Propiedades químicas del tantalio. Características y propiedades del tantalio metálico Ta química.

El tantalio ocupa un lugar especial en el grupo de elementos químicos conocidos. Este metal no es noble, pero sus cualidades de rendimiento lo hacen muy solicitado en diversos campos. Además, esto se aplica no sólo a las industrias de la construcción y la manufactura, sino también a la joyería. Hoy en día, el uso del tantalio en sí es muy limitado debido a su rareza. Y, sin embargo, existe en el mercado una amplia gama de productos elaborados con este material.

Información general sobre metales.

El tantalio no existe en la naturaleza en su forma pura. Suele extraerse junto con otros minerales de características similares. Esta característica del elemento condujo a su descubrimiento bastante tardío. Pero hoy en día existen métodos eficaces para aislar el tantalio, uno de los cuales es el método de extracción. La electrólisis también se utiliza específicamente para producir material metálico. Con la ayuda de un crisol de grafito, se funde la base que contiene el elemento, tras lo cual queda polvo en las paredes del recipiente. La tecnología adicional para procesar la materia prima depende de cómo se utilizará el tantalio: se le puede dar la forma de un lingote, alambre, lámina, parte de una determinada forma o dejarlo en forma de una mezcla para pulverizar. También son populares las tecnologías para formar aleaciones a partir de polvo de tantalio. La combinación con sustancias aleantes permite mejorar las propiedades individuales del material.

Propiedades físicas

El metal tiene un alto punto de fusión de aproximadamente 3017 °C, lo que permite su uso en condiciones térmicas extremas en la producción. Al mismo tiempo, tiene una rara combinación de propiedades de ductilidad y dureza. En cuanto al primero, es suave como el oro. En este caso, la dureza del tantalio es 16,65 g/cm 3 . Esta combinación de cualidades físicas permite procesar fácilmente el material, dándole diferentes formas y tamaños, así como utilizarlo en mecanismos y estructuras críticas. Los elementos pequeños funcionan bien como engranajes y piezas de aparatos eléctricos. El tantalio es resistente al desgaste y duradero, por lo que los consumibles se fabrican con él con la expectativa de un funcionamiento a largo plazo. Además, este metal puede actuar como un eficaz absorbente de gases. A altas temperaturas, las piezas de tantalio también presentan altas propiedades conductoras.

Propiedades químicas

En su forma pura, el metal resiste eficazmente los efectos de los álcalis, sustancias ácidas orgánicas e inorgánicas, así como la influencia de otros medios activos. A menos que estén fundidos, los álcalis tienen un efecto notable sobre el tantalio. Los procesos de oxidación se producen a temperaturas no inferiores a 280 °C y reacciona con componentes halógenos a 250 °C. Las propiedades químicas del tantalio en contacto con reactivos se pueden comparar con las del vidrio. No se disuelve en ambientes ácidos a excepción de los ácidos nítrico y fluorhídrico. Este material también es resistente al ácido sulfúrico, independientemente de su concentración. Sin embargo, los procesos de actividad en la mayoría de los casos tienen un efecto insignificante sobre la estructura del metal. Generalmente los cambios aparecen en forma de película o corrosión.

¿Dónde se usa el tantalio?

Este metal no está muy extendido, pero existen muchas áreas de uso. En primer lugar, esto es la industria. El elemento se utiliza en metalurgia, sector alimentario, industrias manufactureras, ingeniería de radio, ingeniería mecánica, etc. En la industria de la construcción, este metal no tiene tanta demanda precisamente debido a los volúmenes de producción limitados, pero los elementos estructurales individuales todavía se fabrican a partir de este material - por regla general , hardware destinado a tareas críticas de fortalecimiento de estructuras. Para comprender dónde se utiliza el tantalio, es importante prestar atención a sus propiedades operativas. Ya se ha señalado que puede actuar como un buen director. Por tanto, se utiliza como superconductor en ingeniería eléctrica. Por otro lado, su resistencia al calor abre posibilidades para su uso en el tratamiento térmico de otros metales. Gracias a su mayor densidad, el tantalio se ha convertido en una solución óptima en la industria de defensa. Se utiliza para fabricar proyectiles con alto poder de penetración.

alambre de tantalio

El metal laminado en general es la forma de presentación más extensa de este material en el mercado. El alambre ocupa un nicho importante en el segmento. Lo inusual es que, debido a su tamaño modesto, se puede utilizar como hilo. Esto explica el valor del tantalio para el campo médico: productos de este tipo se utilizan para suturas y vendajes. Pero esto es sólo un ejemplo que demuestra una de las cualidades distintivas de este tipo de alambre. Los formatos más grandes se utilizan en la construcción de máquinas, la aviación, las máquinas herramienta y la construcción de capital. Además, dependiendo del propósito, se puede utilizar metal duro y blando. El tantalio, por su flexibilidad en el procesamiento, permite la producción de alambres largos a partir de 1500 cm con un espesor de 0,15 mm o más. En los productos terminados, como señalan los usuarios, rara vez se encuentran rebabas, grietas y otros defectos. Sin embargo, la estructura delgada aún impone requisitos en cuanto a las condiciones de almacenamiento y transporte; en particular, no se recomienda exponer el cable al contacto con la humedad y ambientes agresivos.

cinta de tantalio

Este formato para la producción de productos metálicos laminados también está muy extendido. Las cintas se utilizan en medicina, en la industria petrolera, en la construcción de máquinas e incluso en la industria energética. Los consumidores valoran este producto por su biocompatibilidad, alta resistencia con estructura fina, buena trabajabilidad y resistencia a los procesos de corrosión. Si comparamos productos similares hechos de tantalio con análogos hechos de acero o aluminio, la resistencia al desgaste y la durabilidad pasarán a primer plano. La cinta puede soportar altas cargas de tracción e influencias químicas. Por otro lado, la alta plasticidad no permite que dichos productos mantengan de manera estable una determinada forma. Incluso una ligera presión provoca deformaciones.

Aleaciones a base de tantalio

Las aleaciones modificadas con componentes de aleación adquieren predominantemente mayores cualidades de resistencia física y resistencia al calor. Baste decir que un producto con características medias podrá soportar temperaturas de 1650 °C sin perder sus cualidades operativas. En realidad, esto permite el uso de aleaciones de tantalio en la industria química, energética, metalúrgica y de fabricación de instrumentos. Además, algunas empresas utilizan este material en la fabricación de elementos para cohetes y esfera espacial. Dependiendo de la dirección de uso, los tecnólogos desarrollan diferentes composiciones para alear tantalio. En algunos casos, la modificación permite lograr una mayor ductilidad y, en otros, por ejemplo, hacer que el material sea adecuado para operaciones de soldadura mediante el método del haz de electrones. El propio tantalio también puede actuar como componente de aleación. Normalmente, este método para mejorar las propiedades de rendimiento se utiliza para impartir resistencia a la corrosión y al calor a los metales base.

Tantalio en ingeniería de radio

En la producción de dispositivos y piezas eléctricos, pasa a primer plano la capacidad de mantener una conductividad de corriente óptima y mantener señales de frecuencia mientras se reduce el tamaño de la base del elemento. Por esta razón, el tantalio se utiliza a menudo en la fabricación de condensadores, tiristores, transistores y semitorres. Anteriormente se utilizaban rollos de chapa de aluminio para los mismos condensadores. Esta solución asumió la posibilidad de aumentar los parámetros operativos solo si se aumentaba el tamaño de la pieza en sí. Y esto sin mencionar la disminución inversa de otras características asociadas con el aumento del volumen del condensador. El uso de tantalio, que también es resistente a los procesos negativos en los que participan componentes radioelectrónicos, permitió aumentar el volumen eléctrico manteniendo las dimensiones de la pieza. Otra cosa es que el aluminio no falla en este ámbito, ya que es más asequible.

Conclusión

Este metal no tiene ninguna propiedad única o no estándar. Tiene muchas cualidades atractivas, incluida la anticorrosión, la dureza o la resistencia al calor. Pero estas características están presentes individualmente en otros metales. Además, en algunos son mucho más pronunciados. Sin embargo, la combinación de propiedades aparentemente opuestas en un elemento es verdaderamente única. Los tecnólogos se esfuerzan por lograr combinaciones especiales en las cualidades de trabajo de los materiales por medios artificiales, y en este caso están determinadas por la naturaleza del origen. Por ejemplo, el uso del tantalio en medicina y en metalurgia plantea objetivos completamente diferentes. En un caso, se valora la alta resistencia con productos de tamaño pequeño y, en el segundo, se valora la flexibilidad en el procesamiento. Pero también hay una propiedad negativa del tantalio, que se aplica a todas las áreas de su uso: su alto costo y, en algunos casos, su inaccesibilidad física.

tantalio(lat. Tantalum), Ta, elemento químico del grupo V del sistema periódico de Mendeleev; número atómico 73, masa atómica 180,948; El metal es de color gris con un ligero tinte plomizo. En la naturaleza, se encuentra en forma de dos isótopos: 181 Ta estable (99,99%) y 180 Ta radiactivo (0,012%; T ½ = 10 12 años). De la radiactividad obtenida artificialmente, se utiliza 182 Ta (T ½ = 115,1 días) como indicador radiactivo.

El elemento fue descubierto en 1802 por el químico sueco A. G. Eksberg; lleva el nombre del héroe de la mitología griega antigua Tantalus (debido a las dificultades para obtener Tantalum en su forma pura). El tantalio metálico plástico fue obtenido por primera vez en 1903 por el químico alemán W. Bolton.

Distribución del tantalio en la naturaleza. El contenido medio de tantalio en la corteza terrestre (Clarke) es de 2,5·10 -4% en masa. Elemento característico del granito y las conchas sedimentarias (el contenido medio alcanza el 3,5·10 -4%); en las partes profundas de la corteza terrestre y especialmente en la parte superior, hay poco tantalio en el manto (en rocas ultrabásicas 1,8·10 -6%). El tantalio está disperso en la mayoría de las rocas ígneas y en la biosfera; No se ha establecido su contenido en la hidrosfera y en los organismos. Hay 17 minerales de tantalio conocidos y más de 60 minerales que contienen tantalio; todos ellos se formaron en relación con la actividad magmática (tantalita, columbita, loparita, pirocloro y otros). En los minerales, el tantalio se encuentra junto con el niobio debido a la similitud de sus propiedades físicas y químicas. Los minerales de tantalio se conocen en pegmatitas de granito y rocas alcalinas, carbonatitas, en vetas hidrotermales, así como en placeres, que son de gran importancia práctica.

Propiedades físicas del tantalio. El tantalio tiene una red cúbica centrada en el cuerpo (a = 3,296 Å); radio atómico 1,46 Å, radios iónicos Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; densidad 16,6 g/cm 3 a 20 °C; t pl 2996 °C; Temperatura de reposo 5300 °C; capacidad calorífica específica a 0-100°C 0,142 kJ/(kg·K); Conductividad térmica a 20-100 °C 54,47 W/(m·K). Coeficiente de temperatura de expansión lineal 8,0·10 -6 (20-1500 °C); resistividad eléctrica específica a 0 °C 13,2·10 -8 ohm·m, a 2000 °С 87·10 -8 ohm·m. A 4,38 K se convierte en superconductor. El tantalio es paramagnético, con susceptibilidad magnética específica 0,849·10 -6 (18 °C). El tantalio puro es un metal dúctil que puede procesarse mediante presión en frío sin un endurecimiento significativo. Se puede deformar con una tasa de reducción del 99% sin recocido intermedio. No se detectó la transición del tantalio de un estado dúctil a un estado frágil al enfriarse a -196 °C. El módulo de elasticidad del tantalio es 190 H/m 2 (190·10 2 kgf/mm 2) a 25 °C. La resistencia a la tracción del tantalio recocido de alta pureza es de 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) a 27 °C y 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) a 490 °C; alargamiento relativo 36% (27 °C) y 20% (490 °C). La dureza Brinell del tantalio puro recristalizado es 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Las propiedades del tantalio dependen en gran medida de su pureza; las impurezas de hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y carbono hacen que el metal se vuelva quebradizo.

Propiedades químicas del tantalio. La configuración de los electrones externos del átomo de Ta es 5d 3 6s 2. El estado de oxidación más característico del tantalio es +5; Se conocen compuestos con un estado de oxidación más bajo (por ejemplo, TaCl 4, TaCl 3, TaCl 2), pero su formación es menos típica del tantalio que del niobio.

Químicamente, el tantalio es poco activo en condiciones normales (similar al niobio). El tantalio compacto puro es estable en el aire; comienza a oxidarse a 280 °C. Tiene sólo un óxido estable: (V) Ta 2 O 5, que existe en dos modificaciones: la forma α blanca por debajo de 1320 °C y la forma β gris por encima de 1320 °C; tiene un carácter ácido. Con hidrógeno a una temperatura de aproximadamente 250 °C, el tantalio forma una solución sólida que contiene hasta un 20 % at. de hidrógeno a 20 °C; al mismo tiempo, el tantalio se vuelve quebradizo; A 800-1200 °C en alto vacío, el metal libera hidrógeno y recupera su plasticidad. Con nitrógeno a una temperatura de unos 300 °C se forma una solución sólida y nitruros Ta 2 N y TaN; En un vacío profundo por encima de 2200 °C, el nitrógeno absorbido se libera nuevamente del metal. En el sistema Ta - C a temperaturas de hasta 2800 ° C se ha establecido la existencia de tres fases: una solución sólida de carbono en Tantalio, carburo inferior T 2 C y carburo superior TaC. El tantalio reacciona con halógenos a temperaturas superiores a 250 °C (con flúor a temperatura ambiente), formando haluros predominantemente del tipo TaX 3 (donde X = F, Cl, Br, I). Cuando se calienta, Ta interactúa con C, B, Si, P, Se, Te, agua, CO, CO 2, NO, HCl, H 2 S.

El tantalio puro es excepcionalmente resistente a la acción de muchos metales líquidos: Na, K y sus aleaciones, Li, Pb y otros, así como aleaciones de U - Mg y Pu - Mg. El tantalio se caracteriza por una resistencia a la corrosión extremadamente alta frente a la mayoría de los ácidos orgánicos e inorgánicos: nítrico, clorhídrico, sulfúrico, clórico y otros, agua regia, así como muchos otros ambientes agresivos. Sobre el tantalio actúan el flúor, el fluoruro de hidrógeno, el ácido fluorhídrico y su mezcla con ácido nítrico, soluciones y álcalis fundidos. Se conocen sales de ácidos tantálicos: tantalatos de fórmula general xMe 2 O·yTa 2 O 5 ·H 2 O: metatantalatos MeTaO 3, ortotantalatos Me 3 TaO 4, sales como Me 5 TaO 5, donde Me es un metal alcalino; en presencia de peróxido de hidrógeno, también se forman pertantalatos. Los tantalatos de metales alcalinos más importantes son KTaO 3 y NaTaO 3; Estas sales son ferroeléctricas.

Obtención de tantalio. Los minerales que contienen tantalio son raros, complejos y pobres en tantalio; procesar minerales que contengan hasta centésimas de porcentaje (Ta, Nb) 2 O 5 y escorias procedentes de la fundición reductora de concentrados de estaño. Las principales materias primas para la producción de tantalio, sus aleaciones y compuestos son los concentrados de tantalita y loparita, que contienen, respectivamente, aproximadamente un 8% de Ta 2 O 5 y un 60% o más de Nb 2 O 5. Los concentrados suelen procesarse en tres etapas: 1) apertura, 2) separación de Ta y Nb y obtención de sus compuestos puros, 3) recuperación y refinación de Ta. Los concentrados de tantalita se descomponen con ácidos o álcalis, mientras que los concentrados de loparita se cloran. Ta y Nb se separan para obtener compuestos puros mediante extracción, por ejemplo, con tributilfosfato de soluciones de ácido fluorhídrico o mediante rectificación de cloruros.

Para producir tantalio metálico, se reduce a partir de hollín de Ta 2 O 5 en una o dos etapas (con preparación preliminar de TaC a partir de una mezcla de Ta 2 O 5 con hollín en una atmósfera de CO o H 2 a 1800-2000 ° C ); reducción electroquímica de masas fundidas que contienen K 2 TaF 7 y Ta 2 O 5, y reducción de K 2 TaF 7 con sodio al calentar. También son posibles los procesos de disociación térmica del cloruro o la reducción del tantalio con hidrógeno. El metal compacto se produce mediante arco al vacío, haz de electrones o fusión por plasma, o mediante métodos de pulvimetalurgia. Los lingotes o barras sinterizados a partir de polvos se procesan bajo presión; Los monocristales de tantalio especialmente puro se obtienen mediante fusión zonal sin crisol por haz de electrones.

Aplicación de tantalio. El tantalio tiene un conjunto de propiedades valiosas: buena ductilidad, resistencia, soldabilidad, resistencia a la corrosión a temperaturas moderadas, refractariedad, baja presión de vapor, alto coeficiente de transferencia de calor, baja función de trabajo de los electrones y capacidad para formar una película anódica (Ta 2 O 5). con características dieléctricas especiales y "se llevan bien" con los tejidos vivos del cuerpo. Gracias a estas propiedades, el tantalio se utiliza en electrónica, ingeniería química, energía nuclear, metalurgia (producción de aleaciones resistentes al calor, aceros inoxidables) y medicina; en forma de TaC se utiliza en la producción de aleaciones duras. El tantalio puro se utiliza para fabricar condensadores eléctricos para dispositivos semiconductores, piezas de tubos electrónicos, equipos resistentes a la corrosión para la industria química, matrices para la producción de fibras artificiales, cristalería de laboratorio, crisoles para fundir metales (por ejemplo, tierras raras) y aleaciones. , calentadores para hornos de alta temperatura; Intercambiadores de calor para sistemas de energía nuclear. En cirugía, se utilizan láminas, láminas y alambres de tantalio para sujetar huesos, nervios, suturas, etc. Se utilizan aleaciones y compuestos de tantalio.

Sin duda, la propiedad más valiosa del tantalio es su excepcional resistencia química: en este sentido, sólo es superado por los metales nobles, y no siempre. no se disuelve incluso en un ambiente químicamente agresivo como el agua regia, que disuelve fácilmente el platino y otros. Los siguientes hechos también dan testimonio de la mayor resistencia a la corrosión del tantalio. A 200°CONno está sujeto a corrosión en ácido nítrico al 70%, en ácido sulfúrico a 150°Tampoco se observa corrosión del tantalio, y a 200 ° C el metal se corroe, pero solo 0,006 mm por año.

A Además, el metal es dúctil; a partir de él se pueden fabricar productos de paredes delgadas y de formas complejas. No es de extrañar que se haya convertido en un material de construcción indispensable para la industria química.Los equipos de tantalio se utilizan en la producción de muchos ácidos (clorhídrico, sulfúrico, nítrico, fosfórico, acético), bromo, cloro y peróxido de hidrógeno. En una de las empresas que utilizaban cloruro gaseoso, las piezas de acero inoxidable fallaron después de dos meses. Pero tan pronto como el acero fue reemplazado por tantalio, incluso las piezas más delgadas (espesor 0,3-0,5milímetros)Resultó ser prácticamente indefinido: su vida útil aumentó a 20 años.

De todos los ácidos, sólo el ácido fluorhídrico es capaz de disolverse (especialmente a altas temperaturas). A partir de él se fabrican serpentines, destiladores, válvulas, mezcladores, aireadores y muchas otras partes de aparatos químicos. Con menos frecuencia, muchos materiales estructurales pierden rápidamente su conductividad térmica: en su superficie se forma una película de óxido o sal que conduce mal el calor. El equipo de tantalio está libre de este inconveniente, o mejor dicho, se puede formar una película de óxido, pero es delgado y conduce bien el calor.

Por cierto, fue la alta conductividad térmica combinada con la plasticidad lo que hizo del tantalio un material excelente para los intercambiadores de calor. Los cátodos de tantalio se utilizan en procesos electrolíticos.división del oro y la plata. La ventaja de estos cátodos es que el depósito de oro y plata puede serlávelos con agua regia, que no daña el tantalio. El tantalio es importante no solo para la industria química. Muchos químicos investigadores también lo encuentran en su práctica diaria de laboratorio. Los crisoles, copas y espátulas de tantalio no son nada infrecuentes "Es necesario tener nervios de tantalio..." La cualidad única del tantalio es su alta compatibilidad biológica, es decir, la capacidad de echar raíces en el cuerpo sin causar irritación a los tejidos circundantes. . Esta propiedad es la base del uso generalizado del tantalio en medicina, principalmente en cirugía reconstructiva, para reparar el cuerpo humano.

Las placas de este metal se utilizan, por ejemplo, para lesiones del cráneo: cubren las roturas del cráneo.ENLa literatura describe un caso en el que se hizo una oreja artificial a partir de una placa de tantalio y la piel trasplantada del muslo se arraigó tan bien que pronto la oreja de tantalio fue difícil dedistinguir del presente.A veces se utiliza hilo de tantalio para compensar la pérdida de tejido muscular. Utilizando finas placas de tantalio, los cirujanos fortalecen las paredes de la cavidad abdominal después de la cirugía. Las grapas de tantalio, similares a las que se utilizan para coser cuadernos, conectan de forma segura los vasos sanguíneos. Las mallas de tantalio se utilizan en la fabricación de prótesis oculares. Se reemplazan los hilos hechos de este metal.tendonesy hasta coser juntos los nervios fibras. Y si expresión Solemos utilizar “nervios de hierro” en portátil sentido, las personas con nervios de tantalio, para ser Tal vez, De hecho, hay algo simbólico en el hecho de que fue la parte del metal, que lleva el nombre del mártir mitológico, la que recayó en la misión humana: aliviar el sufrimiento humano. ..

Cómo se separa el tantalio del niobio.

La corteza terrestre contiene sólo un 0,0002% de Ta, pero se conocen muchos de sus minerales: más de 130. El tantalio contenido en estos minerales, por regla general, es inseparable del niobio, lo que se explica por la extrema similitud química de los elementos y sus tamaños casi idénticos. de sus iones. La dificultad de separar estos metales ha obstaculizado durante mucho tiempo el desarrollo de la industria del tantalio y del niobio. Hasta hace poco, se aislaban únicamente mediante el método propuesto en 1866 por el químico suizo Marignac, quien aprovechó la diferente solubilidad del tantalato de flúor y fluoroniobato de potasio en ácido fluorhídrico diluido.

En los últimos años también han ganado importancia los métodos de extracción para aislar el tantalio, basados en las diferentes solubilidades de las sales de tantalio y niobio en determinados disolventes orgánicos. La experiencia ha demostrado que la metil isobutil cetona y la ciclohexanona tienen las mejores propiedades de extracción. Hoy en día, el método principal para producir tantalio metálico es el fluorotantatal de potasio fundido en crisoles de grafito, hierro fundido o níquel, que también sirven como cátodos. El polvo de tantalio se deposita en las paredes del crisol.

Extraído del crisol, este polvo se prensa primero en placas rectangulares (si la pieza de trabajo está destinada a laminarse en láminas) o barras cuadradas (para trefilado) y luego se sinteriza. El método térmico de sodio para producir tantalio también es de cierta utilidad. . En este proceso interactúan el fluorotantalato de potasio y el fluorotantalato metálico:

K2 TaF 7 + 5Na → Ta + 2KF + 5NaF.

El producto final de la reacción es tantalio en polvo, que luego se sinteriza. En las últimas dos décadas se han comenzado a utilizar otros métodos de procesamiento de polvo: fusión por arco o por inducción en el vacío y fusión por haz de electrones.

Artículo sobre el tema Propiedades químicas del tantalio.

El tantalio es un tipo especial de metal que pertenece al grupo noble. Fue descubierto allá por 1802, pero se considera un elemento joven. A pesar de su rareza, se utiliza mucho no sólo en joyería, sino también en la industria. Es especialmente común en la electrónica: casi todos los dispositivos lo contienen.

El uso masivo de este metal comenzó en los años 40 del siglo pasado y continúa hasta el día de hoy. Ganó popularidad debido a sus propiedades de mayor resistencia. Además, tiene muchas propiedades físicas y químicas únicas.

Propiedades físicas y químicas

Entre las propiedades físicas de este metal cabe destacar el alto punto de fusión, que es de 3.017 grados centígrados, lo que lo distingue de muchos análogos. Debido a esto, se utiliza en áreas donde se requiere una mayor resistencia a condiciones extremas. Al mismo tiempo, las características del tantalio incluyen ductilidad y dureza, cuya combinación es bastante rara en la naturaleza.

El punto de fusión del tantalio es 3017 °C.

Las propiedades del tantalio mencionadas anteriormente le permiten procesar el metal sin mucho esfuerzo y crear las formas y tamaños necesarios. La estructura especial del átomo es muy importante para crear partes y mecanismos de estructuras de mayor responsabilidad. El tantalio se presta bien para forjar y laminar. En este caso también se puede utilizar con éxito el método de deformación en frío. Cabe destacar la alta conductividad térmica.

Debido a su alta densidad, el metal se puede utilizar para producir pequeños engranajes y piezas de aparatos eléctricos que son resistentes al desgaste y no se deterioran después de un largo período de uso.
En algunos casos se utiliza como absorbente de gases. Cabe destacar la configuración electrónica: un metal tiene diferentes propiedades de conductividad eléctrica en su estado normal y a altas temperaturas.
Las piezas de tantalio se pueden conectar mediante soldadura, soldadura o remachado. El método de soldadura se utiliza con mayor frecuencia, ya que la calidad de la soldadura se caracteriza por una alta resistencia y resistencia al estrés físico.
Entre las propiedades químicas cabe destacar su alta resistencia a la oxidación y a los álcalis. Sin embargo, cuando se derrite, es parcialmente susceptible a los álcalis. La oxidación es imposible a temperaturas inferiores a 250 grados.
Las propiedades químicas de este metal son muy similares a las del vidrio. Es casi imposible disolverlo en ácido, a menos que utilice ácido fluorhídrico y nítrico. Incluso la exposición al ácido sulfúrico no afecta la estructura ni la forma del metal. Es posible que solo aparezca una pequeña película en la superficie. Tampoco está sujeto a destrucción durante una exposición prolongada al agua de mar.
Presencia en la naturaleza y producción de tantalio.
El tantalio, como elemento químico, es muy raro en la naturaleza y constituye sólo el 0,0002% de la corteza terrestre. Rara vez se encuentra en su forma pura, más a menudo en la composición de varios minerales, cerca de otro metal: el niobio.
Los depósitos de este elemento se encuentran en muchos países. Se encuentran grandes depósitos en Francia, Egipto, China y Tailandia. Pero los mayores depósitos de este elemento se encuentran en Australia. El tantalio se extrae en cantidades de más de 400 toneladas al año. Al mismo tiempo, la necesidad de su uso crece constantemente, lo que se asocia con un aumento en el volumen de equipos eléctricos producidos con este metal. En base a esto, existe un desarrollo constante de nuevos yacimientos.
En nuestro país, la producción de tantalio se concentra en la planta de magnesio de Solikamsk. El metal se obtiene tras procesar concentrados de loparita. En otros países también se utilizan otros minerales como el rutilo, la estruverita, la tantalita y la columbita.
Los mayores productores de este metal en el mundo son Estados Unidos, Japón y China. El número de fabricantes mundiales no supera las 40 empresas. Costo: desde 1000 dólares por kg.
Aleaciones a base de tantalio
Debido a sus propiedades físicas especiales, este metal en su forma pura se utiliza muy a menudo en la industria. Sin embargo, para aumentar la fuerza y la resistencia a las altas temperaturas, se pueden usar aleaciones basadas en él y se pueden agregar componentes de aleación apropiados.
Las aleaciones de tantalio pueden permanecer sólidas a temperaturas de unos 1700 grados. Esto es necesario cuando se utilizan compuestos de tantalio en el sector energético, la industria química, la producción de instrumentos de alta precisión y la metalurgia. Muy a menudo se utilizan diversas aleaciones en la construcción de cohetes espaciales.
El tipo de componentes de aleación utilizados depende de las propiedades finales requeridas. Para mejorar la calidad del trabajo se utilizan elementos que confieren a la aleación propiedades mejoradas de ductilidad.

Cabe señalar que muy a menudo el tantalio en aleaciones no se utiliza como base, sino como componente de aleación. Su adición a diversos materiales permite una mayor resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión.

Circuito de condensador de tantalio

El tantalio TAV-10 es una aleación muy utilizada a base de este metal. Se produce con la adición de tungsteno, cuya cantidad es aproximadamente del 10%. Esto da como resultado un material con resistencia al calor mejorada. Se utiliza para la producción de elementos calefactores y con fines médicos, ya que sus componentes no irritan la piel humana.
Aplicaciones del tantalio
El uso de tantalio no se limita a un área. Cabe destacar las áreas en las que se utilizan más los productos de tantalio:
Metalurgia. Casi la mitad de este metal se utiliza en la industria metalúrgica. Esto se debe al hecho de que es fácil de usar para crear diversas aleaciones, especialmente grados de acero anticorrosión que son resistentes a altas temperaturas. El alambre de tantalio se utiliza en diversos campos donde se requiere mayor resistencia y resistencia al calor. El carburo de tantalio también se utiliza ampliamente en la producción de crisoles para metales refractarios.
Ingenieria Eléctrica. Alrededor del 25% se utiliza en la producción de ingeniería eléctrica y aparatos eléctricos. Los condensadores que utilizan este elemento se caracterizan por una mayor estabilidad operativa. Además, en caso de destrucción de la superficie del condensador, se forma una película de óxido de tantalio que lo protege. También cabe destacar elementos como ánodos, cátodos, lámparas y otras piezas metálicas, que también se fabrican a partir de él.
Industria química. Una quinta parte del volumen producido se utiliza en la industria química. Esto se debe al hecho de que es resistente a la mayoría de ácidos, sales y álcalis.
Medicamento. El tantalio en medicina se utiliza en industrias como la cirugía plástica y ósea. Los elementos fabricados con este material se utilizan para sujetar los huesos y lograr una mayor resistencia sin irritar el tejido orgánico.
Esfera militar. En el ámbito militar se fabrican objetivos de tantalio y proyectiles acumulativos.
Instrumentación. Este metal se utiliza para la producción de instrumentos de precisión, equipos de control y diversos diafragmas, así como instrumentos de vacío, ya que se distingue por su propiedad de absorción de gases.
Energía nuclear. En esta zona, el metal actúa como intercambiador de calor.

Cabe señalar que el ámbito de aplicación del tantalio está limitado únicamente por el pequeño volumen de su producción. Si aumenta el volumen de producción, el ámbito de aplicación se ampliará significativamente.

El tantalio es un “metal inteligente”

El tantalio, cuyas propiedades y características resultaron ser verdaderamente únicas, ahora se denomina "metal inteligente".

Una pequeña historia

El tantalio fue descubierto en 1802 por el químico sueco A.G. Ekeberg estudió los minerales encontrados y descubrió que contenían un elemento desconocido en ese momento, pero no pudo aislarlo en su forma pura. El metal desconocido lleva el nombre del antiguo héroe mitológico griego Tántalo. Durante 4 décadas, los químicos creyeron erróneamente que el tantalio y el niobio, conocidos en ese momento, eran el mismo elemento químico. Los químicos alemanes lograron obtenerlo en forma pura en 1903 y comenzó a utilizarse activamente con fines industriales durante la Segunda Guerra Mundial.

Descripción y propiedades del tantalio.

En la tabla periódica, este metal ocupa la posición 73, denominada Ta.

En condiciones normales, tiene un color plateado y su apariencia es similar a la plata y algunos otros metales nobles. Debido a la oxidación en el aire, se cubre con una película de óxido, se oscurece y se parece más al plomo. A temperatura ambiente, la oxidación se produce muy lentamente, por lo que el metal conserva su color característico durante mucho tiempo. La oxidación activa en el aire comienza a temperaturas superiores a 280°C.

El metal reacciona con los halógenos a bajas temperaturas, pero inmediatamente se cubre con una película superficial que lo protege de reacciones posteriores en todo el volumen.

El punto de fusión es relativamente alto, 3017°C. Es mucho más alto que el de muchos metales. Para comparacion:

plomo - 327°C;
aluminio - 660°C;
latón - hasta 1000°C;
oro - 1064°C;
cobre - 1083°C;
hierro - 1540°C.

Debido a la mayor resistencia del metal de tantalio, se utiliza en muchas industrias.

Entre los materiales ampliamente utilizados en la industria, el tantalio tiene un punto de fusión inferior al del tungsteno, cuyo valor es 3420°C.

La densidad del tantalio es de 16.700 kg/m3; este metal es mucho más denso que el hierro y el cobre comunes, para los cuales equivale a 7870 y 8940 kg/m3, respectivamente. En términos de densidad, se puede comparar con el oro, cuya densidad es de 19320 kg/m3. El tantalio tiene una gran dureza. A pesar de sus propiedades, es un metal muy dúctil. El material se puede extender hasta un espesor de 1 micrón. Sólo el oro tiene tal plasticidad.

El material se lamina sin calentar, lo que simplifica enormemente su procesamiento. La resistencia mecánica se puede aumentar mediante endurecimiento en frío. A temperaturas inferiores a -196°C, la propiedad de plasticidad desaparece y el metal se vuelve quebradizo.

Debido a sus propiedades magnéticas, el tantalio se clasifica como paramagnético. Las propiedades de un material paramagnético se manifiestan bien a temperaturas inferiores a 3420°C, luego el metal se convierte en un material ferromagnético.

El tantalio tiene la mayor resistencia a las influencias ambientales agresivas. No es destruido por el ácido nítrico con una concentración del 70%. No se ve afectado por el ácido sulfúrico calentado a 150°C, pero cuando la temperatura del ácido aumenta a 200°C, el metal comienza a deteriorarse lentamente.

Esta resistencia anticorrosión del metal, superior a la del acero inoxidable, lo ha hecho indispensable en numerosos procesos productivos.

La electrólisis se utiliza para separar metales preciosos de soluciones y fundiciones de sus sales. Pero los cátodos sobre los que se depositan los metales nobles se destruyen rápidamente. Reemplazar los cátodos hechos de metales convencionales por tantalio hizo que el proceso de electrólisis fuera mucho más eficiente y económico. Este método también se utiliza para aislar elementos de tierras raras de minerales.

El tantalio tiene una alta compatibilidad biológica y, por tanto, se utiliza ampliamente en medicina. Las prótesis y los implantes fabricados con él no tienen ningún efecto químico en el cuerpo, no se oxidan y, por lo tanto, no son rechazados por el cuerpo.

El tantalio no puede considerarse un buen conductor de corriente eléctrica; su resistividad a 20°C es de 0,13 ohmios*mm²/m, mayor que la del hierro (0,1 ohmios*mm²/m). Pero tiene una temperatura de transición relativamente alta al estado superconductor, igual a 4,5 K. A temperaturas más altas, el vanadio (5,3 K), el plomo (7,2 K) y su "gemelo" niobio (9,2 K) entran en estado de superconductividad. Esta propiedad del tantalio ha hecho que tenga demanda en la producción de superconductores criotónicos utilizados en la tecnología de computación electrónica. En radioelectrónica se utilizan condensadores con placas de tantalio. Resultaron ser los más efectivos, pero pueden funcionar a valores de voltaje bajos.

En la industria militar, las aleaciones de tantalio se utilizan para aumentar el poder de penetración de los proyectiles.

Con fines científicos y militares, se utilizan isótopos radiactivos para crear fuentes de radiación gamma. Los isótopos radiactivos se encuentran en los fósiles, pero en concentraciones mucho más altas en los desechos que quedan de los reactores nucleares.

El tantalio se utiliza en la construcción de protecciones de reactores nucleares, ya que es uno de los pocos elementos que no se destruye por la acción del vapor de cesio.

Se aplica carburo de tantalio a la superficie de la herramienta de corte para darle una resistencia especial. Esta herramienta se utiliza para cortar y perforar materiales especialmente duraderos al perforar pozos profundos en rocas duras.

Debido a su alta resistencia, resistencia a la oxidación y alto punto de fusión, el tantalio se utiliza en la producción de motores de aviones y cohetes.

Las piezas fabricadas con tantalio duran decenas de años más en entornos agresivos que las fabricadas con otros materiales con alta resistencia a la corrosión.

Todas las características físicas del material se pueden cambiar introduciendo en él aditivos de aleación.

Minería de tantalio

Gracias a los trabajos de exploración se encontraron nuevos yacimientos del metal tantalio

La corteza terrestre contiene aproximadamente un 0,0002% de tantalio, por lo que se clasifica como un elemento raro. Pero casi todos los países tienen depósitos de sus compuestos. En Europa, los yacimientos más grandes y ricos se encuentran en Francia, y existen pequeños depósitos en la mayoría de los países de la antigua URSS. Entre los países africanos, Egipto tiene las mayores reservas de materias primas. Pero los yacimientos más grandes y ricos conocidos y explotados hasta la fecha se encuentran en Australia.

El elemento se encuentra en forma de sus propias sales o forma parte de otros minerales. En el segundo caso, necesariamente va acompañado de niobio. Los minerales pueden ser estables o radiactivos.

La extracción de este metal es de 420 toneladas anuales. Los países líderes en producción y procesamiento son Estados Unidos y Alemania.

Debido a la crisis mundial, la demanda de tantalio disminuyó ligeramente, pero desde 2010 ha vuelto a aumentar. Recientemente, se han llevado a cabo trabajos de exploración activa. Gracias a ellos se descubrieron nuevos yacimientos en Estados Unidos, Brasil y Sudáfrica.