Тантал (елемент)

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
73 ХафнийТанталВолфрам
Ниобий

Ta

Дубний
Външен вид
сивосин
Ta,73.jpg
Общи данни
Име, символ, № Тантал, Ta, 73
Химическа серия Преходен метал
Група, период, блок 5, 6, d
Свойства на атома
Атомна маса 180,94788(2) u
Атомен радиус (calc) 145 (200) pm
Ковалентен радиус 138 pm
Радиус на ван дер Ваалс pm
Електронна конфигурация [Xe] 4f14 5d3 6s2
e- на енергийно ниво 2, 8, 18, 32, 11, 2
Оксидационни с-ния (оксид) 5
(умерено киселинен)
Физични свойства
Агрегатно състояние Твърдо вещество
Плътност 16 690 kg/m³
Температура на топене 3290 K (3017 °C)
Температура на кипене 5731 K (5458 °C)
Специф. топлина на топене 36,57 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение 732,8 kJ/mol
Скорост на звука 3400 m/s при 293 K
Други
Електроотрицателност 1,5 (скала на Полинг)
Топлопроводимост 57,5 W/(m·K)
Йонизационен потенциал 761 kJ/mol

Танталът (Ta) е химичен елемент от V група на периодичната система, преходен метал.

Името му произлиза от героя от древногръцката митология Тантал. Използва се в металургията, в ядрената енергетика, медицината, бижутерията (вместо платина). Тантал (от латински Tantalum), Та.

Това е химичен елемент от V група на периодичната система на Менделеев. Атомният му номер е 73, атомната маса – 180.948. Танталът е рядък, твърд метал със сиво-син цвят. В природата се намира под формата на два изотопа: стабилен 181Та (99.99%) и радиоактивен 180Та (0,012%; с време на полуразпад Т1/2= 1012 години). Танталът е трудно податлив на корозия и в природата се среща под формата на минерала танталит. Едно от главните му съвременни приложения е в хирургическите инструменти, тъй като не реагира с телесните течности.

Произход

Елементът е открит през 1802г. от шведския химик Екеберг, изолиран през 1820 от Берцелиус. До 1844 и по-късно 1866, когато изследователите са показали, че ниобиевите и танталовите киселини са различни съединения, се е вярвало, че Ниобий и Тантал са един и същ елемент. По-ранните изследователи единствено можели да изолират нечист метал и първият сравнително чист ковък метал е направен от Вернер фон Болтън през 1903. Жиците направени с тантал се изпозвали за осветителните крушки преди той да бъде заместен от волфрам. Произходът на метала е от древногръцката митология, където Тантал е баща на Ниобия. Той е бил наказан след смъртта си, осъден да стои във вода до колене с превъзходни плодове, растящи над главата му. Всеки път като се наведял да отпие от водата, тя се отръпвала така че да не може да я стигне и всеки път, когато се протегнел нагоре към плодовете, те се вдигали високо, за да не може да ги стигне. Тъй като металът бил изключително труден за пречистване го кръстили Тантал.

Отличителни характеристики

Танталът е сив, плътен, ковък, много твърд, лесен за произвеждане и високо проводим на топлина и електричество. Металът е прочут с устойчивостта си на корозия от киселини. Всъщност при температури под 150 °С Танталът е почти напълно неподатлив на реакция с обикновено агресивната царска смес (тук да помага някой, забравила съм как се казва сместа от солна и азотна киселина). Може да бъде разтворен единстевено във флуороводородна киселина или киселинни разтвори, които съдържат флуориден йон и серен триоксид. Високата темптература на топене на тантала 3017 °С (температура на кипене 5458 °C) е надмината единствено от волфрама и рения.

Приложение

Главната употреба на тантала като метален прах е в производството на електронни компоненти, най-вече кондензаторите. Танаталовите електролитни кондензатори изпозлват способността на тантала да образува защитен оксиден повърхностен слой, като единият електор е от танталово фолио, оксидът е диелектрик, а електролитния разтвор играе ролята на другия електрод. Тъй като диелектричния слой може да бъде много тънък (по-тънък от подобния слой в алуминиевия електролитен кондензатор, например) може да се получи висок какпацитет в малък обем. Поради предимството в теглото и размера, танталовите кондензатори са много привлекателни за преносими телефони, пейджъри, персонални компютри, както и автомобилната електроника. Танталът също така се използва за производство на различни сплави, които имат висока температура на топене и добра ковкост. Смесен с други метали, той също така се използва за направата на карбидни инструменти за металообработващи съоръжения в производството на сплави за реактивни двигатели, оборудване за химични процеси, ядрени реакции и снарядни части. Заради ковкостта си, танталът може да се изтегли на тънки жици или влакна, които се използват за изпаряването на метали, например алуминий. Тъй като е резистентен към влиянието на телесните течности и не е дразнещ, танталът се използва за направата на хиръргически инструменти. Танталовият оксид се използва за направата на специални стъкла с висок индекс на рефракция за лещите на камерите. Металът още се използва за части на вакуумни пещи. Природни нахождения

Танталът обикновено се среща в минералите танталит [(Fe, Mn) Ta2O6] и юксенит. Танталови руди има в Австралия, Бразилия, Египер, Канада, Дмократична Република Конго, Мозамбик, Нигерия, Португалия, Малайзия и Тайланд. Танталитът предимно се намира смесен с колумбит в руда, наречена колтан. Повдигнати са етични въпроси относно човешките права и застрашената дива природа поради експлоатацията на ресурсите в конфликтните територии на Конго. Има няколко сложни стъпки в разделянето на тантала от ниобия. Търговската продукция на този елемент може да следва един от няколко различни метода, които включват: електролиза на стопен калиев флуоротанталат, окисляване на калиев флуоротанталат с натрий или реакция м/у танталов карбид с танталов оксид. Танталът също е вторичен продукт от стапянето на калай.

Танталови съединения

В Националната лаборатория на Лос Аламос, учените са създали танталов карбид-графит композитен материал, който е един от най-твърдите материали синтезирани някога. Корейските изследователи са успели да разработят танталово-волфрамена-медна сплав, която е тдва или три пъти по здрава и гъвкава от стоманените сплави.

Предпазни мерки

Съединения съдържащи тантал се срещат доста рядко и металът обикновено не създава проблеми в лабраторията, но все пак с него трябва да се работи внимателно като се вземат съответните предпазни мерки. Има доказателства, че танталовите съединения могат да причинят появата на тумори и металния прах носи опасност от пожар или експлозия. Все пак пречистения тантал се използва в хирургичните инструменти и импланти, защото не реагира с телесните течности.

Свойства:

Общи свойства Име, Символ, номер: tantalum, Ta, 73 Химична серия: Преходни метали Група, Период, вид елемент: 5, 6, d-елемент Изглед: сиво-син

Атомна маса: 180.94788(2) g/mol Електронна конфигурация: 4f14 5d3 6s2 --> [Xe] - това е конфигурацията на ксенон Брой електрони в обвивка: 2, 8, 18, 32, 11, 2

Физични свойства:

Фаза: Твърдо вещество Плътност (около стайната температура): 16.69 g/cm³ Плътност в течно състояние при точката на топене: 15 g/cm³ Точка на топене: 3290 K (3017 °C, 5463 °F) Точка на кипене: 5731 K (5458 °C, 9856 °F) Топлина на топене: 36.57 kJ/mol Топлина на изпарениве: 732.8 kJ/mol Топлинен капацитет (25 °C): 25.36 J/(mol·K) Парно налягане: P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k при T/K 3297 3597 3957 4395 4939 5634

Атомни свойства

Кристална структура: кубична центрирана Степени на окисление: 5 (умерено кисел оксид) Електроотрицателност: 1.5 (по скалата на Pauling) Йонизационни енергии: 1st: 761 kJ/mol; 2nd: 1500 kJ/mol; Атомен радиус: 145 pm Атомен радиус (изчислен.) 200 pm Ковалентен радиус: 138 pm