![]() |
|
|
ТАНТАЛТАНТАЛ (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 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);
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; 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; 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] |
|
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.
|
|