Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Тантал,  73 Та
Монокристалл тантала и куб 1 см3.jpg
Тантал
Произношение/ Т æ н т ə л ə м / ( ТЭНов -təl-əm )
Внешностьсерый синий
Стандартный атомный вес A r, std (Ta) 180.947 88 (2) [1]
Тантал в периодической таблице
ВодородГелий
ЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеон
НатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргон
КалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецУтюгКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптон
РубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийБанкаСурьмаТеллурЙодКсенон
ЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоМеркурий (элемент)ТаллийВестиВисмутПолонийАстатинРадон
ФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклиумКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБориумКалийМейтнерийДармштадтиумРентгенийКопернициумNihoniumФлеровийМосковиумЛиверморийTennessineОганессон
Nb
↑
Ta
↓
Db
гафний ← тантал → вольфрам
Атомный номер ( Z )73
Группагруппа 5
Периодпериод 6
Блокировать  d-блок
Электронная конфигурация[ Xe ] 4f 14 5d 3 6s 2
Электронов на оболочку2, 8, 18, 32, 11, 2
Физические свойства
Фаза на  СТПтвердый
Температура плавления3290  К (3017 ° С, 5463 ° F)
Точка кипения5731 К (5458 ° С, 9856 ° F)
Плотность (около  rt )16,69 г / см 3
в жидком состоянии (при  т. пл. )15 г / см 3
Теплота плавления36,57  кДж / моль
Теплота испарения753 кДж / моль
Молярная теплоемкость25,36 Дж / (моль · К)
Давление газа
P  (Па)1101001 к10 тыс.100 тыс.
при  T  (K)329735973957439549395634
Атомные свойства
Состояния окисления−3, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 ( слабокислый оксид)
ЭлектроотрицательностьШкала Полинга: 1,5
Энергии ионизации
  • 1-я: 761 кДж / моль
  • 2-я: 1500 кДж / моль
Радиус атомаэмпирический: 146  pm
Ковалентный радиус170 ± 8 часов вечера
Спектральные линии тантала
Другие свойства
Естественное явлениеизначальный
Кристальная структураобъемно-центрированной кубической (ОЦК) [2]

α-Ta
Кристальная структуратетрагональной [2]

β-Та
Скорость звука тонкого стержня3400 м / с (при 20 ° C)
Тепловое расширение6,3 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность57,5 Вт / (м · К)
Удельное электрическое сопротивление131 нОм · м (при 20 ° C)
Магнитный заказпарамагнитный [3]
Магнитная восприимчивость+ 154,0 · 10 −6  см 3 / моль (293 K) [4]
Модуль для младших186 ГПа
Модуль сдвига69 ГПа
Объемный модуль200 ГПа
коэффициент Пуассона0,34
Твердость по Моосу6.5
Твердость по Виккерсу870–1200 МПа
Твердость по Бринеллю440–3430 МПа
Количество CAS7440-25-7
История
ОткрытиеАндерс Густав Экеберг (1802 г.)
Признанный в качестве отдельного элемента поГенрих Роуз (1844)
Основные изотопы тантала
ИзотопИзбытокПериод полураспада ( t 1/2 )Режим распадаТовар
177 Тасин56,56 чε177 Hf
178 Тасин2.36 часовε178 Hf
179 Тасин1.82 годаε179 Hf
180 Тасин8.125 чε180 Hf
β -180 Вт
180 м Ta0,012%стабильный
181 Та99,988%стабильный
182 Тасин114,43 гβ -182 Вт
183 Тасин5,1 гβ -183 Вт
Категория Категория: Тантал
  • вид
  • разговаривать
  • редактировать
| Рекомендации

Тантал - это химический элемент с символом Та и атомным номером 73. Ранее известный как тантал , он назван в честь Тантала , злодея из греческой мифологии. [5] Тантал - это редкий твердый серо-голубой блестящий переходный металл , обладающий высокой коррозионной стойкостью. Он входит в группу тугоплавких металлов , которые широко используются в качестве второстепенных компонентов в сплавах. Химическая инертность тантала делает его ценным веществом для лабораторного оборудования и заменителем платины . Его основное применение сегодня - танталовые конденсаторы вэлектронное оборудование, такое как мобильные телефоны , DVD-плееры , игровые системы и компьютеры . Тантал, всегда вместе с химически подобным ниобием , встречается в минеральных группах танталит , колумбит и колтан (последний представляет собой смесь колумбита и танталита, хотя и не признается как отдельный вид минералов). [6] [ неудавшаяся проверка ] Тантал считается технологически важным элементом .

История [ править ]

Тантал был обнаружен в Швеции в 1802 году Андерсом Экебергом в двух образцах минералов - одном из Швеции и другом из Финляндии. [7] [8] Годом ранее Чарльз Хэтчетт открыл колумбий (ныне ниобий) [9], а в 1809 году английский химик Уильям Хайд Волластон сравнил его оксид, колумбит с плотностью 5,918 г / см 3 , с оксидом тантал, танталит плотностью 7,935 г / см 3 . Он пришел к выводу, что эти два оксида, несмотря на разницу в измеренной плотности, были идентичны, и сохранил название тантал. [10]После того, как Фридрих Велер подтвердил эти результаты, было решено, что колумбий и тантал являются одним и тем же элементом. Этот вывод был оспорен в 1846 году немецким химиком Генрихом Роузом , который утверждал, что в образце танталита присутствуют два дополнительных элемента, и назвал их в честь детей Тантала : ниобий (от Ниобы , богини слез) и пелопий ( от Пелопса ). [11] [12] Предполагаемый элемент «пелопий» был позже идентифицирован как смесь тантала и ниобия, и было обнаружено, что ниобий был идентичен колумбию, уже обнаруженному в 1801 году Хэтчеттом.

Различия между тантал и ниобий были продемонстрированы недвусмысленно в 1864 году Christian Wilhelm Blomstrand , [13] и Сент-Клер Девиль , а также Луи J. Troost , который определил эмпирические формулы некоторых из их соединений в 1865. [ 13] [14] Дальнейшее подтверждение пришло от швейцарского химика Галиссар де Мариньяк , [15] в 1866 г., который доказал , что существует только два элемента. Эти открытия не мешали ученым публиковать статьи о так называемом ильмении до 1871 года [16].Де Мариньяк был первым, кто произвел металлическую форму тантала в 1864 году, когда он восстановил хлорид тантала, нагревая его в атмосфере водорода . [17] Ранние исследователи могли производить только нечистый тантал, и первый относительно чистый пластичный металл был произведен Вернером фон Болтоном в Шарлоттенбурге в 1903 году. Провода, сделанные из металлического тантала, использовались для нити ламп накаливания, пока вольфрам не заменил его повсеместно. . [18]

Название тантал произошло от имени мифологического Тантала , отца Ниобы в греческой мифологии . По сюжету, он был наказан после смерти, будучи приговорен к тому, чтобы стоять по колено в воде с прекрасными фруктами, растущими над его головой, и то и другое вечно мучило его. (Если он наклонился, чтобы выпить воду, вода стекала ниже того уровня, которого он мог достичь, а если он потянулся за фруктом, ветви выскользнули из его рук.) [19] Андерс Экеберг писал: «Этот металл я называю танталом ... отчасти в связи с его неспособностью при погружении в кислоту поглощать любые вещества и насыщаться ». [20]

В течение многих десятилетий, коммерческая технология для отделения тантала от ниобия включала фракционную кристаллизацию из гептафторотанталата вдали от калия oxypentafluoroniobate моногидрата, процесс , который был обнаружен Галиссаром де Мариньяка в 1866. Этого метод был вытеснен экстракцией растворителя из фторсодержащих растворы тантала. [14]

Характеристики [ править ]

Физические свойства [ править ]

Тантал темный (серо-голубой), [21] плотный, пластичный, очень твердый, легко обрабатывается и обладает высокой проводимостью тепла и электричества. Металла известна своей устойчивостью к коррозии с помощью кислот ; Фактически, при температуре ниже 150 ° C тантал почти полностью невосприимчив к атакам со стороны обычно агрессивной царской водки . Его можно растворить с помощью плавиковой кислоты или кислотных растворов, содержащих фторид- ион и триоксид серы , а также с помощью раствора гидроксида калия . Высокая температура плавления тантала 3017 ° C (точка кипения 5458 ° C) среди элементов превосходит только вольфрам., рений и осмий для металлов и углерод .

Тантал существует в двух кристаллических фазах, альфа и бета. Альфа-фаза относительно пластичная и мягкая; он имеет объемно -центрированную кубическую структуру ( пространственная группа Im3m , постоянная решетки a = 0,33058 нм), твердость по Кнупу 200–400 HN и удельное электрическое сопротивление 15–60 мкОм⋅см. Бета-фаза твердая и хрупкая; его кристаллическая симметрия тетрагональная (пространственная группа P42 / mnm , a = 1.0194 нм, c= 0,5313 нм), твердость по Кнупу составляет 1000–1300 HN, а удельное электрическое сопротивление относительно высокое - 170–210 мкОм⋅см. Бета-фаза метастабильна и превращается в альфа-фазу при нагревании до 750–775 ° C. Объемный тантал почти полностью является альфа-фазой, а бета-фаза обычно существует в виде тонких пленок [22], полученных магнетронным распылением , химическим осаждением из паровой фазы или электрохимическим осаждением из эвтектического раствора расплавленной соли. [23]

Изотопы [ править ]

Основная статья: Изотопы тантала

Природный тантал состоит из двух изотопов : 180m Ta (0,012%) и 181 Ta (99,988%). 181 Ta - стабильный изотоп . 180m Тот ( м обозначает метастабильное состояние) предсказываются распад три способов: изомерный переход к основному состоянию из 180 Ta, бета - распада до 180 Вт , или захвата электронов до 180 Hf . Однако радиоактивность этого ядерного изомера никогда не наблюдалась, и только нижний предел его периода полураспада 2,0 × 10 16 лет было установлено. [24] Основное состояние 180 Ta имеет период полураспада всего 8 часов. 180m Ta - единственный встречающийся в природе ядерный изомер (за исключением радиогенных и космогенных короткоживущих нуклидов). Это также самый редкий первичный изотоп во Вселенной, если принять во внимание содержание элементов тантала и изотопное содержание 180m Ta в естественной смеси изотопов (и снова исключая радиогенные и космогенные короткоживущие нуклиды). [25]

Тантал был теоретически исследован как « засаливающий » материал для ядерного оружия ( кобальт - наиболее известный гипотетический засолочный материал). Внешняя оболочка из 181 Ta будет облучена интенсивным потоком нейтронов высокой энергии от гипотетического взрывающегося ядерного оружия. Это преобразовало бы тантал в радиоактивный изотоп 182 Ta, который имеет период полураспада 114,4 дня и производит гамма-лучи с энергией примерно 1,12 миллиона электрон-вольт (МэВ) на штуку, что значительно увеличивает радиоактивность ядерных осадков.от взрыва несколько месяцев. Насколько известно, такое «соленое» оружие никогда не создавалось и не испытывалось, и уж точно никогда не использовалось в качестве оружия. [26]

Тантал может использоваться в качестве материала мишени для пучков ускоренных протонов для производства различных короткоживущих изотопов, включая 8 Li, 80 Rb и 160 Yb. [27]

Химические соединения [ править ]

Тантал образует соединения со степенями окисления от -III до + V. Чаще всего встречаются оксиды Ta (V), который включает все минералы. Химические свойства Ta и Nb очень похожи. В водных средах Ta проявляет только степень окисления + V. Как и ниобий, тантал плохо растворяется в разбавленных растворах соляной , серной , азотной и фосфорной кислот из-за осаждения водного оксида Ta (V). [28] В основных средах Та может растворяться за счет образования полиоксотанталатов. [29]

Оксиды, нитриды, карбиды, сульфиды [ править ]

Пятиокись тантала (Ta 2 O 5 ) является наиболее важным соединением с точки зрения применения. Оксиды тантала в более низких степенях окисления многочисленны, включая много дефектных структур , и мало изучены или плохо охарактеризованы. [30]

Танталаты, соединения, содержащие [TaO 4 ] 3– или [TaO 3 ] - многочисленны. Танталат лития (LiTaO 3 ) имеет структуру перовскита. Танталат лантана (LaTaO 4 ) содержит изолированный TaO3-
4тетраэдры. [31]

Как и в случае с другими тугоплавкими металлами , самые твердые известные соединения тантала - это нитриды и карбиды. Карбид тантала TaC, как и более широко используемый карбид вольфрама , представляет собой твердую керамику, которая используется в режущих инструментах. Нитрид тантала (III) используется в качестве тонкопленочного изолятора в некоторых процессах изготовления микроэлектроники. [32]

Наиболее изученным халькогенидом является TaS 2 , слоистый полупроводник , как видно из дихалькогенидов других переходных металлов . Сплав тантал-теллур образует квазикристаллы . [31]

Галиды [ править ]

Галогениды тантала охватывают степени окисления +5, +4 и +3. Пентафторид тантала (TaF 5 ) представляет собой белое твердое вещество с температурой плавления 97,0 ° C. Анион [TaF 7 ] 2- используется для его отделения от ниобия. [33] Хлорид TaCl
5, существующий в виде димера, является основным реагентом при синтезе новых соединений Ta. Легко гидролизуется до оксихлорида . Низшие галогениды TaX
4и TaX
3, имеют связи Ta-Ta. [31] [28]

Танталорганические соединения [ править ]

Танталорганические соединения включают пентаметилтантал , смешанные хлориды алкилтантала, гидриды алкилтантала, алкилиденовые комплексы, а также их циклопентадиенильные производные. [34] [35] Для гексакарбонил [Ta (CO) 6 ] - и родственных изоцианидов известны различные соли и замещенные производные .

Та (СН 3 ) 5 .

Возникновение [ править ]

Танталит, район Пилбара , Австралия

Тантал, по оценкам, составляют приблизительно 1  м.д. [36] или 2  частей на миллион [28] из земной коры по массе . Существует много разновидностей тантала, но лишь некоторые из них пока используются в промышленности в качестве сырья: танталит (серия, состоящая из танталита (Fe), танталита (Mn) и танталита (Mg)), микролита (в настоящее время название группы), водгинит , эвксенит (на самом деле эвксенит- (Y)) и поликраз (на самом деле поликраза- (Y)). [6] Танталит ( Fe , Mn ) Ta 2 O 6является наиболее важным минералом для добычи тантала. Танталит имеет ту же минеральную структуру, что и колумбит ( Fe , Mn ) (Ta, Nb ) 2 O 6 ; когда тантала больше, чем ниобия, его называют танталитом, а когда ниобия больше, чем тантала, его называют колумбитом (или ниобитом ). Высокая плотность танталита и других танталосодержащих минералов делает использование гравитационного разделения лучшим методом. Другие минералы включают самарскит и фергусонит .

Производители тантала в 2015 году, при этом Руанда является основным производителем

Основная добыча тантала находится в Австралии , где крупнейший производитель Global Advanced Metals , ранее известный как Talison Minerals , управляет двумя рудниками в Западной Австралии, Greenbushes на юго-западе и Wodgina в регионе Pilbara . Рудник Wodgina был вновь открыт в январе 2011 года после того, как добыча на нем была приостановлена ​​в конце 2008 года из-за мирового финансового кризиса . [37] Менее чем через год после повторного открытия Global Advanced Metals объявила, что из-за снова «... снижения спроса на тантал ...» и других факторов добыча тантала должна быть прекращена в конце февраля 2012 года. [38 ]Wodgina производит первичный танталовый концентрат, который дополнительно модернизируется на заводе Greenbushes перед продажей покупателям. [39] В то время как крупные производители ниобия находятся в Бразилии и Канаде , руда там также дает небольшой процент тантала. Некоторые другие страны, такие как Китай , Эфиопия и Мозамбик, добывают руды с более высоким процентным содержанием тантала и производят значительную часть его мировой добычи. Тантал также производится в Таиланде и Малайзии как побочный продукт олова.майнинг там. Во время гравитационного разделения руд из россыпных месторождений обнаруживается не только касситерит (SnO 2 ), но и небольшой процент танталита. Затем шлак плавильных печей содержит экономически полезные количества тантала, который выщелачивается из шлака. [14] [40]

Производители тантала в 2006 году, при этом Австралия была основным производителем

Мировое производство тантала претерпело важный географический сдвиг с начала 21 века, когда добыча велась преимущественно в Австралии и Бразилии. Начиная с 2007 года по 2014 год, основные источники добычи тантала на шахтах резко переместились в ДРК, Руанду и некоторые другие африканские страны. [41] Будущие источники поставок тантала, в порядке их предполагаемого размера, исследуются в Саудовской Аравии , Египте , Гренландии , Китае , Мозамбике , Канаде , Австралии , США , Финляндии и Бразилии . [42][43]

По оценкам, запасам тантала осталось менее 50 лет, если исходить из текущих темпов добычи, что свидетельствует о необходимости увеличения рециркуляции . [44]

Статус как конфликтный ресурс [ править ]

См. Также: Добыча колтана и этика и Колтан § Этика добычи полезных ископаемых в Демократической Республике Конго

Тантал считается конфликтным ресурсом . Колтан , промышленное название для колумбита - танталит минерал , из которого извлекаются ниобий и тантал, [45] можно найти также в Центральной Африке , поэтому тантал быть связан с войной в Демократической Республике Конго (бывший Заир ) . Согласно докладу Организации Объединенных Наций от 23 октября 2003 г. [46], контрабанда и экспорт колтана способствовали разжиганию войны в Конго, кризиса, в результате которого с 1998 г. погибло около 5,4 миллиона человек [47].- что делает его самым смертоносным задокументированным конфликтом со времен Второй мировой войны . Были подняты этические вопросы об ответственном корпоративном поведении, правах человека и угрозе дикой природе из-за эксплуатации ресурсов, таких как колтан, в регионах вооруженных конфликтов в бассейне Конго. [48] [49] [50] [51] Однако, несмотря на важность для местной экономики в Конго, вклад добычи колтана в Конго в мировые поставки тантала обычно невелик. Геологическая служба США сообщает в своем ежегоднике , что этот регион произвел чуть менее 1% от объема производства тантала в мире в 2002-2006 годах, достигнув 10% в 2000 и 2008 годах [40]

Заявленная цель проекта « Solutions for Hope Tantalum Project» - «добыть бесконфликтный тантал из Демократической Республики Конго» [52]

Производство и изготовление [ править ]

Динамика производства тантала до 2012 г. [53]

Извлечение тантала из танталита осуществляется в несколько этапов. Сначала минерал измельчается и концентрируется путем гравитационного разделения . Обычно это выполняется рядом с рудником .

Очистка [ править ]

Очистка тантала из его руд - один из наиболее сложных процессов разделения в промышленной металлургии. Основная проблема заключается в том, что танталовые руды содержат значительные количества ниобия , который по химическим свойствам почти идентичен свойствам Та. Для решения этой проблемы было разработано большое количество процедур.

В наше время разделение достигается гидрометаллургией . [54] Добыча начинается с выщелачивания руды плавиковой кислотой вместе с серной или соляной кислотой . Этот этап позволяет отделить тантал и ниобий от различных неметаллических примесей в породе. Хотя Ta встречается в виде различных минералов, его удобно представить в виде пятиокиси, поскольку большинство оксидов тантала (V) в этих условиях ведут себя аналогичным образом. Таким образом, упрощенное уравнение для его извлечения:

Ta 2 O 5 + 14 HF → 2 H 2 [TaF 7 ] + 5 H 2 O

Совершенно аналогичные реакции протекают с ниобиевым компонентом, но гексафторид обычно преобладает в условиях экстракции.

Nb 2 O 5 + 12 HF → 2 H [NbF 6 ] + 5 H 2 O

Эти уравнения упрощены: предполагается, что бисульфат (HSO 4 - ) и хлорид конкурируют в качестве лигандов за ионы Nb (V) и Ta (V), когда используются серная и соляная кислоты соответственно. [54] Комплексы фторида тантала и ниобия затем удаляет из водного раствора с помощью жидкостно-жидкостной экстракции в органические растворители , такие как циклогексанон , октанол и метилизобутилкетон . Эта простая процедура позволяет удалить большинство металлосодержащих примесей (например, железо, марганец, титан, цирконий), которые остаются в водной фазе в виде их фторидов. и другие комплексы.

Затем отделение тантала от ниобия достигается за счет снижения ионной силы смеси кислот, что приводит к растворению ниобия в водной фазе. Предполагается, что в этих условиях образуется оксифторид H 2 [NbOF 5 ]. После удаления ниобия раствор очищенного H 2 [TaF 7 ] нейтрализуют водным аммиаком для осаждения гидратированного оксида тантала в виде твердого вещества, которое можно прокалить до пятиокиси тантала (Ta 2 O 5 ). [55]

Вместо гидролиза H 2 [TaF 7 ] можно обработать фторидом калия для получения гептафтортанталата калия :

H 2 [TaF 7 ] + 2 KF → K 2 [TaF 7 ] + 2 HF

В отличие от H 2 [TaF 7 ], калиевая соль легко кристаллизируется и обрабатывается как твердое вещество.

К 2 [TaF 7 ] , может быть превращено в металлический тантал путем уменьшения с натрием , при температуре приблизительно 800 ° С в расплавленной соли . [56]

K 2 [TaF 7 ] + 5 Na → Ta + 5 NaF + 2 KF

В более старом методе, называемом процессом Мариньяка , смесь H 2 [TaF 7 ] и H 2 [NbOF 5 ] превращалась в смесь K 2 [TaF 7 ] и K 2 [NbOF 5 ], которая затем была разделены фракционной кристаллизацией , используя их различную растворимость в воде.

Электролиз [ править ]

Смотрите также: Кембриджский процесс FFC

Тантал также можно очистить электролизом с использованием модифицированной версии процесса Холла-Эру . Вместо того, чтобы требовать, чтобы входной оксид и выходной металл находились в жидкой форме, электролиз тантала работает на нежидких порошкообразных оксидах. Первоначальное открытие произошло в 1997 году, когда исследователи Кембриджского университета погрузили небольшие образцы определенных оксидов в ванны с расплавом соли и восстановили оксид электрическим током. Катод использует порошкообразный оксид металла. Анод выполнен из угля. Расплав соли при температуре 1000 ° C (1830 ° F) является электролитом. Мощность первого НПЗ может удовлетворить 3–4% годовой мировой потребности. [57]

Производство и металлообработка [ править ]

Вся сварка тантала должна выполняться в инертной атмосфере аргона или гелия , чтобы защитить его от загрязнения атмосферными газами. Тантал не поддается пайке . Измельчение тантала затруднено, особенно отожженного тантала. В отожженном состоянии тантал чрезвычайно пластичен и его легко формовать в виде металлических листов. [58]

Приложения [ править ]

Электроника [ править ]

Танталовый электролитический конденсатор

В основном тантал в виде металлического порошка используется в производстве электронных компонентов, в основном конденсаторов и некоторых мощных резисторов . В танталовых электролитических конденсаторах используется тенденция тантала к образованию защитного оксидного поверхностного слоя с использованием порошка тантала, 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 емкостьможно добиться в небольшом объеме. Из-за преимуществ в размере и весе танталовые конденсаторы привлекательны для портативных телефонов , персональных компьютеров , автомобильной электроники и фотоаппаратов . [59]

Сплавы [ править ]

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. [60] [59] [61] Из-за своей пластичности тантал можно втянуть в тонкие проволоки или нити, которые используются для испарения металлов, таких как алюминий.. Поскольку тантал устойчив к воздействию жидкостей организма и не вызывает раздражения, он широко используется в производстве хирургических инструментов и имплантатов. Например, пористые танталовые покрытия используются при изготовлении ортопедических имплантатов из-за способности тантала образовывать прямую связь с твердой тканью. [62]

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. [63] Тантал широко использовался в производстве сверхвысокочастотных электронных ламп для радиопередатчиков. Тантал способен улавливать кислород и азот, образуя нитриды и оксиды, и поэтому помогал поддерживать высокий вакуум, необходимый для трубок, когда они используются для внутренних деталей, таких как решетки и пластины. [33] [63]

Другое использование [ править ]

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. [64] Тантал значительно увеличивает бронепробиваемость кумулятивного заряда из-за его высокой плотности и высокой температуры плавления. [65] [66] 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. [67] Высокая жесткость тантала делает необходимым использовать его в качестве высокопористой пены или каркаса с меньшей жесткостью для имплантатов для замены тазобедренного сустава, чтобы избежать защиты от напряжения . [68] Поскольку тантал является цветным немагнитным металлом, эти имплантаты считаются приемлемыми для пациентов, проходящих процедуры МРТ. [69] Оксид используется для изготовления специального стекла с высоким показателем преломления для линз фотоаппаратов . [70]

Экологические проблемы [ править ]

В области окружающей среды танталу уделяется гораздо меньше внимания, чем в других науках о Земле. Концентрация верхней коры (UCC) и соотношение Nb / Ta в верхней коре и в минералах доступны, потому что эти измерения полезны в качестве геохимического инструмента. [71] Последнее значение концентрации в верхней части земной коры составляет 0,92 частей на миллион, а соотношение Nb / Ta (вес / вес) составляет 12,7. [72]

Имеется мало данных о концентрациях тантала в различных частях окружающей среды, особенно в природных водах, где даже не были получены надежные оценки концентраций «растворенного» тантала в морской и пресной воде. [73] Некоторые значения концентраций растворенных веществ в океанах были опубликованы, но они противоречивы. Значения в пресных водах тариф немного лучше, но, во всех случаях, они, вероятно , ниже 1 нг л -1 , так как «» растворенные концентрации в природных водах значительно ниже наиболее текущие аналитические возможности. [74]Для анализа требуются процедуры предварительного концентрирования, которые на данный момент не дают стабильных результатов. В любом случае, тантал присутствует в природных водах в основном в виде твердых частиц, а не в растворенном виде. [73]

Значения концентраций в почвах, донных отложениях и атмосферных аэрозолях получить легче. [73] Значения в почвах близки к 1 ppm и, следовательно, к значениям UCC. Это указывает на детритовое происхождение. Для атмосферных аэрозолей доступные значения разбросаны и ограничены. Когда наблюдается обогащение тантала, это, вероятно, связано с потерей более водорастворимых элементов в аэрозолях в облаках. [75]

Загрязнение, связанное с использованием элемента человеком, не обнаружено. [76] Тантал является очень консервативным элементом с точки зрения биогеохимии, но его круговорот и реакционная способность до сих пор полностью не изучены.

Меры предосторожности [ править ]

Соединения, содержащие тантал, в лаборатории встречаются редко. Металл обладает высокой биосовместимостью [67] и используется для имплантатов и покрытий тела , поэтому внимание может быть сосредоточено на других элементах или физической природе химического соединения . [77]

Люди могут подвергнуться воздействию тантала на рабочем месте при вдыхании, контакте с кожей или глазами. Управление по безопасности и гигиене труда (OSHA) установило допустимый предел ( допустимый предел воздействия ) для воздействия тантала на рабочем месте в размере 5 мг / м 3 в течение 8-часового рабочего дня. Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (NIOSH) установила предел рекомендуемой экспозиции (REL) от 5 мг / м 3 в течение 8-часового рабочего дня и краткосрочный предел 10 мг / м 3 . При уровне 2500 мг / м 3 тантал немедленно опасен для жизни и здоровья . [78]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Мейджа, Юрис; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91. DOI : 10,1515 / пак-2015-0305 .
  2. ^ a b Moseley, PT; Сибрук, CJ (1973). «Кристаллическая структура β-тантала». Acta Crystallographica Раздел B Структурная кристаллография и кристаллохимия . 29 (5): 1170–1171. DOI : 10.1107 / S0567740873004140 .
  3. ^ Лиде, DR, изд. (2005). «Магнитная восприимчивость элементов и неорганических соединений». CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN  0-8493-0486-5.
  4. ^ Weast, Роберт (1984). CRC, Справочник по химии и физике . Бока-Ратон, Флорида: Издательство Chemical Rubber Company. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
  5. ^ Еврипид , Орест
  6. ^ а б «Шахты, полезные ископаемые и многое другое» . Mindat.org.
  7. ^ Ekeberg, Андерс (1802). «О свойствах земли иттрия по сравнению со свойствами глюцина; ископаемых, в которых содержится первая из этих земель; и об открытии металлической природы (танталия)» . Журнал естественной философии, химии и искусств . 3 : 251–255.
  8. ^ Ekeberg, Андерс (1802). "Uplysning om Ytterjorden egenskaper, i synnerhet i aemforelse med Berylljorden: om de Fossilier, havari förstnemnde jord innehales, samt om en ny uptäckt kropp af metallik natur" . Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens Handlingar . 23 : 68 -83.
  9. ^ Гриффит, Уильям П .; Моррис, Питер JT (2003). "Чарльз Хэтчетт FRS (1765–1847), химик и первооткрыватель ниобия". Примечания и отчеты Лондонского королевского общества . 57 (3): 299–316. DOI : 10.1098 / RSNR.2003.0216 . JSTOR 3557720 . S2CID 144857368 .  
  10. ↑ Волластон, Уильям Хайд (1809). «О тождестве колумбия и тантала». Философские труды Лондонского королевского общества . 99 : 246–252. DOI : 10.1098 / rstl.1809.0017 . JSTOR 107264 . S2CID 110567235 .  
  11. ^ Роза, Генрих (1844). "Ueber die Zusammensetzung der Tantalite und ein im Tantalite von Baiern enthaltenes neues Metall" . Annalen der Physik (на немецком языке). 139 (10): 317–341. Bibcode : 1844AnP ... 139..317R . DOI : 10.1002 / andp.18441391006 .
  12. ^ Роза, Генрих (1847). "Ueber die Säure im Columbit von Nordamérika" . Annalen der Physik (на немецком языке). 146 (4): 572–577. Bibcode : 1847AnP ... 146..572R . DOI : 10.1002 / andp.18471460410 .
  13. ^ a b Мариньяк, Бломстранд; Х. Девиль; Л. Трост и Р. Херманн (1866). "Tantalsäure, Niobsäure, (Ilmensäure) und Titansäure". Журнал аналитической химии Фрезениуса . 5 (1): 384–389. DOI : 10.1007 / BF01302537 . S2CID 97246260 . 
  14. ^ a b c Гупта, СК; Сури, АК (1994). Добывающая металлургия ниобия . CRC Press. ISBN 978-0-8493-6071-8.
  15. ^ Marignac, MC (1866). "Recherches sur les combinaisons du niobium" . Annales de Chimie et de Physique (на французском языке). 4 (8): 7–75.
  16. ^ Германн, Р. (1871). "Fortgesetzte Untersuchungen über die Verbindungen von Ilmenium und Niobium, sowie über die Zusammensetzung der Niobmineralien (Дальнейшие исследования соединений ильмения и ниобия, а также состава минералов ниобия)" . Journal für Praktische Chemie (на немецком языке). 3 (1): 373–427. DOI : 10.1002 / prac.18710030137 .
  17. ^ «Ниобий» . Universidade de Coimbra . Проверено 5 сентября 2008 .
  18. Перейти ↑ Bowers, B. (2001). «Сканирование нашего прошлого из Лондона. Лампа накаливания и новые материалы». Труды IEEE . 89 (3): 413. DOI : 10,1109 / 5,915382 . S2CID 28155048 . 
  19. ^ Lempriere, Джон (1887). Классический словарь Лемприера . п. 659 .
  20. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 1138. ISBN 978-0-08-037941-8.
  21. ^ Colakis, Marianthe; Маселло, Мэри Джоан (30.06.2007). «Тантал» . Классическая мифология и многое другое: рабочая тетрадь . ISBN 978-0-86516-573-1.
  22. ^ Магнусон, М .; Гречинский, Г .; Eriksson, F .; Hultman, L .; Хогберг, Х. (2019). «Электронная структура пленок β-Ta по данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и расчетов из первых принципов» . Прикладная наука о поверхности . 470 : 607–612. Bibcode : 2019ApSS..470..607M . DOI : 10.1016 / j.apsusc.2018.11.096 .
  23. ^ Ли, S .; Doxbeck, M .; Mueller, J .; Cipollo, M .; Кот, П. (2004). «Текстура, структура и фазовые превращения в покрытии из бета-тантала с напылением» . Технология поверхностей и покрытий . 177-178: 44. DOI : 10.1016 / j.surfcoat.2003.06.008 .
  24. ^ Халт, Микаэль; Вислендер, Дж. С. Элизабет; Мариссенс, Герд; Гаспарро, Жоэль; Wätjen, Uwe; Мисиашек, Марцин (2009). «Поиск радиоактивности 180mTa с использованием подземного сэндвич-спектрометра HPGe». Прикладное излучение и изотопы . 67 (5): 918–921. DOI : 10.1016 / j.apradiso.2009.01.057 . PMID 19246206 . 
  25. ^ Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Blachot, Жан; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), " Оценка ядерных свойств и свойств распада N UBASE " , Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11 0,001
  26. ↑ Win, Дэвид Тин; Аль Масум, Мохаммед (2003). «Оружие массового поражения» (PDF) . Успенский университетский журнал технологий . 6 (4): 199–219.
  27. ^ «Выходы танталовых мишеней - База данных по выходам ISAC - TRIUMF: Канадская национальная лаборатория элементарной и ядерной физики» . mis.triumf.ca .
  28. ^ a b c Агулянский, Анатолий (2004). Химия фторидных соединений тантала и ниобия . Эльзевир. ISBN 978-0-444-51604-6. Проверено 2 сентября 2008 .
  29. ^ Deblonde, Gauthier J. -P .; Чаннес, Александр; Белэр, Сара; Кот, Жерар (01.07.2015). «Растворимость ниобия (V) и тантала (V) в мягких щелочных условиях». Гидрометаллургия . 156 : 99–106. DOI : 10.1016 / j.hydromet.2015.05.015 . ISSN 0304-386X . 
  30. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  31. ^ a b c Холлеман, AF; Wiberg, E .; Виберг, Н. (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (на немецком языке) (102-е изд.). де Грюйтер. ISBN 978-3-11-017770-1.
  32. ^ Цукимото, S .; Moriyama, M .; Мураками, Масанори (1961). «Микроструктура тонких пленок аморфного нитрида тантала». Тонкие твердые пленки . 460 (1–2): 222–226. Bibcode : 2004TSF ... 460..222T . DOI : 10.1016 / j.tsf.2004.01.073 .
  33. ^ a b Суассон, Дональд Дж .; McLafferty, JJ; Пьер, Джеймс А. (1961). «Отчет о сотрудничестве персонала и промышленности: тантал и ниобий». Ind. Eng. Chem . 53 (11): 861–868. DOI : 10.1021 / ie50623a016 .
  34. ^ Шрок, Ричард Р. (1979-03-01). «Алкилиденовые комплексы ниобия и тантала». Счета химических исследований . 12 (3): 98–104. DOI : 10.1021 / ar50135a004 . ISSN 0001-4842 . 
  35. ^ Морс, PM; и другие. (2008). «Этиленовые комплексы ранних переходных металлов: кристаллические структуры [HfEt
    4    (C
    2    ЧАС
    4    )2−
    ]     и частицы в состоянии отрицательного окисления [TaHEt (C
    2    ЧАС
    4    )3-
    3    ]     и [WH (C
    2    ЧАС
    4    )3-
    4    ]     .» Organometallics . 27 (5): 984. DOI : 10.1021 / om701189e .
  36. ^ Эмсли, Джон (2001). «Тантал» . Природа Строительные блоки: AZ Руководство по элементам . Оксфорд, Англия, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. п. 420 . ISBN 978-0-19-850340-8.
  37. ^ "Talison Tantalum нацелена на перезапуск Wodgina в середине 2011 года 09.06.2010" . Рейтер . 2010-06-09 . Проверено 27 августа 2010 .
  38. ↑ Эмери, Кейт (24 января 2012 г.). «GAM закрывает танталовый рудник Wodgina» . Западная Австралия . Архивировано из оригинала 4 декабря 2012 года . Проверено 20 марта 2012 года . Снижение спроса на тантал во всем мире и задержки с получением разрешения правительства на установку необходимого дробильного оборудования являются одними из факторов, способствующих принятию этого решения.
  39. ^ "Операции Wodgina" . Global Advanced Metals. 2008 . Проверено 28 марта 2011 .
  40. ^ a b Папп, Джон Ф. (2006). "Ежегодник полезных ископаемых Nb & Ta 2006" . Геологическая служба США . Проверено 3 июня 2008 .
  41. ^ Bleiwas, Дональд I .; Папп, Джон Ф .; Ягер, Томас Р. (2015). «Изменения в мировом производстве танталовых рудников, 2000–2014 гг.» (PDF) . Геологическая служба США.
  42. ↑ MJ (ноябрь 2007 г.). «Танталовая добавка» (PDF) . Горный журнал . Проверено 3 июня 2008 .
  43. ^ "Международные ресурсы тантала - разведка и добыча" (PDF) . Бюллетень GSWA по минеральным ресурсам . 22 (10). Архивировано из оригинального (PDF) 26 сентября 2007 года.
  44. ^ Мойер, Майкл (2010). «Сколько осталось?». Scientific American . 303 (3): 74–81. Bibcode : 2010SciAm.303c..74M . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0910-74 . PMID 20812483 . 
  45. ^ Тантал-ниобиевый международный исследовательский центр: Получено по Coltan 27 января 2008 г.
  46. ^ "S / 2003/1027" . 2003-10-26 . Проверено 19 апреля 2008 .
  47. ^ "Специальный отчет: Конго" . Международный комитет спасения . Проверено 19 апреля 2008 .
  48. ^ Хейс, Карен; Бердж, Ричард (2003). Coltan Mining в Демократической Республике Конго: как отрасли, использующие тантал, могут внести свой вклад в восстановление ДРК . Фауна и Флора . С. 1–64. ISBN 978-1-903703-10-6.
  49. ^ Dizolele, Mvemba Phezo (6 января 2011). «Кровавый колтан Конго» . Пулитцеровский центр по оповещению о кризисах . Проверено 8 августа 2009 .
  50. ^ "Война Конго и роль Колтана" . Архивировано из оригинала на 2009-07-13 . Проверено 8 августа 2009 .
  51. ^ "Добыча колтана в бассейне реки Конго" . Архивировано из оригинала на 2009-03-30 . Проверено 8 августа 2009 .
  52. ^ « Танталовый проект « Решения для надежды »предлагает решения и приносит надежду жителям ДРК» . Сеть решений . Проверено 18 сентября 2014 года .
  53. ^ «Программа минеральных ресурсов» . Minerals.usgs.gov . Архивировано из оригинала на 4 июня 2013 года .
  54. ^ а б Чжаоу Чжу; Чу Юн Ченг (2011). «Технология экстракции растворителем для разделения и очистки ниобия и тантала: обзор». Гидрометаллургия . 107 (1–2): 1–12. DOI : 10.1016 / j.hydromet.2010.12.015 .
  55. ^ Agulyanski Анатолий (2004). Химия фторидных соединений тантала и ниобия (1-е изд.). Берлингтон: Эльзевир. ISBN 9780080529028.
  56. ^ Окабе, Тору Х .; Садовей, Дональд Р. (1998). «Металлотермическое восстановление как электронно-опосредованная реакция» . Журнал материаловедения . 13 (12): 3372–3377. Bibcode : 1998JMatR..13.3372O . DOI : 10.1557 / JMR.1998.0459 . S2CID 98753880 . 
  57. ^ "Производство металлов: дразнящая перспектива" . Экономист . 2013-02-16 . Проверено 17 апреля 2013 .
  58. ^ «NFPA 484 - Стандарт для горючих металлов, металлических порошков и металлической пыли - издание 2002 г.» (PDF) . Национальная ассоциация противопожарной защиты . NFPA. 2002-08-13 . Проверено 12 февраля 2016 .
  59. ^ a b «Товарный отчет 2008: Тантал» (PDF) . Геологическая служба США . Проверено 24 октября 2008 .
  60. ^ «Танталовые продукты: танталовый лист и пластина | Admat Inc» . Admat Inc . Проверено 28 августа 2018 .
  61. Перейти ↑ Buckman Jr., RW (2000). «Новые области применения тантала и танталовых сплавов». JOM: журнал Общества минералов, металлов и материалов . 52 (3): 40. Bibcode : 2000JOM .... 52c..40B . DOI : 10.1007 / s11837-000-0100-6 . S2CID 136550744 . 
  62. ^ Коэн, R .; Делла Валле, CJ; Джейкобс, Дж. Дж. (2006). «Применение пористого тантала в тотальном эндопротезировании тазобедренного сустава». Журнал Американской академии хирургов-ортопедов . 14 (12): 646–55. DOI : 10.5435 / 00124635-200611000-00008 . PMID 17077337 . 
  63. ^ a b Балке, Кларенс В. (1935). «Колумбий и тантал». Промышленная и инженерная химия . 20 (10): 1166. DOI : 10.1021 / ie50310a022 .
  64. ^ Немат-Насер, Сиа; Айзекс, Джон Б.; Лю, Минци (1998). «Микроструктура высокодеформированного, высокоскоростного деформированного тантала». Acta Materialia . 46 (4): 1307. DOI : 10.1016 / S1359-6454 (97) 00746-5 .
  65. ^ Уолтерс, Уильям; Куч, Уильям; Беркинс, Мэтью; Беркинс, Мэтью (2001). «Сопротивление проникновению титанового сплава струями танталовых гильз кумулятивного заряда» . Международный журнал ударной инженерии . 26 (1–10): 823. doi : 10.1016 / S0734-743X (01) 00135-X .
  66. ^ Рассел, Алан М .; Ли, Кок Лунг (2005). Соотношения структура-свойство в цветных металлах . Хобокен, Нью-Джерси: Wiley-Interscience. п. 218. ISBN 978-0-471-64952-6.
  67. ^ a b Джеральд Л. Берк (1940). «Коррозия металлов в тканях и введение в тантал». Журнал Канадской медицинской ассоциации . 43 .
  68. Перейти ↑ Black, J. (1994). «Биологические свойства тантала». Клинические материалы . 16 (3): 167–173. DOI : 10.1016 / 0267-6605 (94) 90113-9 . PMID 10172264 . 
  69. ^ Паганиас, Христос G .; Цакотос, Джордж А .; Koutsostathis, Stephanos D .; Macheras, Джордж А. (2012). «Костная интеграция в пористых танталовых имплантатах» . Индийский журнал ортопедии . 46 (5): 505–13. DOI : 10.4103 / 0019-5413.101032 . ISSN 0019-5413 . PMC 3491782 . PMID 23162141 .   
  70. ^ Musikant, Соломон (1985). «Композиция оптического стекла» . Оптические материалы: введение в выбор и применение . CRC Press. п. 28. ISBN 978-0-8247-7309-0.
  71. ^ Зеленый, TH. (1995). «Значение Nb / Ta как индикатора геохимических процессов в системе кора-мантия». Химическая геология . 120 (3–4): 347–359. Bibcode : 1995ChGeo.120..347G . DOI : 10.1016 / 0009-2541 (94) 00145-X .
  72. ^ Ху, Z .; Гао, С. (2008). «Содержание микроэлементов в верхней коре: пересмотр и обновление». Химическая геология . 253 (3-4): 205. Bibcode : 2008ChGeo.253..205H . DOI : 10.1016 / j.chemgeo.2008.05.010 .
  73. ^ a b c Филелла, М. (2017). «Тантал в окружающей среде». Обзоры наук о Земле . 173 : 122–140. Bibcode : 2017ESRv..173..122F . DOI : 10.1016 / j.earscirev.2017.07.002 .
  74. ^ Filella, M .; Родушкин, И. (2018). «Краткое руководство по определению менее изученных технологических элементов (Nb, Ta, Ga, In, Ge, Te) с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в пробах окружающей среды». Spectrochimica Acta Часть B . 141 : 80–84. Bibcode : 2018AcSpe.141 ​​... 80F . DOI : 10.1016 / j.sab.2018.01.004 .
  75. ^ Vlastelic, I .; Сучорский, К .; Селлегри, К .; Colomb, A .; Nauret, F .; Bouvier, L .; Пиро, JL. (2015). «Бюджет элементов высокой напряженности поля атмосферных аэрозолей (Пюи де Дом, Франция)». Geochimica et Cosmochimica Acta . 167 : 253–268. Bibcode : 2015GeCoA.167..253V . DOI : 10.1016 / j.gca.2015.07.006 .
  76. ^ Filella, M .; Родригес-Мурильо, JC. (2017). «Менее изученные ТВК: увеличиваются ли их концентрации в окружающей среде из-за их использования в новых технологиях?». Chemosphere . 182 : 605–616. Bibcode : 2017Chmsp.182..605F . DOI : 10.1016 / j.chemosphere.2017.05.024 . PMID 28525874 . 
  77. ^ Matsuno H; Ёкояма А; Watari F; Uo M; Кавасаки Т. (2001). «Биосовместимость и остеогенез имплантатов из тугоплавких металлов, титана, гафния, ниобия, тантала и рения. Биосовместимость тантала». Биоматериалы . 22 (11): 1253–62. DOI : 10.1016 / S0142-9612 (00) 00275-1 . PMID 11336297 . 
  78. ^ "CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям - тантал (металлическая и оксидная пыль, как Ta)" . www.cdc.gov . Проверено 24 ноября 2015 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Тантал-ниобиевый международный исследовательский центр
  • CDC - Карманный справочник NIOSH по химической опасности