ominaisvastus 0 °C:ssa 13,2·10 -8 ohm·m, lämpötilassa 2000 °С 87·10 -8 ohm·m.

4,38 K:ssa siitä tulee suprajohde. Tantaali on paramagneettinen, spesifinen magneettinen susceptibiliteetti 0,849·10 -6 (18 °C). Puhdas tantaali on sitkeä metalli, jota voidaan käsitellä paineella kylmässä ilman merkittävää kovettumista. Se voidaan muuttaa muotoaan 99 %:n pelkistysnopeudella ilman välihehkutusta. Tantaalin siirtymistä sitkeästä hauraaseen tilaan jäähdytettäessä -196 °C:seen ei havaittu.

Tantaalin kimmomoduuli on 190 H/m 2 (190·10 2 kgf/mm 2) 25 °C:ssa. Hehkutetun erittäin puhtaan tantaalin vetolujuus on 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) 27 °C:ssa ja 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) 490 °C:ssa; suhteellinen venymä 36 % (27 °C) ja 20 % (490 °C). Puhtaan uudelleenkiteytetyn tantaalin Brinell-kovuus on 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Tantaalin ominaisuudet riippuvat suurelta osin sen puhtaudesta; vedyn, typen, hapen ja hiilen epäpuhtaudet tekevät metallista hauraita.

Tantaali. Kemiallinen alkuaine, symboli Ta (latinalainen tantaali, englantilainen tantale, ranskalainen tantale, saksalainen tantal). Siinä on sarjanumero 73, atomipaino 180,948, tiheys 16,60 g/cm3, sulamispiste 3015° C, kiehumispiste 5300 °C.

Tantaali on teräksenharmaa metalli, jossa on hieman sinertävä sävy. Tavallisissa lämpötiloissa tantaali on stabiili ilmassa. Hapettumisen alkaminen havaitaan kuumennettaessa lämpötilaan 200-300°C yli 500° tapahtuu nopea hapettuminen, jolloin muodostuu oksideja Ta205.

Tantaalille ominaista ominaisuus on sen kyky absorboida kaasuja: vetyä, typpeä ja happea. Näiden elementtien pienet epäpuhtaudet vaikuttavat suuresti metallin mekaanisiin ja sähköisiin ominaisuuksiin. Matalissa lämpötiloissa vety imeytyy hitaasti, noin lämpötilassa 500° Vety imeytyy suurimmalla nopeudella, eikä vain adsorptiota tapahdu, vaan muodostuu myös kemiallisia yhdisteitä - hydridejä (TaH). Imeytynyt vety tekee metallista hauras, mutta tyhjiössä kuumennettaessa se on korkeampi 600° Lähes kaikki vety vapautuu ja samamekaaniset ominaisuudet kunnostetaan.

Tantaali imee typpeä jo klo 600° C, korkeammissa lämpötiloissa muodostuu nitridiä TaN , joka sulaa klo 3087° N.

Hiili ja hiiltä sisältävät kaasut (CH 4 , CO) korkeissa lämpötiloissa 1200-1400° C on vuorovaikutuksessa metallin kanssa muodostaen kovaa ja tulenkestävää karbidia TaC (sulaa lämpötilassa 3880 °C).

Boorin ja piin kanssa tantaali muodostaa tulenkestävän ja kiinteän boridin ja silisidin: TaB 2 (sulaa 3000 °C:ssa) ja NaSi2 (sulaa 3500 °C:ssa).

Tantaali kestää toimintaa kloorivety, rikki, typpi , fosfori- ja orgaaniset hapot missä tahansa pitoisuudessa kylmässä ja lämpötilassa 100-150° C. Kestävyyden mukaan kuumassa suolaa ja rikkiä tantaali on parempi kuin hapot niobium . Tantaali liukenee fluorivetyhappoon ja on erityisen voimakas fluorivety- ja typpihapot.

Tantaali on vähemmän stabiili alkaleissa. Kuumat emäksiset liuokset syövyttävät metallia huomattavasti sulassa alkalissa ja sooda se hapettuu nopeasti muodostaen tantaalihapon natriumsuolaa.

Tantaalia käytettiin ensimmäisen kerran vuonna 1900-1903 gg. hehkulankojen valmistukseen sähkölampuissa, mutta myöhemmin vuonna 1909-1910 gg., se vaihdettiin volframi

Tantaalin laaja käyttö liittyi sähkötyhjiötekniikan kehittämiseen, joka sisälsi radiotekniikan, tutka- ja röntgenlaitteiden tuotannon.

Tantaalissa on yhdistelmä arvokkaita ominaisuuksia (korkea sulamispiste, korkea emissiokyky ja kyky absorboida kaasuja), jotka mahdollistavat sen käytön sähköisten tyhjiölaitteiden osien valmistuksessa. Kaasujen absorbointikykyä käytetään syvän tyhjiön ylläpitämiseen radioputkissa ja muissa sähköisissä tyhjiolaitteissa.

Ne on valmistettu tantaalilevyistä ja tankoista« kuumat varusteet» (lämmitetyt osat) - anodit, ristikot, epäsuorasti lämmitetyt katodit ja muut elektroniikkaputkien osat, erityisesti tehokkaat generaattoriputket.

Puhtaiden metallien lisäksi samoihin tarkoituksiin käytetään tantalonium-bium-seoksia.

50-luvun loppu - 60-luvun alku 1980-luvulla tantaalin käyttö elektrolyyttikondensaattorien ja virrantasasuuntaajien valmistuksessa tuli tärkeäksi. Tässä käytetään tantaalin kykyä muodostaa stabiili oksidikalvo anodisen hapettumisen aikana. Oksidikalvo on stabiili happamissa elektrolyyteissä ja siirtää virtaa vain elektrolyytistä metalliin. Kalvon ominaisvastus Ta 2 O 5 suuntaan, joka ei johda virtaa, erittäin korkea ( 7, 5. 10 12 ohmia. cm), kalvon dielektrisyysvakio 11, 6.

Tantaalikondensaattoreille, joissa on kiinteää elektrolyyttiä, on ominaista suuri kapasiteetti pienillä mitoilla, korkea eristysvastus (in 2-3 kertaa suurempi kuin alumiiniset kondensaattorit ), kalvon kestävyys. Näiden kondensaattorien positiivinen levy on valmistettu tabletin muodossa, puristettu tantaalijauheesta ja sintrattu neutraalissa ympäristössä korkeassa lämpötilassa. Tällaisen huokoisen tabletin tehokas pinta on 50-100 kertaa suurempi kuin geometrinen, mikä mahdollistaa kondensaattorin erittäin pienet kokonaismitat suhteellisen suurella kapasiteetilla. Positiivinen levy asetetaan elektrolyytillä täytettyyn koteloon, joka toimii koteloon kytkettynä negatiivisena levynä. ETO-tyyppisiä kondensaattoreita valmistettiin neljää tyyppiä: ETO- 1 (TÄMÄ-S), TÄMÄ-2, TÄMÄ-3, TÄMÄ-4. ETO-tyypin kondensaattorit 1, Erityisen kriittisissä laitteissa käytettäväksi tarkoitetut on merkitty ETO-S:llä. On myös ET- ja ETN-tyyppisiä kondensaattoreita: elektrolyyttinen tantaali ja elektrolyyttinen tantaali ei-polaarinen. Kondensaattoreita voidaan käyttää laajalla lämpötila-alueella - 80 - +200° C. Tantaalikondensaattoreita käytetään laajalti radioasemissa, erilaisissa sotilasvarusteissa ja muissa laitteissa.

Tantaalin korroosionkestävyys hapoissa ja muissa ympäristöissä yhdistettynä korkeaan lämmönjohtavuuteen ja sitkeyteen tekee siitä arvokkaan rakennemateriaalin kemian- ja metallurgisen teollisuuden laitteissa. Tantaali toimii materiaalina suulakkeissa (eikä platina ) kuitujen muodostamiseen raionin tuotannossa.

Tantaali on komponentti erilaisissa suihkumoottorien kaasuturbiinien lämmönkestävissä seoksissa. Tantaaliseos molybdeeni, titaani,

Tantaalia langan ja levyjen muodossa käytetään lääketieteessä - luu- ja plastiikkakirurgiassa (sidonta,"laastarit" jos kallo on vaurioitunut, ompeleet jne.). Metalli ei ärsytä elävää kudosta ollenkaan eikä vahingoita kehon elintoimintoja.

Orgaanisessa synteesissä katalyytteinä käytetään joitain tantaaliyhdisteitä (fluoridikompleksisuoloja, oksideja).

Älykäs metalli. Tämä termi ilmestyi liikemaailmaan 1900-luvun puolivälissä. Älykkäitä metalleja on käytetty korkean teknologian materiaaleina elektroniikassa ja robotiikassa. Tantaalista tuli yksi näistä korkean teknologian metalleista. Nykyään se liittyy erottamattomasti sellaisiin käsitteisiin kuin satelliittiviestintä, junajärjestelmät ja tietoliikennelaitteet.

Mikä on tantaali? Historiallisia faktoja

Tantaalin löysi ensimmäisen kerran vuonna 1802 ruotsalainen tiedemies A.G. Ekeberg kahden Ruotsista ja Suomesta löydetyn mineraalin koostumuksessa. Tämän alkuaineen oksidi oli erittäin vakaa, eikä edes suuri määrä happoa voinut tuhota sen rakennetta. Tiedemies sai vaikutelman, että metallia ei voitu kyllästää hapolla. Ekeberg muisti legendan kuningas Tantaluksesta, joka oli Zeuksen poika, eikä hän rangaistuksen seurauksena pystynyt sammuttamaan nälkäänsä ja janoaan. Hänen kärsimyksiään kutsuttiin tantaalipiinaksi.

Samoin tiedemies, vaikka kuinka kovasti yritti, ei pystynyt eristämään puhdasta metallia oksidista, joten hän vertasi työtään tantaalijauhoon. Hän antoi kemialliselle alkuaineelle nimen tantaali ja kutsui tätä metallia sisältävää mineraalia tantaliitiksi. Vasta vuonna 1903 saksalainen Bolton V. sai sitkeän metallin tantaalin puhtaassa muodossaan. Sen teollinen tuotanto alkoi vasta vuonna 1922. Ensimmäinen esimerkki tantaalin teollisesta tuotannosta oli vain tulitikkupään kokoinen. Yhdysvallat tuotti sen ensimmäisenä, ja vuonna 1942 käynnistettiin tehdas tämän metallin valmistamiseksi.

Tantaalin fysikaaliset ominaisuudet

Mikä on tantaali? hopea-valkoinen väri. Sen päällä oleva kestävä oksidikalvo antaa sille samanlaisen ulkonäön kuin lyijy. Metallilla on korkea lujuus ja kovuus ja samalla sitkeys. Mukavuuden suhteen sitä verrataan kultaan.

Puhtaassa muodossaan se on täydellisesti alttiina mekaaniselle käsittelylle. Se on helppo meistää ja rullautuu erittäin ohueksi, jopa 0,04 mm:n kerrokseksi. Se tuottaa korkealaatuista lankaa. Tantaali, mikä se on? Se on tulenkestävää metallia, jonka sulamispiste on noin 3000 astetta. Vain volframi ja renium ylittävät sen tässä ominaisuudessa. Yksi sen erityisominaisuuksista on sen korkea lämmönjohtavuus. Jopa siihen muodostuva oksidikalvo ei vähennä tätä ominaisuutta.

Kemialliset ominaisuudet

Monet orgaaniset ja epäorgaaniset hapot - perkloori-, rikki-, suola-, typpi- ja muut aggressiiviset ympäristöt - eivät aiheuta tantaalin korroosiota. Metalli hapettuu kuumennettaessa 200 - 300 astetta, ja oksidikalvon alle muodostuu kaasukyllästetty kerros. Tantaalin heikot kemialliset ominaisuudet eivät salli sen liukenemista edes platinaa ja kultaa sulavaan aqua regiaan.

Käytännössä on todistettu, että ruostumattomat teräkset ovat vähemmän kestäviä käytön aikana ja niistä valmistetut osat kestävät huomattavasti vähemmän aikaa kuin tantaalista valmistetut tuotteet. Kaikista olemassa olevista hapoista vain fluorivetyhappo voi liuottaa tämän metallin.

Seokset

Tantaalin vahva haponkestävyys mahdollistaa sen käytön lisäaineena erilaisiin metallirakenteiden valmistuksessa käytettäviin seoksiin. Valssattujen tuotteiden - langan, nauhojen, levyjen, putkien - valmistukseen käytetään tantaalin ja hafniumin seosta. volframia ja tantaalia käytetään leikkausterien valmistukseen eri tarkoituksiin. Tällaisille seoksille on ominaista:

• voimakas;
• lisääntynyt kovuus;
• älä hapeta;
• niillä on korkea hankauskestävyys;
• ovat kulutusta kestäviä;
• niillä on merkittävä viskositeetti;
• tarjoavat erinomaisen lujuuden työkalun leikkuureunalle.

Tantaali-volframiseos, joka sisältää 7 % volframia, kestää jopa 1900 asteen lämpötiloja. Se herättää suurta kiinnostusta asiantuntijoiden keskuudessa. Ja rakettimoottoreiden suuttimet on valmistettu tantaaliseoksesta, jossa on 10 % volframia. Avaruusteknologiassa käytetään materiaaleja, joilla on hyvä lämpökapasiteetti tai tulenkestävyys, joten tantaliseoksia käytetään laajasti sen valmistuksessa.

Romun rooli

Tantaaliromu muodostaa merkittävän osan, jopa 30 % markkinoiden toimituksista, kokonaisvolyymista. Suurin osa metallista tulee romukondensaattoreista. Siksi sen tarjonta on suoraan riippuvainen elektroniikkateollisuuden toiminnasta.

Ja tämän puolestaan ​​määrää globaalit talousolosuhteet. Muita romun lähteitä ovat käytetyt karbidit. Myös romulejeeringit, joiden pääalkuaine on nikkeli, sisältävät tantaalia. Kulutusjäte on tulevaisuudessa tärkeä tämän metallin lähde.

Tantaalin käyttötarkoitukset

Itse metallia ja sen seoksia käytetään laajalti teollisuudessa. Sitä käytetään valmistukseen:

• kuiva elektrolyyttikondensaattorit;
• lämmittimet tyhjiöuuneja varten;
• epäsuorat lämmityskatodit;
• korroosionestolaitteet;
• ydinreaktorit;
• suprajohteet;
• ammukset, joilla on lisääntynyt läpäisykyky;
• massastandardit, joilla on korkea tarkkuus;
• erittäin kestävät leikkaustyökalut.

Metallin korkea korroosionkestävyys auttaa pidentämään elektronisten järjestelmien tantaalikondensaattorien käyttöikää jopa 12 vuoteen.

Koruteollisuus käyttää tätä metallia kellokoteloiden ja rannekorujen valmistukseen platinan sijaan. Tantaalituotteita käytetään myös lääketeollisuudessa. Ihmiskeho ei hylkää sitä, joten sitä käytetään tuottamaan:

• levyt kalloille ja vatsaontelolle;
• paperiliittimet, joita käytetään alusten yhdistämiseen;
• paksut langat, jotka korvaavat jänteitä;
• ohuet langat hermokuitujen ompelemiseen.

GOST metallia

GOST-standardien määrittämiseksi tantaalille ja sen oksidille on useita menetelmiä, esimerkiksi fotometrisiä ja spektrisiä.

Spektrimenetelmä (GOST 18904.8) määrittää kalsiumin, volframin, kuparin, koboltin, natriumin ja molybdeenin epäpuhtauksien pitoisuuden tantaalissa ja sen oksidissa. Analyysin tulos on aritmeettinen keskiarvo, joka saadaan kahdesta eri näytteen määrityksestä.

Fotometrinen menetelmä (GOST 18904.1) määrittää volframin ja molybdeenin massaosuuden sisällön tantaalissa ja oksidissa. Tässä tapauksessa analyysin tulos lasketaan aritmeettisena keskiarvona 3 määrityksestä, jotka suoritetaan erillisistä näytteistä.

Tantaaliesiintymät ja kaivostoiminta

Mikä on tantaali? Tämä on erittäin harvinainen metalli. Puhtaassa muodossaan sitä ei käytännössä havaita. Sitä löytyy mineraaleista ja omien yhdisteidensä muodossa. Mineraaleissa sitä esiintyy aina yhdessä niobiumin kanssa, joka on ominaisuuksiltaan hyvin samankaltainen kuin tantaali. Tantaaliyhdisteiden ja mineraalien esiintymiä on monissa maissa ympäri maailmaa.

Suurin sijaitsee Ranskassa. Tämän metallin varaukset ovat korkeat Kiinassa ja Thaimaassa. IVY-maissa talletukset ovat paljon pienempiä. Maailmassa tuotetaan vuosittain noin 420 tonnia tantaalia. Tärkeimmät metallia käsittelevät tehtaat sijaitsevat Saksassa ja Yhdysvalloissa. Elektroniikan nopean kehityksen vuoksi, jossa tantaalin käyttö ei ole vähiten tärkeää, tästä harvinaisesta metallista on pulaa, mikä johtaa uusien esiintymien etsimiseen.

Tantaali hinnat

Suurin osa tantaalista, jopa 60 %, kuluu sen käytössä noin 20 %. Tämän harvinaisen metallin hinnat voivat muuttua nopeasti. Sen kysyntä joko palautuu tai laskee uudelleen. Analyytikot ennustavat kysynnän ja tarjonnan vaihtelevan tulevina vuosina pääasiassa taloudellisista tekijöistä riippuen.

Tantaalin likimääräinen hinta per 1 kg ruplina Venäjän markkinoilla on:

• arkki - 65 660;
• tangoissa - 73 030;
• lanka - 73 700.

Näkymät

Yhä useammat ihmiset alkavat käyttää tätä älykästä metallia lääketeollisuudessa korjaavan kirurgian tarpeisiin. Sitä käytetään implanttien valmistukseen. Tantaalilankaa käytetään lihaskudoksen korvaamiseen, lankaa luiden kiinnittämiseen ja lankoja ompelemiseen. Maailman lentoyhtiöiden mittavan uudelleenlaitteiston ansiosta lentokoneteollisuuden tarpeisiin se jatkaa kasvuaan. Lentoteollisuuden metalliseoksia käytetään lentokoneiden moottoreissa. Lisäksi tantaalia käytetään edelleen aktiivisesti tietokonelaitteiden valmistukseen: prosessoreihin, tulostimiin.

Myöskään tämän metallin kysyntä kemianteollisuudessa ei ole vähenemässä. Sitä käytetään laajalti kloorin, vetyperoksidin ja monien happojen valmistukseen. Kemiantekniikka käyttää sitä laajasti aggressiivisten ympäristöjen kanssa kosketuksissa olevien laitteiden valmistuksessa. Metallurgiateollisuus on edelleen vakavin tantaaliseosten kuluttaja. Sen kysyntä kasvaa myös ydinenergiassa, jossa käytetään pääasiassa lämmönjohtavuutta yhdistettynä tantaalin sitkeyteen ja kovuuteen.