Тантал

ТАНТАЛ, Ta (по имени героя древне-греческой мифологии Тантала; лат. Tantalum * а. tantalum; н. Tantal; ф. tantale; и. tantalo), — химический элемент V группы периодической системы Менделеева, атомный номер 73, атомная масса 180,9479. В природе встречается в виде двух изотопов: ¹⁸¹Ta (99,9877%) и ¹⁸⁰Ta (0,0123%). Известно 13 искусственных радиоактивных изотопов тантала с массовыми числами от 172 до 186. Тантал открыт в 1802 шведским химиком А. Г. Экебергом. Пластичный металлический тантал впервые получен немецким учёным В. Больтеном в 1903.

Свойства и характеристики

Тантал — металл серого цвета со слабым свинцовым оттенком; имеет кубическую объёмноцентрированную решётку (а=0,3296 нм); плотность 16 600 кг/м³; t плавления 2014°С, t кипения около 5500°С; молярная теплоемкость 25,4 Дж/(моль•К); удельная теплопроводность 63 Вт/(м•К); электрическое сопротивление 12,4•10^-4 (Ом•м); температурный коэффициент линейного расширения 6,6•10^-6 К; температура перехода в сверхпроводящее состояние 4,38 К, парамагнитен. По химическим свойствам тантал аналог ниобия. Наиболее характерная степень окисления +5, редко от +1 до +4 (известны соединения TaCl₄, TaCl₃, TaCl₂ и др.). При нормальных условиях тантал малоактивен, на воздухе окисляется лишь при температуре свыше 280°С, покрываясь защитной плёнкой Ta2O₅; с галогенами реагирует при температуре свыше 250°С. При нагревании реагирует с С, В, Si, Р, Se, Te, H₂О, CO, CO₂, NO, HCl, H₂S.

Химически чистый тантал исключительно устойчив к действию жидких щелочных металлов, большинства неорганических и органических кислот, а также многих других агрессивных сред (за исключением расплавленных щелочей). ПДК 5 мг/м³.

Тантал в природе

Среднее содержание тантала в земной коре (кларк) 2,5•10^-4% (по массе), в ультраосновных породах 1•10^-6%, основных — 4,8•10^-5%, кислых — 3,5•10^-4%. Тантал — характерный элемент гранитной и щелочной магм, в процессе их эволюции накапливается в конечных дифференциатах. Известно около 20 собственных минералов тантала — серия колумбит — танталит, воджинит, лопарит и др. и более 60 минералов, содержащих тантал. Все они генетически связаны с эндогенным минералообразованием.

В минералах тантала всегда находится совместно с ниобием вследствие сходства их физических и химических свойств. Тантал — типично рассеянный элемент, т.к. изоморфен со многими химическими элементами. Месторождения тантала приурочены к гранитным пегматитам, карбонатитам и щелочным расслоенным интрузиям.

Примнение и использование

Основной сырьём для производства тантала и его сплавов служат танталитовые и лопаритовые концентраты, содержащие около 8% Ta₂O₅, 60% и более Nb₂O₅. Концентраты разлагают кислотами или щелочами, лопаритовые — хлорируют. Разделение Ta 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. Из тантала и его сплавов изготовляют коррозионно-устойчивую аппаратуру для химической промышленности, фильеры, лабораторную посуду и тигли; теплообменники для ядерно-энергетических систем. 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 применяется в производстве твёрдых сплавов.