химический каталог




ТАНТАЛ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

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 5s265d36s2; 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 ТАНТАЛ 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.

Свойства. ТАНТАЛ-блестящий серебристо-серый металл; кри-сталлич. решетка кубическая объемноцентрированная, а = 0,3296 нм, z = 2, пространств. группа Iт3т. ТАНТАЛ пл. 3014°С, температура кипения около 5500°С; плотность 16,60 г/см3 (20°С); 25,39 Дж/(моль • К); DHпл 34,8 кДж/моль (3287 К), 787 кДж/моль (298 К), 751 кДж/моль (5773 К); 41,6 Дж/(моль•К); температура перехода в сверхпроводящее состояние 4,45 К; уравение температурной зависимости давления пара: lgp(Па) = 13,98-41600/T-lgT (2200-3263 К); температурный коэффициент линейного расширения 6,5•10-6 К-1 (293--393 К) и 8,0•10-6 K-1 (293-1773 К); теплопроводность 54,43 Вт/(м•К) при 293 К; rl,32•10-7(0°C) и 8,7• 10-7 Ом•м (2000°С), температурный коэффициент r 3,82•10-3 К-1 (0-100°С). ТАНТАЛ парамагнитен, удельная магн. восприимчивость +9,49•10-7 (18°С). Имеет очень малую величину работы выхода электронов (6,60•10-19 Дж).

Примеси H, N, С и О снижают пластичность и повышают твердость ТАНТАЛ Чистый ТАНТАЛ легко обрабатывается давлением на холоду; жаропрочен; sраст при 293 К отожженного образца высокой чистоты 280-330 МПа, неотожженного 600-1400 МПа; относит. удлинение отожженного и неотожженного образцов соответственно 20-35 и 2-20%; твердость по Бринеллю чистого отожженного образца 500 МПа. ТАНТАЛ не переходит в хрупкое состояние до — 211°С.

Химически ТАНТАЛ очень инертен. В компактном виде начинает окисляться на воздухе выше 300 °С, устойчив к действию сухих Вr2 и I2 при 150°С, взаимодействие с Сl2 выше 200 °С (см. Тантала галогениды), с Н2-выше 250 °С (интенсивно-при 300 °С), с Р2-выше 250 °С, с С и углеводородами-при 800-1100 °С. Ниже 150°С не растворим в царской водке, при обычной температуре-в соляной, фосфорной и серной кислотах, не реагирует с большинством др. кислот, водным NH3, водными растворами солей, органическое веществами. Не взаимодействие с разбавленый растворами щелочей, но медленно растворим в их конц. горячих растворах. Устойчив к большинству расплавл. металлов (Li, Na, К, Си, Cd, Hg, Sn, Pb, Bi), но корродирует в расплавл. Fe, Ni и Со. растворим во фтористоводородной кислоте, ее смесях с HNO3, в горячих конц. H2SO4 и Н3РО4, в расплавл. щелочах и NH4HF2.

На воздухе ТАНТАЛ покрывается тончайшей пленкой тантала оксидов. Обратимо поглощает Н2 с образованием твердого раствора внедрения (до 30 ат. %Н) и гидрида состава Та2Н (тетрагон. кристаллич. решетка, а = 0,338 нм, с = 0,341 нм). Растворимость Н2(мг в 100 г ТАНТАЛ) меняется от 417 при 17 °С до 6,66 при 1300°С, выше 1500 °С-близка к нулевой. Макс. содержанию растворенного Н2 соответствует формула ТаН0,78. Гидриды ТАНТАЛ образуются также при электролизе кислот с катодом из ТАНТАЛ, при восстановлении Та2О5 гидридом Са; при взаимодействии ТаСl5 с C6H5MgBr в атмосфере Н2 получены ТаН, ТаН2 и ТаН3. Гидрирование ТАНТАЛ и дегидрирование при нагревании используют для Получения мелкодисперсного ТАНТАЛ

При взаимодействие с углем ТАНТАЛ дает карбиды Та2С и ТаС. В системе Та-С установлено существование трех фаз: a (твердый раствор С в Т) и с недостатком С (структуры вычитания)-b(Та2С) и g(ТаС). При 150°С ТАНТАЛ растворяет 0,02% по массе С; при содержании С в Та до 2,46% присутствуют a- и b-фазы, при содержании 2,46-3,21%-Та2С (ТаС0,38 - 0,50), в области концентраций С 3,21-3,71% -b- и g-фазы, в области 3,71-5,7%-ТаС (ТаС0,58_0,91). Параметры кристаллич. решетки гексагон. b-фазы изменяются в пределах: а = 0,31030-0,31044 нм, с = 0,49367-0,49430 нм; кубич. гранецентрир. g-фазы-в пределах 0,44206-0,44564 нм. Для Та2С: плотность 15,22 г/см3; - 208,7 кДж/моль; 81,7 ДжДмоль-К). Золотисто-желтый монокарбид ТаС имеет температура плавления около 3800 °С; плота. 14,4 г/см3;36,8 Дж/(моль • К); - 142 кДж/моль; 42,4 Дж/(моль • К); весьма ус тойчив к химический реагентам; на воздухе ниже 1000°С не окисляется; раств. только в смеси HF-HNO3; при нагревании реагирует с N2 и NH3, образуя нитриды.

В системе Ta-N существуют 4 фазы (нитриды): b(TaN0,05), g(TaN0,40_0,45), d(TaN0,8_0,9) и e (TaN). b-Фаза имеет кубич. кристаллич. решетку (а = 0,3369 нм;, остальные-гексагональную с параметрами: для g-фазы а = 0,3041-0.3048 нм, с = 0,4907-0,4918 нм; для d-фазы а = 0,2925-0,2938 нм, с = 0,2876-0,2883 нм; для e-фазы а = 0,518 нм, с = 0,2908 нм. При нагревании до 2800-3000 °С нитриды ТАНТАЛ теряют азот, превращаясь в a-фазу (раствор азота в ТАНТАЛ). Нитриды ТАНТАЛ очень устойчивы к действию различные химический веществ. TaN голубовато-серого или черного цвета; плотность 14,36 г/см3;42,7 ДжДмоль • К); D - 252,7 кДж/моль; 41,9 Дж/(моль•К). Нитриды TaN и Ta2N образуют твердые растворы соответственно с ТаС и Та2С. Описана фаза Ta3N5 (красного цвета), образующаяся при взаимодействии Та2О5 с NH3 при 860-920 °С в присутствии Ti. Она кристаллизуется в тетрагон. сингонии (а = 1,02265 им, с = 0,3898 нм, z = 4); плотность 9,85 г/см3. При высоком давлении N2 получают Ta5N6.

С фосфором ТАНТАЛ образует фосфиды ТаР и Та2Р, с As-ap-сениды TaAs и TaAs2, с Sb-антимониды Ta3Sb, Ta5Sb4, TaSb2, с S-сульфиды TaS3 и TaS2.

Известно 4 устойчивых кристаллич. силицида: TaSi2 (температура плавления около 2200°С, гексагон. кристаллич. решетка, а = 0,4781 ям, с = 0,6534 нм, плота. 9,14 г/см3), Ta5Si3 (температура плавления около 2500 °С, имеет две тетрагон. кристаллич. модификации, для низкотемпературной а = 0,6516 нм, с = 1,1872 нм), Ta2Si (температура плавления около 2450 °С, тетрагон. кристаллич. решетка, a = 0,6157нм, с = 0,5039 нм) и Ta9Si2 (температура плавления около 2500 °С, гексагон. кристаллич. решетка, a = 0,6105нм, с = 0,4918 нм). Компактный TaSi2 устойчив к окислению на воздухе до 1000 °С и выше. Взаимод. с фтористоводородной кислотой и расплавл. щелочами, устойчив к действию др. минеральных кислот и разбавленый растворов щелочей.

С бором ТАНТАЛ образует бориды ТаВ2 (температура плавления около 3200°С), ТаВ (температура плавления около 2000 °С), а также инконгруэнтно плавящиеся Та2В, Та3В2, Та3В4.

Бесцв. сульфат Ta2(SO4)5 гидролизуется водой, при нагревании выше 100°С разлагается с выделением SO3. Выделены также Ta2O4SO4•3H2O и соли типа (NH4)3Та(SO4)4. Фосфаты ТАНТАЛ имеют состав Та3(РО4)5 и ТаОРО4. Возможно существование гидрофосфатов, а также пирофосфата (ТаО2)4Р2О7. Соли гилотетич. танталовых кислот- танталаты получают спеканием Та2О5 с оксидами металлов. См. также Танталорганические соединения.

Получение. Большую часть ТАНТАЛ получают из пирохлоровых и танталит-колумбитовых концентратов и из шлаков оловянной плавки. Руды обогащают гравитац. методами и флотацией, а также электромагн. или радиометрич. сепарацией. Содержание Та2О5 и Nb2O5 в концентратах достигает 50%. Концентраты и шлаки перерабатывают преимущественно до Та2О5 иди K2[TaF7] (значительно реже до ТаCl5), из которых затем получают металлические ТАНТАЛ Концентраты и шлаки подвергают выщелачиванию действием фтористоводородной кислоты с последующей очисткой; Nb и Та разделяют экстракцией трибутилфосфатом, циклогексаноном или метилизобутил-кетоном, реже-др. экстрагентами. Из водной фазы действием водным NH3 осаждают гидроксид ТАНТАЛ (который сушат и прокаливают до Та2О5) или действием KF осаждают K2TaF7.

По хлоридному способу концентрат смешивают с углем или коксом, брикетируют и хлорируют брикеты в шахтной печи при 700-800 °С или фторируют непосредственно смесь мелкоизмелъченных концентрата и кокса в солевом хлорид-ном расплаве, содержащем NaCl и КCl. Далее конденсируют образовавшиеся летучие пентахлориды Nb и Та, разделяют и очищают ректификацией. Оксид Та2О5 получают гидролизом ТаCl5 с последующей прокаливанием осадка гидрок-сида ТАНТАЛ Иногда хлорированию подвергают феррониобий или отходы металла.

По сульфатному способу концентраты обрабатывают конц. H2SO4 или ее смесью с (NH4)2SO4 при 150-300 °С, выщелачивают сульфаты водой, отделяют осадок, разделяют и очищают Та и Nb экстракцией из фторидных сред, а затем выделяют Та2О5 или K2TaF7. Разрабатывают способы экстракционного разделения Та и Nb непосредственно из сульфатных растворов.

Металлические ТАНТАЛ получают натриетермодинамически восстановлением K2TaF7 или электролитич. восстановлением из расплава K2TaF7-Ta2O5-KF-KCl. После отмывки полученного порошка ТАНТАЛ от примесей его брикетируют, спекают в штабики, которые переплавляют в вакууме в электродуговых и электроннолучевых печах.

Металлические ТАНТАЛ можно получить восстановлением Та2О5-карботермически, алюмотермически или нагреванием в смеси с ТаС в вакууме при 2700 °С.

Описаны спосрбы переработки концентратов ТАНТАЛ с использованием жидких или газообразных фторирующих реагентов.

Мировое производство (в развитых странах) ТАНТАЛ в виде металла и сплавов около 700 т (1985); в т.ч. 2/3 из шлаков оловянной плавки.

Определение. Для определения ТАНТАЛ применяют те же методы, что и для ниобия. Главная трудность-сходство химический свойств Nb и Та, проявление эффекта "потери индивидуальности" ТАНТАЛ в присутствии Nb и Ti. Для разделения этих элементов применяют осаждение ТАНТАЛ из растворов таннином, экстракцию, например кетонами из растворов в смеси кислот HCl-HF, купфероном и др., хроматографич. методы. Количественно ТАНТАЛ определяют колориметрически (с использованием пирогаллола и др.), гравиметрически, люминесцентным, рентгеноспектемпературальными, флуоресцентными, спектральными и нейтрон-но-активационным методами.

Применение. Ок. 35-45% производимого ТАНТАЛ используют в виде порошка для электролитич. конденсаторов и при производстве деталей электронных приборов, около 20-25%-в виде карбидов (ТаС входит в состав некоторых твердых сплавов; см. Тантала сплавы), около 15-20%-в виде проката, а также присадок к сплавам (например, добавка ТАНТАЛ в нержавеющие стали повышает их коррозионную устойчивость), около 3-6%-в виде оксидов для ферросплавов. Из ТАНТАЛ изготовляют аноды, сетки, катоды и др. детали электронных ламп, его применяют в качестве геттера. В химический промышленности ТАНТАЛ служит материалом теплообменников, нагревателей, зондов для измерения температуры, кислотоупорной облицовки аппаратов. Из ТАНТАЛ изготовляют тигли для вакуумного напыления и плавки металлов, фторидов и оксидов. ТАНТАЛ-уникальный биосовместимый материал, в медицине его используют для костного протезирования. Нитрид TaN применяют в виде устойчивых к истиранию покрытий, ТаSi2-при изготовлений структур металл-оксид-полупроводник, защитных и нротивоотражательных покрытий. См. также Лития танталат.

ТАНТАЛ открыт в 1802 А. Экебергом. В виде пластичного металла впервые получен в 1905 В. Болтоном.

Литература: Константинов В. И., Электролитическое получение тантала, ниобия и их сплавов, М., 1977; West wood W. D., Waterhouse N., Wi Icox P. S, Tantalum thin films, L•, 1975. См. также лит. при ст. Ниобий.

Э. Г. Раков, М. В. Мелкумянц.


Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
ral 3009 металлочерепица
цена intel core i7
http://taxiru.ru/laytboks-u/
картотечные шкафы производство

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(23.08.2017)