Стремительное развитие современных технологий сегодня непременно связанно с использованием эффективных материалов и веществ, которые имеют достаточно практичные и весьма полезные свойства и особенности.
В этом ракурсе стоит обратить внимание на такой уникальный химический элемент, как тантал. И это неудивительно, ведь благодаря своим прочностным характеристикам, сегодня применение тантала становится достаточно актуальным во многих сферах промышленности.
Чтобы расширить кругозор обывателя в этой теме, опишем подробно физико-химические особенности тантала и расскажем о том, где сегодня весьма успешно применяется этот металл.
Тантал, свойства атома, химические и физические свойства.
Ta 73 Тантал
180,94788(2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d3 6s2
Тантал — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 73. Расположен в 5-й группе (по старой классификации — побочной подгруппе пятой группы), шестом периоде периодической системы.
Атом и молекула тантала. Формула тантала. Строение атома тантала
Изотопы и модификации тантала
Свойства тантала (таблица): температура, плотность, давление и пр.
Физические свойства тантала
Химические свойства тантала. Взаимодействие тантала. Химические реакции с танталом
Получение тантала
Применение тантала
Таблица химических элементов Д.И. Менделеева
Получение
Основным сырьём для производства тантала и его сплавов служат танталитовые и лопаритовые концентраты, содержащие около 8 % Та2О5
, 60 % и более
Nb2O5
. Концентраты разлагают кислотами или щелочами, лопаритовые — хлорируют. Разделение
Та
и
Nb
производят с помощью экстракции. Металлический тантал обычно получают восстановлением
Ta2O5
углеродом, либо электрохимически из расплавов. Компактный металл производят вакуумно дуговой, плазменной плавкой или методом порошковой металлургии.
Атом и молекула тантала. Формула тантала. Строение атома тантала:
Тантал (лат. Tantalum, назван по имени героя древнегреческой мифологии Тантала) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Ta и атомным номером 73. Расположен в 5-й группе (по старой классификации – побочной подгруппе пятой группы), шестом периоде периодической системы.
Тантал – металл. Относится к переходным металлам.
Тантал обозначается символом Ta.
Как простое вещество тантал при нормальных условиях представляет собой твёрдый, тяжёлый серебристо-белый металл со слабым свинцовым (синеватым) оттенком вследствие образования плотной оксидной плёнки.
Молекула тантала одноатомна.
Химическая формула тантала Ta.
Электронная конфигурация атома тантала 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d3 6s2. Потенциал ионизации (первый электрон) атома тантала равен 728,42 кДж/моль (7,549571(25) эВ).
Строение атома тантала. Атом тантала состоит из положительно заряженного ядра (+73), вокруг которого по шести оболочкам движутся 73 электрона. При этом 71 электрон находится на внутреннем уровне, а 2 электрона – на внешнем. Поскольку тантал расположен в шестом периоде, оболочек всего шесть. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлены s- и р-орбиталями. Третья и пятая – внутренние оболочки представлены s-, р- и d-орбиталями. Четвертая – внутренняя оболочка представлены s-, р-, d- и f-орбиталями. Шестая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внутреннем энергетическом уровне атома тантала на 5d-орбитали находится три неспаренных электрона. На внешнем энергетическом уровне атома тантала на 6s-орбитали находятся два спаренных электрона. В свою очередь ядро атома тантала состоит из 73 протонов и 108 нейтронов. Тантал относится к элементам d-семейства.
Радиус атома тантала (вычисленный) составляет 200 пм.
Атомная масса атома тантала составляет 180,94788(2) а. е. м.
Тантал, свойства атома, химические и физические свойства
Применение
Первоначально использовался для изготовления проволоки для ламп накаливания. Сегодня из тантала и его сплавов изготовляют:
- жаропрочные и коррозионностойкие сплавы;
- коррозионно-устойчивую аппаратуру для химической промышленности, фильеры, лабораторную посуду и тигли для получения, плавки, и литья редкоземельных элементов, а так же иттрия и скандия;
- теплообменники для ядерно-энергетических систем (тантал наиболее из всех металлов устойчив в перегретых расплавах и парах цезия-133);
- в хирургии листы, фольгу и проволоку из тантала используют для скрепления тканей, нервов, наложения швов, изготовления протезов, заменяющих повреждённые части костей (ввиду биологической совместимости);
- карбид тантала (температура плавления 3880 °С) применяется в производстве твёрдых сплавов (смеси карбидов вольфрама и тантала — марки с индексом ТТ, для тяжелейших условий металлообработки и ударно поворотного бурения крепчайших материалов (камень, композиты);
- в производстве боеприпасов тантал применяется для изготовления металлической облицовки перспективных кумулятивных зарядов улучшающей бронепробиваемость;
- тантал и ниобий используют для производства электролитических конденсаторов высокой удельной емкости (но тантал позволяет производить более качественные конденсаторы);
- тантал используется в последние годы в качестве ювелирного металла, в связи с его способностью образовывать на поверхности прочные пленки оксида любого цвета;
- тантал-182 используется в ядерно-физических лабораториях МВД.
- ядерный изомер тантал-180m2, накапливающийся в конструкционных материалах атомных реакторов, может наряду с гафнием-178m2 служить источником гамма-лучей и энергии при разработке оружия и специальных транспортных средств.
Бериллид тантала чрезвычайно тверд и устойчив к окислению на воздухе до 1650 °C, применяется в авиакосмической технике.
Пятиокись тантала используется в атомной технике для варки стекла поглощающего гамма-излучение. Один из наиболее широко применяемых составов такого стекла: кремния двуокись — 2%, монооксид свинца (глет) — 82%, оксид бора — 14%, пятиокись тантала — 2%.
Свойства тантала (таблица): температура, плотность, давление и пр.:
Подробные сведения на сайте ChemicalStudy.ru
| 100 | Общие сведения | |
| 101 | Название | Тантал |
| 102 | Прежнее название | |
| 103 | Латинское название | Tantalum |
| 104 | Английское название | Tantalum |
| 105 | Символ | Ta |
| 106 | Атомный номер (номер в таблице) | 73 |
| 107 | Тип | Металл |
| 108 | Группа | Переходный металл |
| 109 | Открыт | Андерс Густав Экеберг, Швеция, 1802 г. |
| 110 | Год открытия | 1802 г. |
| 111 | Внешний вид и пр. | Твёрдый, тяжёлый металл серебристо-белого цвета со слабым свинцовым (синеватым) оттенком |
| 112 | Происхождение | Природный материал |
| 113 | Модификации | |
| 114 | Аллотропные модификации | 2 аллотропные модификации: – α-тантал с кубической объёмно-центрированной кристаллической решёткой, – β-тантал с тетрагональной кристаллической решёткой |
| 115 | Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга | |
| 116 | Конденсат Бозе-Эйнштейна | |
| 117 | Двумерные материалы | |
| 118 | Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) | 0 % |
| 119 | Содержание в земной коре (по массе) | 0,00017 % |
| 120 | Содержание в морях и океанах (по массе) | 2,0·10-10 % |
| 121 | Содержание во Вселенной и космосе (по массе) | 8,0·10-9 % |
| 122 | Содержание в Солнце (по массе) | |
| 123 | Содержание в метеоритах (по массе) | 2,0·10-6 % |
| 124 | Содержание в организме человека (по массе) | |
| 200 | Свойства атома | |
| 201 | Атомная масса (молярная масса) | 180,94788(2) а. е. м. (г/моль) |
| 202 | Электронная конфигурация | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d3 6s2 |
| 203 | Электронная оболочка | K2 L8 M18 N32 O11 P2 Q0 R0 |
| 204 | Радиус атома (вычисленный) | 200 пм |
| 205 | Эмпирический радиус атома* | 145 пм |
| 206 | Ковалентный радиус* | 138 пм |
| 207 | Радиус иона (кристаллический) | Ta3+ 86 (6) пм, Ta4+ 82 (6) пм, Ta5+ 78 (6) пм (в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле) |
| 208 | Радиус Ван-дер-Ваальса | |
| 209 | Электроны, Протоны, Нейтроны | 73 электрона, 73 протона, 108 нейтронов |
| 210 | Семейство (блок) | элемент d-семейства |
| 211 | Период в периодической таблице | 6 |
| 212 | Группа в периодической таблице | 5-ая группа (по старой классификации – побочная подгруппа 5-ой группы) |
| 213 | Эмиссионный спектр излучения | |
| 300 | Химические свойства | |
| 301 | Степени окисления | -3, -1, +1, +2, +3, +4, +5 |
| 302 | Валентность | I, II, III, IV, V |
| 303 | Электроотрицательность | 1,5 (шкала Полинга) |
| 304 | Энергия ионизации (первый электрон) | 728,42 кДж/моль (7,549571(25) эВ) |
| 305 | Электродный потенциал | Ta5+ + 5e– → Ta, Eo = -0,81 В |
| 306 | Энергия сродства атома к электрону | 31(2) кДж/моль (0,178 0(7) эВ) |
| 400 | Физические свойства | |
| 401 | Плотность* | 16,69 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело), 15 г/см3 (при температуре плавления 3017 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость) |
| 402 | Температура плавления* | 3017 °C (3290 K, 5463 °F) |
| 403 | Температура кипения* | 5458 °C (5731 K, 9856 °F) |
| 404 | Температура сублимации | |
| 405 | Температура разложения | |
| 406 | Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом | |
| 407 | Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* | 36,57 кДж/моль |
| 408 | Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* | 753 кДж/моль |
| 409 | Удельная теплоемкость при постоянном давлении | |
| 410 | Молярная теплоёмкость* | 25,36 Дж/(K·моль) |
| 411 | Молярный объём | 10,86774 см³/моль |
| 412 | Теплопроводность | 57,5 Вт/(м·К) (при стандартных условиях), 57,5 Вт/(м·К) (при 300 K) |
| 500 | Кристаллическая решётка | |
| 511 | Кристаллическая решётка #1 | α-тантал |
| 512 | Структура решётки | Кубическая объёмно-центрированная |
| 513 | Параметры решётки | 3,3058 Å |
| 514 | Отношение c/a | |
| 515 | Температура Дебая | 225 K |
| 516 | Название пространственной группы симметрии | Im_ 3m |
| 517 | Номер пространственной группы симметрии | 229 |
| 521 | Кристаллическая решётка #2 | β-тантал |
| 522 | Структура решётки | Тетрагональная |
| 523 | Параметры решётки | a = 10,194 Å, c = 5,313 Å |
| 524 | Отношение c/a | 1,918 |
| 525 | Температура Дебая | |
| 526 | Название пространственной группы симметрии | P42/mnm |
| 527 | Номер пространственной группы симметрии | |
| 900 | Дополнительные сведения | |
| 901 | Номер CAS | 7440-25-7 |
Примечание:
205* Эмпирический радиус атома тантала согласно [1] и [3] составляет 146 пм и 149 пм соответственно.
206* Ковалентный радиус тантала согласно [1] и [3] составляет 170±8 пм и 134 пм соответственно.
401* Плотность тантала согласно [3] и [4] составляет 16,65 г/см3 (при 0 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело) и 16,6 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело) соответственно.
402* Температура плавления тантала согласно [4] составляет 3015 °C (3288,15 K, 5459 °F).
403* Температура кипения тантала согласно [4] составляет 5500 °C (5773,15 K, 9932 °F).
407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) тантала согласно [3] и [4] составляет 24,7 кДж/моль и 34,7 кДж/моль соответственно.
408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) тантала согласно [3] и [4] составляет 758 кДж/моль и 744,8 кДж/моль соответственно.
410* Молярная теплоемкость тантала согласно [3] составляет 25,39 Дж/(K·моль).
Сколько сейчас стоит молибден?
Цена лома молибдена значительно превышает стоимость других металлических отходов – столичные расценки на этот вид металла варьируются от 400 до 800 рублей за килограмм.
Интересные материалы:
Как правильно солить говядину при варке? Как правильно солить макароны? Как правильно солить рыбу для холодного копчения? Как правильно составить конспект статьи? Как правильно составить визитку на конкурс? Как правильно составлять отчет по производственной практике? Как правильно средне специальное или среднее специальное образование? Как правильно срезать базилик для сушки? Как правильно ставить антенну? Как правильно ставить банки на спину при кашле?
Нанотехнологические зарядные устройства
Технология наногенератора сможет сделать зарядку даже из одежды.
Технология, прозванная учеными «наногенератором», возможно, полностью избавит человечество от необходимости использовать зарядные устройства для своих гаджетов. Нанотехнологические зарядные устройства, по задумке разработчиков, должны будут черпать кинетическую энергию не от розетки, а от ресурсов окружающей среды.
Основой технологии является использование пьезоэлектрического материала, способного генерировать электричество и находящегося в состоянии механического напряжения. Кроме того, материал имеет наноскопические поры, которые придает ему форму гибкой губки. А это значит, что встроить такую зарядку можно практически везде, например, в карман одежды.
Очиститель воздуха на субмаринах
Подводникам жизненно необходим чистый воздух.
Вопрос чистого воздуха на подводных лодках стоит очень остро и даже жизненно необходимо. Поэтому применение нанотехнологий для решения этой проблемы можно считать вполне оправданным. Так, некоторое время назад была разработана технология очищения воздуха, названная SAMMS (аббревиатура от Self-Assembled Monolayers on Mesoporous Supports).
Она предполагает применение специальных наночастиц, находящихся внутри керамических гранул: такой материал обладает пористой структурой, а значит, способно поглощать избыток углекислого газа. Причем объем этих гранул, необходимый для одной подводной лодки, минимальный: по информации, в одной столовой ложке данного материала достаточно ресурса, чтобы очистить воздух на целом футбольном поле.
Цена за грамм
Танталом не торгует ни одна товарная биржа. На самом деле, он не покупается и не продается в чистом виде, а только в виде танталитных руд, из которых затем можно извлечь металл. Цена определяется путем прямых переговоров между продавцом и покупателем, по многим оценкам, отправная точка сделок по прайсам в Москве составляет 150-170 дол. за кг.
В 2010 году сообщалось, что Бразилия и другие страны Южной Америки производят около 40% мирового годового предложения, Австралия занимает второе место с 21%, а на Центральную Африку приходится менее 10%.
Ученые считают, что в резерве Та осталось не более чем на 50 лет из учета достигнутого уровня современного потребления, и требуют выполнения мировой программы утилизации Та.
Цена на танталит очень сильно зависит от спроса. Цена на танталитовую руду выросла с примерно 75 дол. за кг в 2010 году до более чем 270 дол. за кг в 2011 и 2012 годах, но с тех пор цена снизилась и больше на рынке применяется договорная цена.
Нанофильтр для воды
Разлив нефти в океане вскоре перестанет быть катастрофой.
Разлив нефтепродуктов в океане всегда оборачивается экологической катастрофой, поэтому решение проблемы загрязнения водных ресурсов ищут уже не одно десятилетие. Но, возможно, ответ уже найден, и ключом к нему стали нанотехнологии. Так, исследователи штата Огайо разрабатывают уникальную пленку толщиной всего несколько нанометров.
Использовать эту пленку собираются так: в сочетании с тонкой сеткой из нержавеющей стали нефть отталкивается, а вода становится очищается. Подобная технология была заимствована у…водяных лилий, которые таким же способом отталкивают воду — именно этот процесс и пытаются повторить исследователи.
Путаница с металлами
История металла получилась очень запутанной. Долгое время его принимали за ниобий, и понадобилось больше 30 лет, чтобы доказать обратное. До начала XIX века оба металла не были известны науке. В 1801 году в Южной Америке был найден колумбий. Через год в Швеции и Финляндии Андерс Экеберг обнаружил минерал с частичками неизвестного металла, который назвал танталом в честь мифического персонажа.
В 1809 году Уильям Волластон сравнил два новых для химии вещества. Их свойства были очень похожи, из-за чего учёный заключил, что всё это один и тот же металл. Его выводы подтвердил Фридрих Вёлер, и с тех пор между колумбием и танталом ставили знак равенства.
В середине 40-х годов XIX века Генрих Розе усомнился в утверждениях своих предшественников. Он установил, что тантал и колумбий – отдельные элементы. Чтобы подчеркнуть схожесть металлов, он переименовал колумбий в ниобий в честь легендарной дочери Тантала. Позже выводы Розе неоднократно подтверждались, а ему самому часто приписывается открытие ниобия.
