Ссылки
- Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. (Четвертый выпуск). Мак Гроу Хилл.
- Википедия. (2020). Тантал. Получено с: en.wikipedia.org
- Доктор Дуг Стюарт. (2020). Факты об элементе тантала. Получено с: chemicool.com
- Национальный центр биотехнологической информации. (2020). Тантал. Сводка элементов PubChem для AtomicNumber 73. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Королевское химическое общество. (2020). Тантал. Получено с: rsc.org
- Редакторы Энциклопедии Британника.(2020). Тантал. Получено с: britannica.com
- Lenntech B.V. (2020). Тантал. Получено с: lenntech.com
- Ресурсы лаборатории Джефферсона. (2020). Изотопы элемента тантала. Получено с: education.jlab.org
Перспективы
Все больше начинают использовать этот умный металл в медицинской промышленности для нужд восстановительной хирургии. Его применяют для изготовления имплантатов. Танталовой пряжей возмещают мускульную ткань, проволока идет для скрепления костей, а нити используют для наложения швов. В связи с крупным перевооружением мировых авиалиний применение тантала для нужд авиастроения продолжит свой рост. Сплавы в авиапромышленности используются для двигателей самолетов. Кроме этого, тантал продолжает активно использоваться для производства вычислительной техники: процессоров, принтеров.
Не уменьшается спрос на этот металл и в химической промышленности. Его широко применяют для производства хлора, пероксида водорода, многих кислот. Химическое машиностроение широко использует его при изготовлении оборудования, контактирующего с агрессивными средами. Самым серьезным потребителем танталовых сплавов остается металлургическая промышленность. Растет спрос на него и в ядерной энергетике, где в основном используют теплопроводность в сочетании с пластичностью и твердостью тантала.
Источники
- https://aggeil.ru/kolco/kolco-iz-tantala-polnoe-rukovodstvo/
- https://FB.ru/article/362045/svoystva-i-primenenie-tantala
- https://ometallah.com/svojstva/tantal-harakteristiki.html
- https://chem.ru/tantal.html
- https://calcsbox.com/post/tantalum.html
- https://k-tree.ru/tools/chemistry/periodic.php?element=Ta
- https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/tantal.html
- https://1nerudnyi.ru/tantal-metall-01/
- https://TheMineral.ru/metally/tantal
- https://www.metotech.ru/tantal-opisanie.htm
- https://xlom.ru/vidy-metalloloma/lom-tantala-vidy-loma-stoimost-na-rynke
- https://ergarda.com/tugoplavkie-metally-i-splavy/tantal/tantalovye-izdeliya.html
- https://FB.ru/article/361943/chto-takoe-tantal-osobennosti-izdeliya-svoystva-i-primenenie
Применение тантала
Применение тантала не ограничивается одной сферой. Следует выделить сферы, в которых наиболее широко используются изделия из тантала:
- Металлургия. Практически половина этого металла используется в металлургической промышленности. Это связано с тем, что его легко использовать для создания различных сплавов, особенно антикоррозийных марок стали, устойчивых к высоким температурам. Проволоку из тантала используют в различных сферах, где требуется повышенная прочность и жаростойкость. Также широко используется карбид тантала при производстве тиглей для тугоплавких металлов.
- Электротехника. Около 25% применяет при производстве электротехники и электроприборов. Конденсаторы с использованием этого элемента отличаются повышенной стабильностью функционирования. Причем в случае разрушения поверхности конденсатора, образуется пленка из оксида тантала, которая защищает его. Также следует выделить такие элементы, как аноды, катоды, лампы и другие металлические детали, которые также производятся на его основе.
- Химическая промышленность. Пятая часть производимого объема применяется в химической отрасли. Это связано с тем, что он устойчив к воздействию большинства кислот, солей и щелочей.
- Медицина. Тантал в медицине применяется в таких отраслях, как костная и пластическая хирургия. Элементами из этого материала скрепляют кости для достижения повышенной прочности без раздражения органической ткани.
- Военная сфера. В военной сфере производят мишени из тантала и оболочку кумулятивных снарядов.
- Приборостроение. Этот метал применяется для производства точных приборов, контрольного оборудования и различных диафрагм, а также вакуумных приборов, так как он отличается свойством поглощения газов.
- Ядерная энергетика. В этой сфере металл выступает в качестве теплообменника.
Следует отметить, что сфера применения тантала ограничивается лишь малым объемом его добычи. Если объем добычи вырастет, область применения значительно расширится.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Применение тантала
Применение тантала не ограничивается одной сферой. Следует выделить сферы, в которых наиболее широко используются изделия из тантала:
- Металлургия. Практически половина этого металла используется в металлургической промышленности. Это связано с тем, что его легко использовать для создания различных сплавов, особенно антикоррозийных марок стали, устойчивых к высоким температурам. Проволоку из тантала используют в различных сферах, где требуется повышенная прочность и жаростойкость. Также широко используется карбид тантала при производстве тиглей для тугоплавких металлов.
- Электротехника. Около 25% применяет при производстве электротехники и электроприборов. Конденсаторы с использованием этого элемента отличаются повышенной стабильностью функционирования. Причем в случае разрушения поверхности конденсатора, образуется пленка из оксида тантала, которая защищает его. Также следует выделить такие элементы, как аноды, катоды, лампы и другие металлические детали, которые также производятся на его основе.
- Химическая промышленность. Пятая часть производимого объема применяется в химической отрасли. Это связано с тем, что он устойчив к воздействию большинства кислот, солей и щелочей.
- Медицина. Тантал в медицине применяется в таких отраслях, как костная и пластическая хирургия. Элементами из этого материала скрепляют кости для достижения повышенной прочности без раздражения органической ткани.
- Военная сфера. В военной сфере производят мишени из тантала и оболочку кумулятивных снарядов.
- Приборостроение. Этот метал применяется для производства точных приборов, контрольного оборудования и различных диафрагм, а также вакуумных приборов, так как он отличается свойством поглощения газов.
- Ядерная энергетика. В этой сфере металл выступает в качестве теплообменника.
Следует отметить, что сфера применения тантала ограничивается лишь малым объемом его добычи. Если объем добычи вырастет, область применения значительно расширится.
Классификация металлов по температуре плавления
В физике переход твердого тела в жидкое состояние характерен только для веществ кристаллической структуры. Температуру плавления металлов чаще обозначают диапазоном значений, для сплавов точно определить нагрев до пограничного фазового состояния сложно. Для чистых элементов каждый градус имеет значение, особенно, если это легкоплавкие элементы,
значения не имеет. Сводная таблица показателей t обычно делится на 3 группы. Помимо легкоплавких элементов, которые максимально нагревают до +600°С, указывают тугоплавкие, выдерживающие нагрев свыше +1600°С, и среднеплавкие. В этой группе сплавы, образующие ванну расплава при температуре от +600 до 1600°С.
Еще одной немаловажной величиной является температура кипения. Это величина, при которой начинается процесс кипения жидкостей, она соответствует температуре насыщенного пара, который образуется над плоской поверхностью кипящей жидкости
Обычно она почти в два раза больше, чем температура плавления.
Обе величины принято приводить при нормальном давлении. Между собой они прямопропорциональны.
- Увеличивается давление — увеличится величина плавления.
- Уменьшается давление — уменьшается величина плавления.
У разных веществ разные температуры плавления. Теоретически, металлы делят на:
- Легкоплавкие – достаточно температуры до 600 градусов Цельсия, для получения жидкого вещества.
- Среднеплавкие – необходима температура от 600 до 1600 ⁰С.
- Тугоплавкие – это металлы, для плавления которых требуется температура выше 1600 ⁰С.
Таблица легкоплавких металлов и сплавов (до 600 Со )
Ниже указана таблица с наименованием легкоплавких металлов и сплавов с температурой плавления до 600 Со.
| Название элемента | Латинское обозначение | Температуры | |
| Плавления | Кипения | ||
| Олово | Sn | 232 Со | 2600 Со |
| Свинец | Pb | 327 Со | 1750 Со |
| Цинк | Zn | 420 Со | 907 Со |
| Калий | K | 63,6 Со | 759 Со |
| Натрий | Na | 97,8 Со | 883 Со |
| Ртуть | Hg | — 38,9 Со | 356.73 Со |
| Цезий | Cs | 28,4 Со | 667.5 Со |
| Висмут | Bi | 271,4 Со | 1564 Со |
| Палладий | Pd | 327,5 Со | 1749 Со |
| Полоний | Po | 254 Со | 962 Со |
| Кадмий | Cd | 321,07 Со | 767 Со |
| Рубидий | Rb | 39,3 Со | 688 Со |
| Галлий | Ga | 29,76 Со | 2204 Со |
| Индий | In | 156,6 Со | 2072 Со |
| Таллий | Tl | 304 Со | 1473 Со |
| Литий | Li | 18,05 Со | 1342 Со |
Таблица среднеплавких металлов и сплавов (от 600С о до 1600Со )
Ниже указана таблица с наименованием среднеплавких металлов и сплавов с температурой плавления от 600 Со от 1600 Со.
| Название элемента | Латинское обозначение | Температураы | |
| Плавления | Кипения | ||
| Алюминий | Al | 660 Со | 2519 Со |
| Германий | Ge | 937 Со | 2830 Со |
| Магний | Mg | 650 Со | 1100 Со |
| Серебро | Ag | 960 Со | 2180 Со |
| Золото | Au | 1063 Со | 2660 Со |
| Медь | Cu | 1083 Со | 2580 Со |
| Железо | Fe | 1539 Со | 2900 Со |
| Кремний | Si | 1415 Со | 2350 Со |
| Никель | Ni | 1455 Со | 2913 Со |
| Барий | Ba | 727 Со | 1897 Со |
| Бериллий | Be | 1287 Со | 2471 Со |
| Нептуний | Np | 644 Со | 3901,85 Со |
| Протактиний | Pa | 1572 Со | 4027 Со |
| Плутоний | Pu | 640 Со | 3228 Со |
| Актиний | Ac | 1051 Со | 3198 Со |
| Кальций | Ca | 842 Со | 1484 Со |
| Радий | Ra | 700 Со | 1736,85 Со |
| Кобальт | Co | 1495 Со | 2927 Со |
| Сурьма | Sb | 630,63 Со | 1587 Со |
| Стронций | Sr | 777 Со | 1382 Со |
| Уран | U | 1135 Со | 4131 Со |
| Марганец | Mn | 1246 Со | 2061 Со |
| Константин | 1260 Со | ||
| Дуралюмин | Сплав алюминия, магния, меди и марганца | 650 Со | |
| Инвар | Сплав никеля и железа | 1425 Со | |
| Латунь | Сплав меди и цинка | 1000 Со | |
| Нейзильбер | Сплав меди, цинка и никеля | 1100 Со | |
| Нихром | Сплав никеля, хрома, кремния, железа, марганца и алюминия | 1400 Со | |
| Сталь | Сплав железа и углерода | 1300 Со — 1500 Со | |
| Фехраль | Сплав хрома, железа, алюминия, марганца и кремния | 1460 Со | |
| Чугун | Сплав железа и углерода | 1100 Со — 1300 Со |
Таблица тугоплавких металлов и сплавов (свыше 1600Со )
Ниже указана таблица с наименованием тугоплавких металлов и сплавов с температурой плавления свыше 1600 Со.
| Название элемента | Латинское обозначение | Температуры | |
| Плавления | Кипения | ||
| Вольфрам | W | 3420 Со | 5555 Со |
| Титан | Ti | 1680 Со | 3300 Со |
| Иридий | Ir | 2447 Со | 4428 Со |
| Осмий | Os | 3054 Со | 5012 Со |
| Платина | Pt | 1769,3 Со | 3825 Со |
| Рений | Re | 3186 Со | 5596 Со |
| Хром | Cr | 1907 Со | 2671 Со |
| Родий | Rh | 1964 Со | 3695 Со |
| Рутений | Ru | 2334 Со | 4150 Со |
| Гафний | Hf | 2233 Со | 4603 Со |
| Тантал | Ta | 3017 Со | 5458 Со |
| Технеций | Tc | 2157 Со | 4265 Со |
| Торий | Th | 1750 Со | 4788 Со |
| Ванадий | V | 1910 Со | 3407 Со |
| Цирконий | Zr | 1855 Со | 4409 Со |
| Ниобий | Nb | 2477 Со | 4744 Со |
| Молибден | Mo | 2623 Со | 4639 Со |
| Карбиды гафния | 3890 Со | ||
| Карбиды ниобия | 3760 Со | ||
| Карбиды титана | 3150 Со | ||
| Карбиды циркония | 3530 Со |
Приложения
Электроника
Танталовый электролитический конденсатор
В основном тантал в виде металлического порошка используется в производстве электронных компонентов, в основном конденсаторов и некоторых мощных резисторов . Танталовые электролитические конденсаторы используют тенденцию тантала к образованию защитного оксидного поверхностного слоя с использованием танталового порошка, спрессованного в форму таблетки, в качестве одной «пластины» конденсатора, оксида в качестве диэлектрика и электролитического раствора или проводящего твердого вещества в качестве другая “тарелка”. Поскольку диэлектрический слой может быть очень тонким (тоньше, чем аналогичный слой, например, в алюминиевом электролитическом конденсаторе), высокая емкость может быть достигнута в небольшом объеме. Из-за преимуществ в размере и весе танталовые конденсаторы привлекательны для портативных телефонов , персональных компьютеров , автомобильной электроники и фотоаппаратов .
Сплавы
Тантал также используется для производства различных сплавов с высокими температурами плавления, прочностью и пластичностью. Легированный другими металлами, он также используется в производстве твердосплавных инструментов для металлообрабатывающего оборудования и в производстве суперсплавов для компонентов реактивных двигателей, химического технологического оборудования, ядерных реакторов , деталей ракет, теплообменников, резервуаров и сосудов. Из-за своей пластичности тантал можно втянуть в тонкую проволоку или нити, которые используются для испарения металлов, таких как алюминий . Поскольку тантал устойчив к воздействию жидкостей организма и не вызывает раздражения, он широко используется при изготовлении хирургических инструментов и имплантатов. Например, пористые танталовые покрытия используются при изготовлении ортопедических имплантатов из-за способности тантала образовывать прямую связь с твердой тканью.
Тантал инертен по отношению к большинству кислот, за исключением плавиковой кислоты и горячей серной кислоты , а горячие щелочные растворы также вызывают коррозию тантала. Это свойство делает его полезным металлом для химических реакционных сосудов и труб для агрессивных жидкостей. Теплообменные змеевики для парового нагрева соляной кислоты изготовлены из тантала. Тантал широко использовался в производстве сверхвысокочастотных электронных ламп для радиопередатчиков. Тантал способен улавливать кислород и азот, образуя нитриды и оксиды, и поэтому помогает поддерживать высокий вакуум, необходимый для трубок, когда они используются для внутренних деталей, таких как решетки и пластины.
Другое использование
Биметаллические монеты отчеканены Банком Казахстана с серебряным кольцом и танталовым центром. В них есть Аполлон-Союз и Международная космическая станция.
Высокая температура плавления и стойкость к окислению позволяют использовать этот металл в производстве деталей вакуумных печей . Тантал чрезвычайно инертен и поэтому образует множество коррозионно-стойких деталей, таких как защитные гильзы , корпуса клапанов и танталовые крепежные детали. Из-за его высокой плотности кумулятивный заряд и гильзы пенетратора, образованные взрывчаткой , были изготовлены из тантала. Тантал значительно увеличивает бронепробиваемость кумулятивного заряда из-за его высокой плотности и высокой температуры плавления. Он также иногда используется в драгоценных часах, например, от Audemars Piguet , FP Journe , Hublot , Montblanc , Omega и Panerai . Тантал также очень биоинертен и используется в качестве материала для ортопедических имплантатов. Высокая жесткость тантала заставляет использовать его в качестве высокопористой пены или каркаса с меньшей жесткостью для имплантатов для замены тазобедренного сустава, чтобы избежать защиты от напряжений . Поскольку тантал является цветным немагнитным металлом, эти имплантаты считаются приемлемыми для пациентов, проходящих процедуры МРТ. Оксид используется для изготовления специальных стекол с высоким показателем преломления для объективов фотоаппаратов .
Реактивность
Тантал при температурах ниже 150 ºC является одним из металлов с наибольшей химической инертностью или наименьшей реакционной способностью. При комнатной температуре он не подвергается воздействию разбавленных или концентрированных кислот, он устойчив даже к действию царской водки. Его можно растворить только плавиковой кислотой.
Тантал не подвержен действию большинства щелочей, растворенных в воде, но он подвергается действию расплавленных щелочей и гидроксида калия. При повышенных температурах может реагировать с фтором, хлором и кислородом.
Тантал окисляется с образованием пентоксида (Ta2ИЛИ5), соединение, имеющее несколько применений. Нитрид и карбид тантала – очень твердые соединения, используемые в режущих инструментах. Кроме того, тантал может входить в состав некоторых металлоорганических соединений, таких как: пентаметилтантал, Ta (CH3)5.
Геология и минералогия
Танталовая руда ( танталит ) из Австралии.
Доля тантала, по оценкам, около 1 или 2 частей на миллион по массе из земной коры . В основном он встречается в гидротермальных жилах, которые являются областями, где элементы, присутствующие в воде, могут минерализоваться, встречая значительный источник тепла, такой как карман магмы . Эти места легче найти в геологически нестабильных местах, вблизи тектонического разлома и вулканической области .
Эти жилы очень часто очень богаты тяжелыми металлами, такими как золото , серебро , уран , кобальт , вольфрам и, конечно, тантал и ниобий . Впоследствии в результате эрозии элементы могут быть смыты и попадут в водоток, где самые тяжелые вещества откладываются в местах слабого течения, таких как меандры или горшки . Бывает, что эти плотные по тяжелым элементам участки могут образовывать прожилки и быть захороненными. Таким образом, коломботанталит можно найти как в метаморфических, так и в осадочных породах .
Тантал образует очень мало специфических минералов и лишь в значительной мере присутствует в относительно небольшом количестве других минералов. Главный минерал – колтан (или колумботанталит), ассоциация в различных пропорциях колумбита и танталита , двух минералов различного состава . Термин танталит охватывает непрерывный ряд между танталитом (Fe) и танталитом (Mn) общего состава ( Fe , Mn ) Ta 2 O 6.. Конкретные минералы включают tantalcarbide , состав карбида Ta C .
Физические свойства
Тантал обладает высокой температурой плавления — 3290 K (3017 °C); кипит при 5731 K (5458 °C). Плотность тантала — 16,65 г/см³. Несмотря на твёрдость, пластичен, как золото. Чистый тантал хорошо поддаётся механической обработке, легко штампуется, раскатывается в проволоку и тончайшие листы толщиной в сотые доли миллиметра. Тантал является отличным геттером (газопоглотителем), при 800 °C он способен поглотить 740 объёмов газа. Кристаллическая решётка — кубическая, объёмноцентрированная. Обладает парамагнитными свойствами.
При температуре ниже 4,45 К переходит в сверхпроводящее состояние.
Изотопы
Известны изотопы тантала с массовыми числами от 155 до 190 (количество протонов 73, нейтронов от 82 до 117), и более 30 ядерных изомеров.
Природный тантал состоит из смеси стабильного изотопа и стабильного изомера: 181Та (99,9877 %) и 180mТа (0,0123 %). Последний является чрезвычайно стабильным изомером (возбуждённым состоянием) изотопа 180Та, период полураспада которого всего чуть более 8 часов.
Тантал — 73 элемент таблицы Менделеева
Тантал (по имени героя др.-греческого мифологии Тантала, осужденного на вечную неутолимую жажду; назван так из-за трудности получения его в чистом виде; лат. Tantalum)Ta, химический элемент V гр. периодической системы, атомный номер 73, атомная масса 180,9479. В природе два изотопа: стаб. 181Та (99,9877%) и радиоактивный 180Та (0,0123%, b-излучатели, Т1/2 1•1013 лет). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 2,13•10-27 м2. Конфигурация внешний электронных оболочек атома 5s25р65d36s2; степень окисления +5, значительно реже + 4, +3 и +2; энергии ионизации Та0 : Та+ : Та2+ соответственно 7,89 и 16,2 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,5; атомный радиус 0,146 нм, ионные радиусы, нм (в скобках указаны координац. числа): Та3+ 0,086(6), Та4+ 0,082(6), Та5+ 0,078 (6), 0,083 (7), 0,088(8).
Содержание Тантала в земной коре 2,5•10-4% по массе. Встречается в природе обычно вместе с Nb. Входит в состав несколько десятков минералов, представляющих собой тантало-нио-баты или титано-тантало-ниобаты. Важнейшие из них-колумбит-танталит и пирохлор (см. Ниобии), микролитемпературазновидность пирохлора с содержанием 55-74% Та2О5. ТАНТАЛ содержится также в касситерите (см. Олово), при переработке которого ТАНТАЛ переходит в шлаки восстановит. плавки (11-15%, иногда до 30% Та2О5). Месторождения ТАНТАЛ имеются в Нигерии, Канаде, Бразилии, СНГ, Австралии, Заире, Малайзии, Мозамбике и Таиланде. Общие мировые запасы ТАНТАЛ в 1980 оценивались в 254 тысяч т, в пром. месторождениях-около 65, 3 тысяч т.
Трубная продукция
Отдельной отраслью, использующей танталовые трубки, теплообменники выступает атомная энергетика. Обладая высокой жаропрочностью, низким сечением захвата нейтронов, элемент долгое время занимал основную долю в конструкционном материале ядерных установок.
Теплообменник из танталовых труб на одной из АЭС
Сегодня, тантал вытесняется из этой отрасли ниобием. Однако сдавать, списанные из атомно-энергетической сферы, танталовые изделия вряд ли получится в силу комплекса препятствий:
запрет на реализацию;
невозможность достать этот вид вторичного металла;
угроза для здоровья.
Напротив, исключительная инертность тантала относительно кислот находит применение редкому металлу в химической и лабораторной целях. Из танталовых трубок изготавливаются змеевики, магистрали для подачи соляной кислоты, мешалки. Некоторые разновидности лабораторной посуды также исполнены из этого материала. Несмотря на долгие термины службы, окупающие высокую стоимость танталовой продукции, изделия со временем изнашиваются и подлежат замене. Некоторая часть списанной трубной продукции успевает просочиться на пункты приема металлолома.
Изделия из тантала
Остается добавить, что не все трубы изготовлены из марки высокочистого тантала ТВЧ. Существенный процент этих изделий исполнен из сплава этого металла с вольфрамом. Марки этих жаропрочных соединений ТВ-5 (10,15) содержат тантала на уровне 95 – 85%.
ГОСТ металла
Существует несколько методов установления ГОСТа тантала и его окиси, например, фотометрический и спектральный.
Спектральный метод (ГОСТ 18904.8) устанавливает содержание примесей кальция, вольфрама, меди, кобальта, натрия, молибдена в тантале и его окиси. Результатом анализа служит среднее арифметическое, полученное от 2 определений различных навесок.
Фотометрический метод (ГОСТ 18904.1) определяет содержание массовой доли вольфрама и молибдена в тантале и окиси. В этом случае результат анализа подсчитывают как среднее арифметическое 3 определений, которые выполняют из отдельных навесок.
Применение тантала
Изначально в промышленности данный металл применялся только в целях созданий тонкой проволоки для производства всем известных ламп накаливания. Сегодня же тантал применение имеет достаточно широкое. Его используют и для производства промышленных и бытовых предметов, и при создании новых видов оружия в военной промышленности.
Такой металл, как тантал незаменим при производстве предметов и оборудования, которые были бы устойчивы к появлению коррозии. К тому же многие из этих изделий обладают высоким уровнем жаропрочности.
В медицинской отрасли использование тантала давно уже считается нормой. Фольга и проволока из этого уникального материала применяются для того, что восстановить деятельность тканей, нервов пациентов. Также они активно используются для того, чтобы наложить пострадавшему швы.
Данный металл нашел свое применение в металлургической промышленности. Его используют для того чтобы производить твердые сплавы для металлообработки. Смесь тантала, карбидов вольфрама применяется для создания твердых сплавов, которые можно использовать для бурения отверстий самых прочных материалов, представленных камнями и композитами.
Данный материал приобрел широкую популярность военной промышленности. С его помощью создаются боевые припасы, которые обладают высоким уровнем прочности. Их практически невозможно пробить. Металл применяется в лабораториях при МВД для создания ядерного оружия.
