Właściwości fizyczne

Odkrycie tantalu jest ściśle związane z odkryciem niobu. Przez kilka dziesięcioleci chemicy uważali pierwiastek kolumb, odkryty przez angielskiego chemika Hatchetta w 1802 r. i tantal, odkryty w 1802 r. przez Szweda Ekeberga, za jeden pierwiastek. Dopiero w 1844 roku niemiecki chemik Rose ostatecznie udowodnił, że są to dwa różne pierwiastki, bardzo podobne pod względem właściwości. A ponieważ tantal został nazwany na cześć bohatera starożytnych mitów greckich, Tantala, zaproponował nazwanie niobu „Columbium” na cześć córki Tantala, Niobe. Sam tantal wziął swoją nazwę od wyrażenia „męka tantalu”, ze względu na daremność prób Ekeberga rozpuszczenia otrzymanego przez niego tlenku tego pierwiastka w kwasach.

Paragon:

Tantal prawie zawsze towarzyszy niobowi w tantalitach i niobitach. Główne złoża tantalitu znajdują się w Finlandii, Skandynawii i Ameryce Północnej.
Rozkład rud tantalu w technologii odbywa się poprzez ogrzewanie ich wodorosiarczanem potasu w żelaznych naczyniach, ługowanie stopu gorącą wodą i rozpuszczenie pozostałej pozostałości sproszkowanego kwasu tantalowego w zanieczyszczonym kwasie niobowym. Następnie tlenek tantalu redukuje się węglem w temperaturze 1000°C i powstały metal oddziela się w postaci czarnego proszku zawierającego niewielką ilość tlenku. Proszek metalowy można również otrzymać poprzez redukcję TaCl 5 wodorem lub magnezem, a także tritantalan potasu sodem: K 2 TaF 7 + 5Na = Ta + 2KF + 5NaF.
Proszek metalowy przetwarzany jest na metal kompaktowy metodami metalurgii proszków, prasowany w „stosy”, a następnie topiony plazmą lub wiązką elektryczną.

Właściwości fizyczne:

Tantal to ciężki, platynowo-szary, błyszczący metal o niebieskawym odcieniu, dość twardy, ale niezwykle kowalny i ciągliwy; jego plastyczność wzrasta w miarę czyszczenia. Temperatura topnienia = 3027°C (po wolframie i renie). Ciężki, gęstość 16,65 g/cm3

Właściwości chemiczne:

W temperaturze pokojowej posiada wyjątkową odporność chemiczną. Oprócz kwasu fluorowodorowego na tantal nie mają wpływu żadne inne kwasy, nawet woda królewska. Oddziałuje z mieszaniną kwasu fluorowodorowego i azotowego, bezwodnikiem siarkowym, roztworami i stopami zasad, po podgrzaniu do 300-400°C z halogenami, wodorem, tlenem, azotem, powyżej 1000°C - z węglem.
W związkach wykazuje stopień utlenienia +5. Znane są jednak również związki tantalu o niższych stopniach utlenienia: TaCl 4, TaCl 3, TaCl 2.

Najważniejsze połączenia:

Tlenek tantalu(V). Ta 2 O 5 w stanie czystym najdogodniej otrzymuje się przez kalcynację czystego tantalu metalicznego w strumieniu tlenu lub przez rozkład wodorotlenku Ta (OH) 5. Tlenek tantalu(V) jest białym, nierozpuszczalnym w wodzie i kwasach (z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego) proszkiem o ciężarze właściwym 8,02. Nie zmienia się pod wpływem kalcynacji w powietrzu, w atmosferze siarkowodoru lub w parach siarki. Jednakże w temperaturach powyżej 1000°C tlenek reaguje z chlorem i chlorowodorem. Tlenek tantalu (V) jest dimorficzny. W zwykłych temperaturach jego rombowa modyfikacja jest stabilna.

Tantalany i kwas tantalowy. W wyniku stapiania tlenku tantalu(V) z zasadami lub węglanami metali alkalicznych otrzymuje się tantalany – sole metatantalu HTaO 3 i kwasów ortotantalowych H 3 TaO 4 . Istnieją również sole o składzie M 5 TaO 5 . Substancje krystaliczne. stosowane jako ferroelektryki.
Kwasy tantalowe to białe, galaretowate osady o zmiennej zawartości wody; nawet świeżo przygotowane nie rozpuszczają się w kwasach solnym i azotowym. Dobrze rozpuszczają się w roztworach HF i alkaliach. W technologii kwas tantalowy otrzymuje się zwykle poprzez rozkład podwójnego fluorku tantalu i potasu (heptafluorotantalan potasu) kwasem siarkowym.
Chlorek tantalu(V)., kryształy, higroskopijne, hydrolizowane wodą, rozpuszczalne w CS 2 i CCl 4. Stosowany jest do produkcji i powlekania tantalu.
Pentafluorek tantalu. Można go otrzymać w reakcji pięciochlorku z ciekłym fluorowodorem. Tworzy bezbarwne pryzmaty i ulega hydrolizie pod wpływem wody. Topnieć=96,8°С, wrzeć=229°С. Stosowany do nakładania powłok tantalowych.
Heptafluorotantalan potasu- K 2 TaF 7 jest złożonym związkiem, który można otrzymać w reakcji pięciofluorku tantalu z fluorkiem potasu. Białe kryształy, stabilne na powietrzu. Hydrolizowane wodą: K 2 TaF 7 + H 2 O -> Ta 2 O 5 *nH 2 O + KF + HF

Aplikacja:

Ponieważ tantal łączy doskonałe właściwości metaliczne z wyjątkową odpornością chemiczną, okazał się bardzo odpowiedni do produkcji instrumentów chirurgicznych i dentystycznych, takich jak końcówki pęsety, igły do ​​wstrzykiwań, igły itp. W niektórych przypadkach może zastąpić platynę.
Wykorzystuje się je także do produkcji kondensatorów, katod lamp elektronowych, urządzeń w przemyśle chemicznym i energetyce jądrowej oraz matryc do produkcji włókien sztucznych. Węglik, krzemek, azotek tantalu – materiały żaroodporne, składniki stopów twardych i żaroodpornych.
Żaroodporne stopy tantalu z niobem i wolframem stosowane są w technologii rakietowej i kosmicznej.

E. Rosenberga.

Źródła: Tantal // Popularna biblioteka pierwiastków chemicznych Wydawnictwo „Science”, 1977.
Tantal // Wikipedia. Data aktualizacji: 12.12.2017. (data dostępu: 20.05.2018).
// S. I. Lewczenko. Krótki zarys historii chemii/SFU.

Metalowy tantal otwarto całkiem niedawno, bo w 1802 r. Szwedzki chemik A.G. miał szczęście odkryć ten metal. Ekeberg. Badając dwa nowe minerały, które odkryto w krajach skandynawskich, okazało się, że oprócz znanych pierwiastków zawierają one także te, które wcześniej nie były badane. Naukowcowi nigdy nie udało się wyizolować metalu z minerału w czystej postaci, ponieważ wiązały się z tym ogromne trudności.

Pod tym względem niezbadany metal został nazwany na cześć bohatera z mitologii starożytnej Grecji i po czym został napisany mit o Tantalu. Potem przez ponad 40 lat tak wierzono tantal i niob- to ten sam metal. Jednak jeden niemiecki chemik udowodnił różnicę między metalami, a następnie inny niemiecki wyizolował tantal w czystej postaci, a stało się to dopiero w 1903 roku.

Produkcja seryjna wyrobów walcowanych i produkty z tantalu rozpoczęła się dopiero w czasie II wojny światowej. Dziś element ten nazywany jest „inteligentnym metalem”, ponieważ szybko rozwijająca się elektronika nie może się bez niego obejść.

Opis i właściwości tantalu

Tantal jest metalem o dużej twardości i gęstości atomowej. W okresowych pierwiastkach chemicznych tantal znajduje się na pozycji 73. W praktyce światowej zwyczajowo oznacza się ten metal kombinacją dwóch liter, a mianowicie Ta. Pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze pokojowej tantal ma charakterystyczny srebrno-metaliczny kolor. Warstwa tlenku tworząca się na powierzchni metalu nada mu ołowiany odcień.

Element tantalu nieaktywny w temperaturze pokojowej. Utlenianie powierzchni tego metalu powietrzem jest możliwe tylko w temperaturach powyżej 280 stopni. Tantal reaguje z halogenami w temperaturze o 30 stopni niższej niż z powietrzem. W takim przypadku na powierzchni tworzy się film ochronny, który zapobiega dalszemu przenikaniu pierwiastków utleniających w głąb metalu.

Pierwiastek chemiczny tantalu o dość wysokiej temperaturze topnienia. Wynosi więc 3290 K, a temperatura wrzenia sięga 5731 K. Pomimo dużej gęstości (16,7 g/cm3) i twardości jest dość plastyczny. Pod względem plastyczności tantal można porównać z. Praca z czystym metalem jest bardzo łatwa i wygodna.

Jest łatwy w obróbce mechanicznej, można go np. rozwałkować na grubość 1-10 mikronów. Należy również zauważyć, że tantal jest paramagnetykiem. Ciekawa cecha tego metalu zaczyna pojawiać się w temperaturze 800 stopni: tantal pochłania 740 objętości gazu.

W praktyce światowej istnieje już wiele faktów, które wskazują na doskonałą trwałość tego metalu w bardzo agresywnych środowiskach. Wiadomo na przykład, że tantalu nie niszczy nawet 70% kwas azotowy. Kwas siarkowy do 150 stopni również nie prowadzi do zniszczenia korozyjnego, ale już w 200 stopniach metal zacznie się rozpuszczać z szybkością 0,006 mm/rok.

Niektóre fakty produkcyjne wskazują również, że tantal jest znacznie bardziej wytrzymały niż austenityczna stal nierdzewna. Dlatego znany jest przypadek, w którym części tantalu wytrzymał 20 lat dłużej niż części ze stali nierdzewnej.

Kolejną ciekawostką jest to, że tantal wykorzystuje się do katalitycznego oddzielania złota. Wykonuje się z niego katody, na które z kolei osadza się metal szlachetny, a następnie zmywa wodą królewską. Jednocześnie katoda i tantal, dzięki doskonałej odporności na kwasy, pozostają nienaruszone.

Zastosowania tantalu

Dawno temu metal ten był używany do produkcji włókien żarówek. Dziś tantal i stopy tantalu stosowane w następujących branżach i produktach:

— podczas wytapiania stopów żaroodpornych i odpornych na korozję (na przykład części silników lotniczych);

— w przemyśle chemicznym do tworzenia urządzeń odpornych na korozję;

— w produkcji metalurgicznej do produkcji metali ziem rzadkich;

— podczas budowy reaktorów jądrowych (tantal jest metalem najbardziej odpornym na pary cezu);

— ze względu na wysoką biokompatybilność tantal stosowany jest do produkcji implantów i protez medycznych;

- do produkcji nadprzewodników – kriotrony (są to elementy techniki komputerowej);

- stosowane w przemyśle wojskowym do produkcji łusek. Zastosowanie tego metalu zwiększa siłę penetracji amunicji;

- bardziej wydajne kondensatory niskiego napięcia wykonane są z tantalu;

- Ostatnio tantal ugruntował swoją pozycję w biznesie. Wynika to ze zdolności metalu do tworzenia na powierzchni mocnych warstw tlenkowych, które mogą mieć różne kolory i odcienie;

- duża liczba modyfikacje tantalu gromadzi się w reaktorach jądrowych. Do celów laboratoryjnych lub wojskowych tę modyfikację metalu można wykorzystać jako źródło promieniowania gamma;

— metal ten jest używany jako główny (po platynie) do produkcji wzorców masy, które mają zwiększoną dokładność;

- trochę międzymetalicznego związki tantalu charakteryzują się bardzo dużą twardością i wytrzymałością, a także zwiększoną odpornością na utlenianie. Związki te znajdują zastosowanie w przemyśle lotniczym i kosmicznym;

— węgliki tantalu wykorzystywane są do produkcji narzędzi skrawających o podwyższonej odporności na czerwono. Narzędzie otrzymuje się przez spiekanie mieszaniny proszków węglików. Narzędzia te wykorzystywane są w bardzo trudnych warunkach np. podczas wierceń udarowych;

- pięciowartościowy tlenek tantalu niezbędne do spawania szkła w technologii nuklearnej.

Złoża i wydobycie tantalu

Tantal jest rzadkim metalem. Jego ilość w skorupie ziemskiej wynosi zaledwie 0,0002%. Ilość ta obejmuje dwie modyfikacje metalu: stabilną i radioaktywną. Ten rzadki metal występuje w postaci własnych związków i jest częścią wielu minerałów. Jeżeli tantal wchodzi w skład minerału, zawsze będzie występował razem z niobem.

Złoża związków tantalu i minerały występują w wielu krajach. Największe złoża tego pierwiastka w Europie znajdują się we Francji. Na kontynencie afrykańskim najwięcej tantalu ma Egipt. Wysokie zasoby tego metalu posiadają także Chiny i Tajlandia. Mniejsze złoża znajdują się w krajach WNP, Nigerii, Kanadzie, Australii i innych krajach. Jednak największe odkryte do tej pory złoża znajdują się w Australii.

Na świecie wydobywa się rocznie około 420 ton tantalu. Główne zakłady przetwórcze tego metalu znajdują się w USA i Niemczech. Warto podkreślić, że społeczność międzynarodowa deklaruje potrzebę zwiększenia produkcji tego rzadkiego metalu. Takie stwierdzenia wiążą się przede wszystkim ze wzrostem produkcji elektroniki, w której intensywnie wykorzystuje się ten element.

Tym samym z roku na rok zwiększa się liczba zagospodarowanych pól. Na przykład do głównych rozwijających się pól świata dodano kolejne miejsca w Brazylii, USA i Republice Południowej Afryki. Warto jednak zauważyć, że w ciągu ostatnich 10 lat doszło do intensywnego zmniejszenie produkcji tantalu. Najniższy poziom produkcji w XXI wieku miał miejsce w 2010 roku.

Cena tantalu

Koszt tantalu ulegał znacznym wahaniom w ciągu ostatnich 15 lat. I tak w latach 2002-2003 kup tantal było to możliwe za najniższą cenę. W tym roku cena tantalu wahała się od 340 do 375 dolarów za kilogram. W Rosji dziś można kupić tantal, cena czyli 2950 rubli za kilogram.

Tantal (Ta) to pierwiastek o liczbie atomowej 73 i masie atomowej 180,948. Jest elementem drugorzędnej podgrupy piątej grupy, szóstego okresu układu okresowego Dmitrija Iwanowicza Mendelejewa. Tantal w stanie wolnym w normalnych warunkach jest platynowo-szarym metalem o lekko ołowianym zabarwieniu, co jest konsekwencją tworzenia się warstwy tlenkowej (Ta 2 O 5). Tantal jest metalem ciężkim, ogniotrwałym, dość twardym, ale jednocześnie nie kruchym, jest bardzo plastyczny, łatwy w obróbce, szczególnie w czystej postaci.

W naturze tantal występuje w postaci dwóch izotopów: stabilnego 181 Ta (99,99%) i radioaktywnego 180 Ta (0,012%) z okresem półtrwania 10–12 lat. Ze sztucznie otrzymanego radioaktywnego 182 Ta (okres półtrwania 115,1 dni) stosuje się jako wskaźnik izotopu.

Pierwiastek został odkryty w 1802 roku przez szwedzkiego chemika A. G. Ekeberga w dwóch minerałach znalezionych w Finlandii i Szwecji. Został nazwany na cześć bohatera starożytnych mitów greckich Tantala ze względu na trudność w jego odizolowaniu. Przez długi czas minerały kolumbit, który zawiera kolumb (niob) i tantalit, który zawiera tantal, uważano za jedno i to samo. Przecież te dwa elementy często towarzyszą sobie nawzajem i są do siebie podobne pod wieloma względami. Opinia ta przez długi czas była uważana za słuszną wśród chemików wszystkich krajów, dopiero w 1844 roku niemiecki chemik Heinrich Rose ponownie zbadał kolumbity i tantality z różnych miejsc i odkrył w nich nowy metal o właściwościach podobnych do tantalu. To był niob. Plastikowy tantal z czystego metalu został po raz pierwszy uzyskany przez niemieckiego naukowca W. von Boltona w 1903 roku.

Główne złoża minerałów tantalu znajdują się w Finlandii, krajach skandynawskich, Ameryce Północnej, Brazylii, Australii, Francji, Chinach i wielu innych krajach.

Ze względu na to, że tantal ma szereg cennych właściwości - dobrą ciągliwość, wysoką wytrzymałość, spawalność, odporność na korozję w umiarkowanych temperaturach, ogniotrwałość i szereg innych ważnych cech - zastosowanie siedemdziesiątego trzeciego pierwiastka jest bardzo szerokie. Najważniejszymi obszarami zastosowań tantalu są elektronika i inżynieria mechaniczna. Około jedna czwarta światowej produkcji tantalu trafia do przemysłu elektrycznego i próżniowego. W elektronice służy do produkcji kondensatorów elektrolitycznych, anod lamp dużej mocy i siatek. W przemyśle chemicznym tantal wykorzystuje się do produkcji części maszyn stosowanych przy produkcji kwasów, gdyż pierwiastek ten charakteryzuje się wyjątkową odpornością chemiczną. Tantal nie rozpuszcza się nawet w tak agresywnym chemicznie środowisku jak woda królewska! Metale, takie jak pierwiastki ziem rzadkich, topi się w tyglach tantalowych. Wykonuje się z niego grzejniki do pieców wysokotemperaturowych. Ze względu na to, że tantal nie wchodzi w interakcję z żywymi tkankami organizmu ludzkiego i nie uszkadza ich, w chirurgii wykorzystuje się go do spajania kości w przypadku złamań. Jednak głównym odbiorcą tak cennego metalu jest hutnictwo (ponad 45%). W ostatnich latach tantal jest coraz częściej stosowany jako pierwiastek stopowy w stalach specjalnych - ultrawytrzymałych, odpornych na korozję, żaroodpornych. Ponadto wiele materiałów konstrukcyjnych szybko traci przewodność cieplną: na ich powierzchni tworzy się warstwa tlenku lub soli, która słabo przewodzi ciepło. Konstrukcje wykonane z tantalu i jego stopów nie stwarzają takich problemów. Powstała na nich warstwa tlenkowa jest cienka i dobrze przewodzi ciepło, a także posiada właściwości ochronne antykorozyjne.

Cenny jest nie tylko czysty tantal, ale także jego związki. Zatem wysoką twardość węglika tantalu wykorzystuje się do produkcji narzędzi węglikowych do szybkiego cięcia metalu. Stopy tantalu i wolframu nadają odporność cieplną wykonanym z nich częściom.

Właściwości biologiczne

Ze względu na swoją wysoką zgodność biologiczną – zdolność do współżycia z żywymi tkankami nie powodując podrażnień czy odrzucenia przez organizm – tantal znalazł szerokie zastosowanie w medycynie, głównie w chirurgii rekonstrukcyjnej – w celu odbudowy organizmu człowieka. Cienkie płytki tantalu służą do uszkodzenia czaszki - zamykają pęknięcia w czaszce. Medycyna zna przypadek, gdy z płytki tantalowej wykonano sztuczne ucho, a przeszczepiona skóra z uda zakorzeniła się tak dobrze i szybko, że wkrótce sztucznego narządu nie można było odróżnić od prawdziwego. Nici tantalowe służą do regeneracji uszkodzonej tkanki mięśniowej. Chirurdzy używają płytek tantalowych do mocowania ścian jamy brzusznej po operacjach. Nawet naczynia krwionośne można połączyć za pomocą spinaczy tantalowych. Siatki wykonane z tego wyjątkowego materiału wykorzystywane są do produkcji protez oka. Nici wykonane z tego metalu służą do zastąpienia ścięgien, a nawet zszywania włókien nerwowych.

Nie mniej powszechne jest stosowanie pięciotlenku tantalu Ta 2 O 5 - proponuje się stosowanie jego mieszaniny z niewielką ilością trójtlenku żelaza w celu przyspieszenia krzepnięcia krwi.

W ciągu ostatniej dekady rozwija się nowa dziedzina medycyny, bazująca na wykorzystaniu statycznych pól elektrycznych krótkiego zasięgu do stymulacji pozytywnych procesów biologicznych w organizmie człowieka. Co więcej, pola elektryczne powstają nie w wyniku tradycyjnych źródeł energii elektrycznej zasilanych sieciowo lub bateryjnie, ale w wyniku autonomicznie działających powłok elektretowych (dielektryka, który przez długi czas utrzymuje nieskompensowany ładunek elektryczny), nakładanych na implanty do różnych celów, szeroko stosowany w medycynie.

Obecnie pozytywne rezultaty stosowania elektretowych warstw pięciotlenku tantalu uzyskano w następujących obszarach medycyny: chirurgia szczękowo-twarzowa (zastosowanie implantów pokrytych Ta 2 O 5 eliminuje występowanie procesów zapalnych i skraca czas wszczepienia implantu) ; stomatologia ortopedyczna (powlekanie protez wykonanych z tworzyw akrylowych warstwą pięciotlenku tantalu eliminuje wszelkie możliwe objawy patologiczne spowodowane nietolerancją akrylanów); chirurgia (zastosowanie aplikatora elektretowego w leczeniu ubytków skóry i tkanki łącznej przy długotrwałych procesach niegojących się ran, odleżyn, owrzodzeń neurotroficznych, urazów termicznych); traumatologia i ortopedia (przyspieszenie rozwoju tkanki kostnej w leczeniu złamań i chorób układu mięśniowo-szkieletowego człowieka pod wpływem pola statycznego utworzonego przez elektretową warstwę powłokową).

Wszystkie te wyjątkowe osiągnięcia naukowe stały się możliwe dzięki pracy naukowej specjalistów z Państwowego Uniwersytetu Elektrotechnicznego w Petersburgu (LETI).

Oprócz obszarów wymienionych powyżej, w których stosuje się lub wprowadza się unikalne powłoki z pięciotlenku tantalu, istnieją rozwiązania, które są na bardzo wczesnym etapie. Należą do nich osiągnięcia dla następujących dziedzin medycyny: kosmetologia (produkcja materiału na bazie powłok z pięciotlenku tantalu, który zastąpi „złote nici”); kardiochirurgia (nakładanie folii elektretowych na wewnętrzną powierzchnię sztucznych naczyń krwionośnych, zapobiegających tworzeniu się skrzepów krwi); endoprotetyka (zmniejszenie ryzyka odrzucenia protez będących w ciągłej interakcji z tkanką kostną). Ponadto tworzone jest narzędzie chirurgiczne pokryte warstwą pięciotlenku tantalu.

Wiadomo, że tantal jest bardzo odporny na agresywne środowisko, o czym świadczy szereg faktów. Zatem w temperaturze 200°C na ten metal nie ma wpływu siedemdziesięcioprocentowy kwas azotowy! W kwasie siarkowym w temperaturze 150°C również nie obserwuje się korozji tantalu, a w 200°C metal koroduje, ale tylko o 0,006 mm rocznie!

Znany jest przypadek, gdy w jednym przedsiębiorstwie stosującym gazowy chlorowodór, części ze stali nierdzewnej uległy awarii już po kilku miesiącach. Jednak gdy tylko stal zastąpiono tantalem, nawet najcieńsze części (o grubości 0,3...0,5 mm) okazały się praktycznie nieokreślone - ich żywotność wzrosła do 20 lat!

Tantal, obok niklu i chromu, jest szeroko stosowany jako powłoka antykorozyjna. Obejmuje części o najróżniejszych kształtach i rozmiarach: tygle, rury, arkusze, dysze rakietowe i wiele innych. Ponadto materiał, na który nakładana jest powłoka tantalowa, może być bardzo różnorodny: żelazo, miedź, grafit, kwarc, szkło i inne. Co najciekawsze, twardość powłoki tantalu jest trzy do czterech razy większa niż twardość tantalu technicznego w postaci wyżarzonej!

Ze względu na to, że tantal jest bardzo cennym metalem, poszukiwania jego surowców trwają do dziś. Mineralogowie odkryli, że zwykłe granity oprócz innych cennych pierwiastków zawierają także tantal. Próbę wydobycia tantalu ze skał granitowych podjęto w Brazylii, uzyskano metal, jednak ekstrakcja ta nie osiągnęła skali przemysłowej – proces okazał się niezwykle kosztowny i skomplikowany.

Nowoczesne kondensatory elektrolityczne tantalowe są stabilne w działaniu, niezawodne i trwałe. Miniaturowe kondensatory wykonane z tego materiału, stosowane w różnych układach elektronicznych, oprócz powyższych zalet, mają jedną wyjątkową cechę: mogą samodzielnie przeprowadzać naprawy! Jak to się stało? Załóżmy, że integralność izolacji zostanie uszkodzona z powodu spadku napięcia lub z innego powodu - natychmiast w miejscu awarii ponownie tworzy się izolacyjna warstwa tlenku, a kondensator nadal działa, jakby nic się nie stało!

Niewątpliwie określenie „smart metal”, które pojawiło się w połowie XX wieku, czyli metal pomagający w działaniu inteligentnych maszyn, słusznie można przypisać tantalowi.

W niektórych obszarach tantal zastępuje, a czasem nawet konkuruje z platyną! Tak więc w jubilerstwie tantal często zastępuje droższy metal szlachetny w produkcji bransoletek, kopert zegarków i innej biżuterii. Na innym polu tantal skutecznie konkuruje z platyną – standardowe wagi analityczne wykonane z tego metalu nie ustępują jakością wagom platynowym.

Dodatkowo tantal zastępuje droższy iryd w produkcji stalówek do długopisów automatycznych.

Ze względu na swoje unikalne właściwości chemiczne tantal znalazł zastosowanie jako materiał na katody. Zatem katody tantalowe stosuje się do elektrolitycznego oddzielania złota i srebra. Ich wartość polega na tym, że osad metali szlachetnych można zmyć wodą królewską, która nie szkodzi tantalowi.

Z całą pewnością można mówić o tym, że jest coś symbolicznego, jeśli nie mistycznego, w tym, że szwedzki chemik Ekeberg, próbując nasycić nową substancję kwasami, ogarnęło jej „pragnienie” i nadał nowemu pierwiastkowi nazwę w ku czci mitycznego złoczyńcy, który zabił własnego syna i zdradził bogów. A dwieście lat później okazało się, że ten element jest w stanie dosłownie „zaszyć” człowieka, a nawet „wymienić” jego ścięgna i nerwy! Okazuje się, że męczennik, pogrążony w podziemiach, odpokutowuje swoje winy, pomagając człowiekowi, próbuje błagać bogów o przebaczenie...

Fabuła

Tantal to bohater starożytnych mitów greckich, król lidyjski lub frygijski, syn Zeusa. Wyjawił tajemnice bogów olimpijskich, ukradł ambrozję z ich uczty i poczęstował olimpijczyków potrawą przygotowaną z ciała jego własnego syna Pelopsa, którego zabił. Za swoje okrucieństwa Tantal został skazany przez bogów na wieczne męki głodu, pragnienia i strachu w podziemnym świecie Hadesu. Od tego czasu stoi po szyję w przejrzystej, krystalicznie czystej wodzie, a gałęzie uginają się w stronę głowy pod ciężarem dojrzałych owoców. Tylko on nie jest w stanie ugasić pragnienia ani głodu – woda opada, gdy tylko próbuje się napić, a gałęzie unosi wiatr, w rękach głodnego zabójcy. Nad głową Tantala wisi kamień, który w każdej chwili może się zawalić, zmuszając nieszczęsnego grzesznika do wiecznego cierpienia ze strachu. Dzięki temu mitowi powstało określenie „męka tantalu”, oznaczające cierpienie nieznośne, eteryczne próby wyzwolenia się z udręki. Podobno podczas nieudanych prób szwedzkiego chemika Ekeberga rozpuszczenia odkrytej w 1802 roku „ziemi” w kwasach i wyizolowania z niej nowego pierwiastka, właśnie to określenie przyszło mu do głowy. Niejednokrotnie naukowiec myślał, że jest blisko celu, jednak nigdy nie udało mu się wyizolować nowego metalu w czystej postaci. Tak pojawiła się „męczeńska” nazwa nowego pierwiastka.

Odkrycie tantalu jest ściśle związane z odkryciem innego pierwiastka - niobu, który narodził się rok wcześniej i pierwotnie otrzymał nazwę Columbia, którą nadał mu odkrywca Hatchet. Pierwiastek ten jest bliźniakiem tantalu i jest mu bliski pod wieloma właściwościami. To właśnie ta bliskość wprowadziła w błąd chemików, którzy po wielu debatach doszli do błędnego wniosku, że tantal i kolumb to ten sam pierwiastek. To błędne przekonanie trwało ponad czterdzieści lat, aż w 1844 roku słynny niemiecki chemik Heinrich Rose podczas wielokrotnych badań kolumbitów i tantalitów z różnych złóż udowodnił, że kolumb jest pierwiastkiem niezależnym. Kolumbia badana przez Gatcheta była niobem o dużej zawartości tantalu, co wprowadziło świat naukowy w błąd. Na cześć tak bliskiego związku między dwoma żywiołami Róża nadała Kolumbii nową nazwę Niob - na cześć córki króla frygijskiego Tantala Niobia. Chociaż Rose popełnił także błąd, rzekomo odkrywając inny nowy pierwiastek, który nazwał Pelopiusem (na cześć syna Tantala, Pelopsa), jego prace stały się podstawą do ścisłego rozróżnienia niobu (kolumbi) i tantalu. Tyle że nawet po zeznaniach Rose’a tantal i niob były przez długi czas mylone. Dlatego tantal nazwano kolumbium, w Rosji kolumbem. Hess w swoich „Zasadach czystej chemii” aż do szóstego wydania (1845) mówi tylko o tantalu, nie wspominając o Kolumbii; Dvigubsky (1824) wymienia nazwę tantal. Takie błędy i zastrzeżenia są zrozumiałe – metodę oddzielania tantalu i niobu opracował dopiero w 1866 roku szwajcarski chemik Marignac, a jako taki czysty tantal pierwiastkowy jeszcze nie istniał: w końcu naukowcom udało się uzyskać ten metal w czystej postaci ukształtował się dopiero w XX w. Pierwszym, któremu udało się uzyskać tantal metaliczny, był niemiecki chemik von Bolton, a stało się to dopiero w 1903 roku. Wcześniej oczywiście podejmowano próby uzyskania czystego tantalu, ale wszystkie wysiłki chemików zakończyły się niepowodzeniem. Na przykład francuski chemik Moissan otrzymał proszek metalu, który, jak twierdził, był czystym tantalem. Jednakże proszek ten, otrzymany przez redukcję pięciotlenku tantalu Ta2O5 węglem w piecu elektrycznym, nie był czystym tantalem; proszek zawierał 0,5% węgla.

W rezultacie szczegółowe badania właściwości fizykochemicznych pierwiastka siedemdziesiątego trzeciego stały się możliwe dopiero na początku XX wieku. Przez kilka kolejnych lat tantal nie znalazł praktycznego zastosowania. Dopiero w 1922 roku można było go zastosować w prostownikach prądu przemiennego.

Będąc w naturze

Średnia zawartość siedemdziesiątego trzeciego pierwiastka w skorupie ziemskiej (clarke) wynosi 2,5∙10 -4% masowych. Tantal jest charakterystycznym pierwiastkiem skał kwaśnych – granitów i muszli osadowych, w których średnia jego zawartość sięga 3,5∙10 -4%, natomiast dla skał ultrazasadowych i zasadowych – górnych partii płaszcza i głębokich partii skorupy ziemskiej, stężenie tantalu jest tam znacznie niższe: 1,8∙10 -6%. Tantal jest rozproszony w skałach pochodzenia magmowego, a także w biosferze, ponieważ jest izomorficzny z wieloma pierwiastkami chemicznymi.

Pomimo niskiej zawartości tantalu w skorupie ziemskiej, jego minerały są bardzo rozpowszechnione - jest ich ponad setka, zarówno samych minerałów tantalu, jak i rud zawierających tantal, wszystkie powstały w związku z działalnością magmową (tantal, kolumbit, loparyt, pirochlor i inne). We wszystkich minerałach towarzyszem tantalu jest niob, co tłumaczy się ogromnym podobieństwem chemicznym pierwiastków i niemal identycznymi rozmiarami ich jonów.

Same rudy tantalu mają stosunek Ta 2 O 5: Nb 2 O 5 ≥1. Głównymi minerałami rud tantalu są kolumbit-tantalit (zawartość Ta 2 O 5 30-45%), tantalit i manganotantalit (Ta 2 O 5 45-80%), wodginit (Ta, Mn, Sn) 3 O 6 (Ta 2 O 5 60-85%), mikrolit Ca 2 (Ta, Nb) 2 O 6 (F, OH) (Ta 2 O 5 50-80%) i inne. Tantalit (Fe, Mn)(Ta, Nb) 2 O 6 występuje w kilku odmianach: ferrotantalit (FeO>MnO), manganotantalit (MnO>FeO). Tantalit występuje w różnych odcieniach, od czarnego do czerwono-brązowego. Głównymi minerałami rud tantalowo-niobowych, z których wraz z niobem wydobywa się znacznie droższy tantal, są kolumbit (Ta 2 O 5 5-30%), pirochlor zawierający tantal (Ta 2 O 5 1-4%) , loparyt (Ta 2 O 5 0,4-0,8%), gatchettolit (Ca, Tr, U) 2 (Nb, Ta) 2 O 6 (F, OH)∙nH 2 O (Ta 2 O 5 8-28%), ixiolite (Nb , Ta, Sn, W, Sc) 3 O 6 i kilka innych. Niobiany tantalu zawierające U, Th, TR są metamiktowe, wysoce radioaktywne i zawierają zmienne ilości wody; modyfikacje polimorficzne są powszechne. Niobiany tantalu tworzą niewielkie rozprzestrzenienia, duże alokacje są rzadkie (kryształy są charakterystyczne głównie dla loparytu, pirochloru i kolumbitu-tantalitu). Kolor czarny, ciemnobrązowy, brązowo-żółty. Zwykle półprzezroczysty lub lekko przezroczysty.

Istnieje kilka głównych przemysłowych i genetycznych typów złóż rud tantalu. Pegmatyty metali rzadkich typu natrolitowego są reprezentowane przez strefowe ciała żył składające się z albitu, mikroklinu, kwarcu i, w mniejszym stopniu, spodumenu lub płatków. Granity zawierające tantal z rzadkimi metalami (apogranity) są reprezentowane przez małe składy i kopuły granitów mikroklinowo-kwarcowo-albitowych, często wzbogaconych w topazy i miki litowe zawierające rzadkie rozprzestrzenienie kolumbitu-tantalitu i mikrolitu. Skorupy wietrzne, placery deluwialno-aluwialne i aluwialne powstałe w związku z niszczeniem pegmatytów zawierają kasyteryt i minerały z grupy kolumbitowo-tantalitowej. Loparytowe sjenity nefelinowe o składzie lujavrite i foyalite.

Ponadto złoża złożonych rud tantalu i niobu, reprezentowanych przez karbonatyty i powiązane skały forsterytowo-apatytowo-magnetytowe, są wykorzystywane w przemyśle; Granity i granosjenity alkaliczne mikroklinowo-albitowe riebekitowe i inne. Część tantalu ekstrahuje się z wolframitów ze złóż greisen.

Największe złoża rud tytanu znajdują się w Kanadzie (Manitoba, Jezioro Bernick), Australii (Greenbushes, Pilbara), Malezji i Tajlandii (placery cyny zawierające tantal), Brazylii (Paraiba, Rio Grande do Norte) oraz szeregu krajów afrykańskich stanach (Zair, Nigeria, Rodezja Południowa).

Aplikacja

Tantal znalazł zastosowanie techniczne dość późno – już na początku XX wieku zaczęto go stosować jako materiał na żarniki lamp elektrycznych, co wynikało z właściwości tego metalu, m.in. ogniotrwałości. Jednak szybko stracił on na znaczeniu w tej dziedzinie i został zastąpiony tańszym i bardziej ogniotrwałym wolframem. Tantal ponownie stał się „nieodpowiedni technicznie” aż do lat dwudziestych XX wieku, kiedy zaczęto go stosować w prostownikach prądu przemiennego (tantal pokryty warstwą tlenku przepuszcza prąd tylko w jednym kierunku), a rok później - w lampach radiowych . Po czym metal zyskał uznanie i wkrótce zaczął podbijać coraz to nowe obszary przemysłu.

Obecnie tantal ze względu na swoje unikalne właściwości znajduje zastosowanie w elektronice (produkcja kondensatorów o dużej pojemności właściwej). Około jedna czwarta światowej produkcji tantalu trafia do przemysłu elektrycznego i próżniowego. Ze względu na wysoką obojętność chemiczną zarówno samego tantalu, jak i jego warstwy tlenkowej, elektrolityczne kondensatory tantalowe są bardzo stabilne w działaniu, niezawodne i trwałe: ich żywotność może sięgać ponad dwunastu lat. W inżynierii radiowej tantal jest stosowany w sprzęcie radarowym. Minikondensatory tantalowe znajdują zastosowanie w nadajnikach radiowych, instalacjach radarowych i innych układach elektronicznych.

Głównym konsumentem tantalu jest hutnictwo, które zużywa ponad 45% produkowanego metalu. Tantal jest aktywnie stosowany jako pierwiastek stopowy w stalach specjalnych - wyjątkowo mocny, odporny na korozję, żaroodporny. Dodatek tego pierwiastka do konwencjonalnych stali chromowych zwiększa ich wytrzymałość oraz zmniejsza kruchość po hartowaniu i wyżarzaniu. Produkcja stopów żaroodpornych stanowi ogromne zapotrzebowanie w technologii rakietowej i kosmicznej. W przypadkach, gdy dysze rakietowe są chłodzone ciekłym metalem, który może powodować korozję (lit lub sód), po prostu nie da się obejść bez stopu tantalu i wolframu. Ponadto grzałki do pieców próżniowych wysokotemperaturowych, grzałki i mieszalniki wykonywane są ze stali żaroodpornych. Węglik tantalu (temperatura topnienia 3880°C) stosowany jest do produkcji stopów twardych (mieszanek wolframu i węglików tantalu - gatunki o indeksie TT, do najcięższych warunków obróbki metali i udarowego wiercenia obrotowego najmocniejszych materiałów (kamień, kompozyty) ).

Stale stopowe z tantalem są szeroko stosowane, na przykład w inżynierii chemicznej. Przecież takie stopy mają wyjątkową odporność chemiczną, są plastyczne, żaroodporne i żaroodporne, dzięki tym właściwościom tantal stał się niezbędnym materiałem konstrukcyjnym dla przemysłu chemicznego. Urządzenia tantalowe wykorzystywane są do produkcji wielu kwasów: solnego, siarkowego, azotowego, fosforowego, octowego, a także bromu, chloru i nadtlenku wodoru. Wykonuje się z niego wężownice, destylatory, zawory, mieszalniki, aeratory i wiele innych części aparatury chemicznej. Czasem – całe urządzenia. Katody tantalowe służą do elektrolitycznego oddzielania złota i srebra. Zaletą tych katod jest to, że osady złota i srebra można zmyć wodą królewską, która nie szkodzi tantalowi.

Ponadto tantal wykorzystuje się do produkcji instrumentów (aparatu rentgenowskiego, przyrządów kontrolnych, przepon); w medycynie (materiał do chirurgii rekonstrukcyjnej); w energetyce jądrowej - jako wymiennik ciepła w systemach energetyki jądrowej (tantal jest najbardziej stabilnym ze wszystkich metali w przegrzanych stopach i parach cezu-133). Wysoka zdolność tantalu do pochłaniania gazów wykorzystywana jest do utrzymywania wysokiej próżni (elektryczne urządzenia próżniowe).

W ostatnich latach tantal zaczęto stosować jako materiał jubilerski ze względu na jego zdolność do tworzenia na powierzchni trwałych warstw tlenkowych o dowolnym kolorze.

Szeroko stosowane są również związki tantalu. Pięciotlenek tantalu jest stosowany w technologii nuklearnej do topienia szkła pochłaniającego promieniowanie gamma. Fluorantalan potasu stosowany jest jako katalizator w produkcji kauczuku syntetycznego. Pięciotlenek tantalu odgrywa również tę samą rolę przy wytwarzaniu butadienu z alkoholu etylowego.

Produkcja

Wiadomo, że rudy zawierające tantal są rzadkie i ubogie w ten pierwiastek. Głównymi surowcami do produkcji tantalu i jego stopów są koncentraty tantalitu i loparytu zawierające tylko 8% Ta 2 O 5 i ponad 60% Nb 2 O 5. Ponadto przetwarzane są nawet te rudy, które zawierają tylko setne procent (Ta, Nb) 2 O 5!

Technologia produkcji tantalu jest dość złożona i przebiega w trzech etapach: otwieranie lub rozkład; oddzielanie tantalu od niobu i otrzymywanie ich czystych związków chemicznych; odzyskiwanie i rafinacja tantalu.

Otwarcie koncentratu tantalu, czyli ekstrakcja tantalu z rud odbywa się za pomocą zasad (topienie) lub kwasu fluorowodorowego (rozkład) lub mieszaniny kwasu fluorowodorowego i siarkowego. Po czym przechodzą do drugiego etapu produkcji – ekstrakcji ekstrakcyjnej i separacji tantalu i niobu. Ostatnie zadanie jest bardzo trudne ze względu na podobieństwo właściwości chemicznych tych metali i niemal identyczną wielkość ich jonów. Do niedawna metale oddzielano jedynie metodą zaproponowaną w 1866 roku przez szwajcarskiego chemika Marignaca, który wykorzystał różną rozpuszczalność fluorotantalanu potasu i fluoroniobianu potasu w rozcieńczonym kwasie fluorowodorowym. Współczesny przemysł wykorzystuje kilka metod oddzielania tantalu i niobu: ekstrakcję rozpuszczalnikami organicznymi, selektywną redukcję pięciochlorku niobu, frakcyjną krystalizację złożonych soli fluorkowych, separację za pomocą żywic jonowymiennych, rektyfikację chlorków. Obecnie najczęściej stosowaną metodą separacji (jest ona również najbardziej zaawansowaną) jest ekstrakcja z roztworów związków fluorku tantalu i niobu zawierających kwas fluorowodorowy i siarkowy. Jednocześnie tantal i niob są również oczyszczane z zanieczyszczeń innymi pierwiastkami: krzemem, tytanem, żelazem, manganem i innymi pokrewnymi pierwiastkami. Jeśli chodzi o rudy loparytowe, ich koncentraty przetwarzane są metodą chlorową w celu wytworzenia kondensatu chlorków tantalu i niobu, które są dalej rozdzielane poprzez rektyfikację. Rozdzielanie mieszaniny chlorków składa się z następujących etapów: rektyfikacja wstępna (następuje oddzielenie chlorków tantalu i niobu od towarzyszących zanieczyszczeń), rektyfikacja główna (w celu uzyskania czystego koncentratu NbCl 5 i TaCl 5) oraz rektyfikacja końcowa frakcji tantalu (do otrzymać czysty TaCl5). Po oddzieleniu metali pokrewnych faza tantalu jest wytrącana i oczyszczana w celu wytworzenia fluorotantalanu potasu o zwiększonej czystości (przy użyciu KCl).

Tantal metaliczny otrzymuje się poprzez redukcję jego związków o wysokiej czystości, do czego można zastosować kilka metod. Jest to albo redukcja tantalu z pięciotlenku za pomocą sadzy w temperaturze 1800-2000 ° C (metoda karbotermiczna), albo redukcja fluorotantalanu potasu sodem po podgrzaniu (metoda termiczna sodu), albo redukcja elektrochemiczna ze stopu zawierającego fluorotantalan potasu i tlenek tantalu (metoda elektrolityczna). Tak czy inaczej metal otrzymuje się w postaci proszku o czystości 98-99%. Aby otrzymać metal w postaci wlewków, spieka się go w postaci wstępnie sprasowanych kęsów z proszku. Spiekanie następuje poprzez przepuszczanie prądu o temperaturze 2500–2700 °C lub ogrzewanie w próżni w temperaturze 2200–2500 °C. Po czym czystość metalu znacznie wzrasta, osiągając poziom 99,9-99,95%.

Do dalszej rafinacji i produkcji wlewków tantalu stosuje się elektryczne stapianie próżniowe w piecach łukowych z elektrodą topliwą, a do głębszego rafinacji stosuje się stapianie wiązką elektronów, co znacznie zmniejsza zawartość zanieczyszczeń w tantalu, zwiększa jego ciągliwość i obniża temperaturę przejścia w stan kruchy. Tantal o takiej czystości zachowuje wysoką ciągliwość w temperaturach bliskich zera absolutnego! Powierzchnia wlewka tantalu jest topiona (aby nadać powierzchni wlewka wymagane właściwości) lub obrabiana na tokarce.

Właściwości fizyczne

Dopiero na początku XX wieku naukowcy dotarli do czystego tantalu i mogli szczegółowo zbadać właściwości tego jasnoszarego metalu z lekko niebieskawym odcieniem ołowiu. Jakie właściwości ma ten pierwiastek? Zdecydowanie tantal jest metalem ciężkim: jego gęstość wynosi 16,6 g/cm 3 w temperaturze 20°C (dla porównania żelazo ma gęstość 7,87 g/cm 3, ołów 11,34 g/cm 3) i do transportu jednego metr sześcienny Do tego elementu potrzeba sześciu trzytonowych ciężarówek. Wysoka wytrzymałość i twardość połączona jest z doskonałymi właściwościami plastycznymi. Czysty tantal dobrze nadaje się do obróbki mechanicznej, łatwo daje się tłoczyć, przetwarzać na najcieńsze arkusze (o grubości około 0,04 mm) i drut (moduł sprężystości tantalu 190 Hn/m2 lub 190,102 kgf/mm2 w temperaturze 25 °C). Na zimno metal można obrabiać bez znacznego utwardzania przez zgniot i ulega odkształceniu przy stopniu sprężania 99% bez wypalania pośredniego. Nie obserwuje się przejścia tantalu ze stanu plastycznego do kruchego nawet po schłodzeniu do -196°C. Wytrzymałość na rozciąganie wyżarzonego tantalu o wysokiej czystości wynosi 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) w temperaturze 27°C i 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) w temperaturze 490°C; wydłużenie względne 36% (przy 27°C) i 20% (przy 490°C). Tantal ma sześcienną siatkę skupioną wokół ciała (a = 3,296 A); promień atomowy 1,46 A, promienie jonowe Ta 2+ 0,88 A, Ta 5+ 0,66 A.

Jak wspomniano wcześniej, tantal jest metalem bardzo twardym (twardość Brinella blach tantalu w stanie wyżarzonym wynosi 450-1250 MPa, w stanie odkształconym 1250-3500 MPa). Ponadto możliwe jest zwiększenie twardości metalu poprzez dodanie do niego szeregu zanieczyszczeń, np. węgla lub azotu (twardość Brinella blachy tantalu po absorpcji gazów podczas ogrzewania wzrasta do 6000 MPa). W rezultacie zanieczyszczenia międzywęzłowe przyczyniają się do wzrostu twardości Brinella, wytrzymałości na rozciąganie i granicy plastyczności, ale zmniejszają plastyczność i zwiększają kruchość na zimno, innymi słowy, powodują kruchość metalu. Innymi charakterystycznymi cechami siedemdziesiątego trzeciego pierwiastka jest jego wysoka przewodność cieplna, w temperaturze 20–100 °C wartość ta wynosi 54,47 W/(m∙K) lub 0,13 cal/(cm·sec·°С) i ogniotrwałość (być może najbardziej ważna właściwość fizyczna tantalu) – topi się w temperaturze prawie 3000°C (dokładniej 2996°C), ustępując jedynie wolframowi i renu. Temperatura wrzenia tantalu jest również niezwykle wysoka: 5300 °C.

Jeśli chodzi o inne właściwości fizyczne tantalu, jego ciepło właściwe w temperaturach od 0 do 100 °C wynosi 0,142 kJ/(kg·K) lub 0,034 cal/(g °C); współczynnik temperaturowy rozszerzalności liniowej tantalu wynosi 8,0·10 -6 (w temperaturach 20–1500 °C). Rezystywność elektryczna siedemdziesiątego trzeciego elementu w temperaturze 0 °C wynosi 13,2 · 10 -8 oma-m, w temperaturze 2000 °C 87 · 10 -8 om-m. W temperaturze 4,38 K metal staje się nadprzewodnikiem. Tantal jest paramagnetykiem, właściwa podatność magnetyczna 0,849·10 -6 (w 18 °C).

Tantal ma zatem unikalny zestaw właściwości fizycznych: wysoki współczynnik przenikania ciepła, wysoką zdolność pochłaniania gazów, odporność na ciepło, ogniotrwałość, twardość i plastyczność. Ponadto wyróżnia się dużą wytrzymałością - dobrze nadaje się do obróbki ciśnieniowej wszystkimi istniejącymi metodami: kucie, tłoczenie, walcowanie, ciągnienie, skręcanie. Tantal charakteryzuje się dobrą spawalnością (spawanie i lutowanie w argonie, helu lub w próżni). Ponadto tantal charakteryzuje się wyjątkową odpornością chemiczną i korozyjną (z utworzeniem filmu anodowego), niskim ciśnieniem pary i niską pracą elektronów, a ponadto dobrze dogaduje się z żywą tkanką organizmu.

Właściwości chemiczne

Zdecydowanie jedną z najcenniejszych właściwości tantalu jest jego wyjątkowa odporność chemiczna: pod tym względem ustępuje jedynie metalom szlachetnym, a nawet i nie zawsze. Jest odporny na kwasy solny, siarkowy, azotowy, fosforowy i organiczne we wszystkich stężeniach (do temperatury 150°C). Tantal pod względem stabilności chemicznej przypomina szkło - jest nierozpuszczalny w kwasach i ich mieszaninach, nie rozpuszcza go nawet woda królewska, wobec czego złoto i platyna oraz szereg innych cennych metali są bezsilne. Siedemdziesiąty trzeci pierwiastek rozpuszcza się tylko w mieszaninie kwasu fluorowodorowego i azotowego. Ponadto reakcja z kwasem fluorowodorowym zachodzi tylko z pyłem metalu i towarzyszy jej eksplozja. Nawet w gorących kwasach solnych i siarkowych tantal jest bardziej odporny niż jego brat bliźniak, niob. Tantal jest jednak mniej odporny na zasady - gorące roztwory żrących zasad powodują korozję metalu. Sole kwasów tantalowych (tantalany) wyrażane są ogólnym wzorem: xMe 2 O yTa 2 O 5 H 2 O, obejmują one metatantalany MeTaO 3, ortotantalany Me 3 TaO 4, sole takie jak Me 5 TaO 5, gdzie Me jest metalem alkalicznym ; w obecności nadtlenku wodoru tworzą się także nadtantalany. Najważniejsze tantalany metali alkalicznych to KTaO 3 i NaTaO 3; sole te są ferroelektrykami.

Na wysoką odporność korozyjną tantalu wskazuje także jego oddziaływanie z tlenem atmosferycznym, a raczej wysoka odporność na to oddziaływanie. Metal zaczyna się utleniać dopiero w temperaturze 280°C, pokrywając się warstwą ochronną z Ta 2 O 5 (pięciotlenek tantalu jest jedynym stabilnym tlenkiem metalu), która chroni metal przed działaniem odczynników chemicznych i zapobiega przepływowi prądu elektrycznego od metalu do elektrolitu. Jednak wraz ze wzrostem temperatury do 500°C warstwa tlenku stopniowo staje się porowata, rozwarstwia się i oddziela od metalu, pozbawiając powierzchnię warstwy ochronnej przed korozją. Dlatego zaleca się przeprowadzanie obróbki ciśnieniowej na gorąco w próżni, ponieważ w powietrzu metal utlenia się na znaczną głębokość. Obecność azotu i tlenu zwiększa twardość i wytrzymałość tantalu, jednocześnie zmniejszając jego ciągliwość i powodując kruchość metalu, a jak wspomniano wcześniej, tantal tworzy stały roztwór i tlenek Ta 2 O 5 z tlenem (wraz ze wzrostem zawartości O 2 w tantalu następuje gwałtowny wzrost właściwości wytrzymałościowych i silny spadek ciągliwości i odporności na korozję). Tantal reaguje z azotem tworząc trzy fazy – stały roztwór azotu w tantalu, azotki tantalu: Ta2N i TaN – w zakresie temperatur od 300 do 1100°C. W tantalu można pozbyć się azotu i tlenu w warunkach wysokiej próżni (w temperaturach powyżej 2000°C).

Tantal słabo reaguje z wodorem do temperatury 350°C; szybkość reakcji znacznie wzrasta dopiero od 450°C (powstaje wodorek tantalu i tantal staje się kruchy). To samo ogrzewanie w próżni (ponad 800°C) pomaga pozbyć się wodoru, podczas którego przywracane są właściwości mechaniczne tantalu i wodór jest całkowicie usuwany.

Fluor działa na tantal już w temperaturze pokojowej, a fluorowodór również reaguje z metalem. Suchy chlor, brom i jod działają chemicznie na tantal w temperaturach 150°C i wyższych. Chlor zaczyna aktywnie oddziaływać z metalem w temperaturze 250°C, bromem i jodem w temperaturze 300°C. Tantal zaczyna oddziaływać z węglem w bardzo wysokich temperaturach: 1200–1400 °C i następuje powstawanie ogniotrwałych węglików tantalu, które są bardzo odporne na kwasy. Tantal łączy się z borem, tworząc borki – stałe, ogniotrwałe związki odporne na działanie wody królewskiej. Tantal tworzy ciągłe roztwory stałe z wieloma metalami (molibden, niob, tytan, wolfram, wanad i inne). Tantal tworzy ograniczone roztwory stałe ze złotem, aluminium, niklem, berylem i krzemem. Tantal nie tworzy związków z magnezem, litem, potasem, sodem i niektórymi innymi pierwiastkami. Czysty tantal jest odporny na wiele ciekłych metali (stopy Na, K, Li, Pb, U-Mg i Pu-Mg).

Tantal to srebrzystobiały metal o wysokiej temperaturze topnienia. Liczba ta wynosi 3017 stopni Celsjusza. Tantal ma dużą wartość dla współczesnego przemysłu, ponieważ charakteryzuje się twardością, ale jednocześnie jest plastyczny jak złoto. Metal sprawdził się dobrze w obróbce skrawaniem, można go zwinąć w cienki drut i można go tłoczyć.

Tantal został po raz pierwszy odkryty przez szwedzkiego chemika A.G. Ekeberg. Minerał ten był częścią dwóch minerałów znalezionych w Finlandii i Szwecji. Nie wynaleziono wówczas metody pozwalającej na otrzymanie tego metalu w czystej postaci. Wydobycie metalu na skalę przemysłową zaczęto stosunkowo niedawno – w 1922 roku.

Tantal ma doskonałe właściwości paramagnetyczne. Czysty metal nie reaguje z zasadami, kwasami organicznymi i nieorganicznymi. Utlenianie tantalu w powietrzu następuje w temperaturach przekraczających 250 stopni Celsjusza. Jeśli mówimy o jego odporności chemicznej na odczynniki, to pod tym względem jest podobny do szkła.

Wydobycie i produkcja tantalu

Tantal zaliczany jest do metali rzadkich. W naturze występuje w postaci izotopów - stabilnych i radioaktywnych. Obecnie wyodrębnia się około dwudziestu minerałów tantalu i około sześćdziesięciu minerałów zawierających ten metal. Największe złoże tantalu odkryto w Australii. Minerał ten wydobywa się także w Chinach, Francji, krajach WNP, Brazylii i Kanadzie. Obwód murmański produkuje większość tantalu, który odkryto w złożach Federacji Rosyjskiej.

Tantal ma dość złożoną technologię produkcji. Aby go uzyskać, przetwarza się ponad trzy tysiące ton rudy, przez co metal ma bardzo wysoki koszt, przekraczający 4500 dolarów za kilogram.

Zastosowania tantalu

Metal otrzymał szeroki zakres zastosowań. Na początkowym etapie produkcji służył głównie do produkcji drutu do lamp żarowych. Obecnie szeroka gama wyrobów wytwarzana jest z metalu i jego stopów. Do najbardziej popularnych i cieszących się dużym zainteresowaniem należą urządzenia dla przemysłu chemicznego oraz wymienniki ciepła dla systemów energetyki jądrowej. Drut tantalowy jest aktywnie stosowany w kriotronach.

Metal znalazł szerokie zastosowanie we współczesnej medycynie. Tutaj wytwarza się z niego drut, folię i arkusze przeznaczone do mocowania tkanek i nerwów oraz do produkcji protez.

Tantal cieszy się dość dużym zainteresowaniem w produkcji biżuterii. W tym obszarze doceniono jego zdolność do tworzenia trwałej warstwy tlenkowej o tęczowym wyglądzie. Metal wykorzystywany jest w przemyśle nuklearnym i wojskowym, gdzie wykorzystuje się go do produkcji broni. Wraz z hafnem może służyć jako idealne źródło promieniowania gamma. Do produkcji sprzętu lotniczego wykorzystuje się berylid tytanu, który słynie z doskonałej twardości i odporności na negatywne czynniki środowiskowe.

W przyszłości zakres zastosowań tego metalu będzie jeszcze większy, gdyż posiada on doskonałe właściwości chemiczne i fizyczne.

Kupuję tantal

Jedną z działalności naszej firmy jest skup tantalu. Oferujemy korzystne warunki współpracy. Produkty można zwrócić w punkcie odbioru lub wysłać pocztą.

Tantal- jasnoszary metal z lekko niebieskawym odcieniem. Pod względem ogniotrwałości (temperatura topnienia około 3000°C) ustępuje jedynie wolframowi i renowi. Wysoka wytrzymałość i twardość połączona jest z doskonałymi właściwościami plastycznymi. Czysty tantal dobrze nadaje się do różnych procesów obróbki mechanicznej, można go łatwo tłoczyć i przetwarzać na najcieńsze arkusze (o grubości około 0,04 milimetra) oraz drut.

Tantal ma sześcienną siatkę skupioną wokół ciała (a = 3,296 Å); promień atomowy 1,46 Å, promienie jonowe Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; gęstość 16,6 g/cm3 w 20°C; t pl 2996 °C; Temperatura Kipa 5300°C; ciepło właściwe w temperaturze 0-100°C 0,142 kJ/(kg · K); przewodność cieplna w temperaturze 20-100 °C 54,47 W/(m·K). Współczynnik temperaturowy rozszerzalności liniowej 8,0·10 -6 (20-1500 °C); właściwy opór elektryczny w 0 °C 13,2·10 -8 om·m, w 2000 °С 87,10 -8 om·m.

Przy 4,38 K staje się nadprzewodnikiem. Tantal jest paramagnetykiem, właściwa podatność magnetyczna 0,849·10 -6 (18 °C). Czysty tantal jest plastycznym metalem, który można obrabiać pod ciśnieniem na zimno bez znacznego utwardzania. Można go odkształcać ze stopniem redukcji wynoszącym 99% bez wyżarzania pośredniego. Nie wykryto przejścia tantalu ze stanu plastycznego w kruchy po ochłodzeniu do -196°C.

Moduł sprężystości tantalu wynosi 190 H/m 2 (190,10 2 kgf/mm 2) w temperaturze 25 °C. Wytrzymałość na rozciąganie wyżarzanego tantalu o wysokiej czystości wynosi 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) w temperaturze 27°C i 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) w temperaturze 490°C; wydłużenie względne 36% (27°C) i 20% (490°C). Twardość Brinella czystego rekrystalizowanego tantalu wynosi 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Właściwości tantalu zależą w dużej mierze od jego czystości; zanieczyszczenia takie jak wodór, azot, tlen i węgiel powodują, że metal jest kruchy.