Proprietățile chimice ale tantalului. Caracteristicile și proprietățile tantalului metalului Ta chimie

Tantalul ocupă un loc special în grupul elementelor chimice cunoscute. Acest metal nu este unul nobil, dar calitățile sale de performanță îl fac să fie solicitat într-o varietate de domenii. Mai mult, acest lucru se aplică nu numai industriilor de construcții și producție, ci și bijuterii. Astăzi, utilizarea tantalului în sine este foarte limitată din cauza rarității sale. Și totuși există pe piață o gamă largă de produse realizate din acest material.

Informații generale despre metal

Tantalul nu există în natură în forma sa pură. De obicei, este extras împreună cu alte minerale cu caracteristici similare. Această caracteristică a elementului a dus la descoperirea sa destul de târzie. Dar în zilele noastre există modalități eficiente de a izola tantalul, dintre care una este metoda de extracție. Electroliza este, de asemenea, utilizată în mod specific pentru a produce material metalic. Folosind un creuzet de grafit, baza care conține elementul este topită, după care pulberea rămâne pe pereții recipientului. Tehnologia ulterioară pentru prelucrarea materiei prime depinde de modul în care va fi utilizat tantalul: acesta poate fi dat sub formă de lingot, sârmă, foaie, parte dintr-o anumită formă sau lăsat sub formă de amestec pentru pulverizare. Tehnologiile pentru formarea aliajelor din pulbere de tantal sunt, de asemenea, populare. Combinația cu substanțe de aliere face posibilă îmbunătățirea proprietăților individuale ale materialului.

Proprietăți fizice

Metalul are un punct de topire ridicat de aproximativ 3017 °C, ceea ce îi permite să fie utilizat în condiții termice extreme în producție. În același timp, are o combinație rară de proprietăți de ductilitate și duritate. Cât despre primul, este moale ca aurul. În acest caz, duritatea tantalului este de 16,65 g/cm 3 . Această combinație de calități fizice face posibilă procesarea cu ușurință a materialului, dându-i forme și dimensiuni diferite și, de asemenea, utilizarea acestuia în mecanisme și structuri critice. Elementele mici funcționează bine ca angrenaje și părți ale aparatelor electrice. Tantalul este rezistent la uzură și durabil, astfel încât componentele consumabile sunt fabricate din acesta cu așteptarea unei funcționări pe termen lung. În plus, acest metal poate acționa ca un absorbant eficient de gaz. La temperaturi ridicate, piesele de tantal prezintă, de asemenea, proprietăți conductoare ridicate.

Proprietăți chimice

În forma sa pură, metalul rezistă eficient la efectele alcalinelor, substanțelor acide organice și anorganice, precum și influenței altor medii active. Cu excepția cazului în care, în formă topită, alcaliile au un efect vizibil asupra tantalului. Procesele de oxidare au loc la temperaturi nu mai mici de 280 °C și reacţionează cu componentele halogene la 250 °C. Proprietățile chimice ale tantalului în contact cu reactivii pot fi comparate cu sticla. Nu se dizolvă în medii acide, cu excepția acizilor azotic și fluorhidric. Acest material este rezistent și la acidul sulfuric, indiferent de concentrația acestuia. Cu toate acestea, procesele de activitate au în majoritatea cazurilor un efect nesemnificativ asupra structurii metalului. De obicei, modificările apar fie sub formă de acoperire cu peliculă, fie sub formă de coroziune.

Unde se folosește tantalul?

Acest metal nu este larg răspândit, dar există multe domenii de utilizare. În primul rând, aceasta este industria. Elementul este utilizat în metalurgie, sectorul alimentar, industriile prelucrătoare, inginerie radio, inginerie mecanică etc. În industria construcțiilor, acest metal nu este atât de solicitat tocmai din cauza volumelor limitate de producție, dar elementele structurale individuale sunt încă realizate din acest material - de regulă, hardware destinat sarcinilor critice de consolidare a structurilor. Pentru a înțelege unde este folosit tantalul, este important să acordați atenție proprietăților sale de performanță. S-a remarcat deja că poate acționa ca un bun dirijor. Prin urmare, este folosit ca supraconductor în inginerie electrică. Pe de altă parte, rezistența sa la căldură deschide posibilități de utilizare în tratarea termică a altor metale. Datorită densității sale crescute, tantul a devenit o soluție optimă în industria de apărare. Este folosit pentru a face proiectile cu putere mare de penetrare.

Sârmă de tantal

Metalul laminat in general este cea mai extinsa forma de prezentare a acestui material pe piata. Sârmă ocupă o nișă semnificativă în segment. Este neobișnuit prin faptul că, datorită dimensiunii sale modeste, poate fi folosit ca fir. Așa se explică valoarea tantalului pentru domeniul medical - produse de acest fel sunt folosite pentru suturi și bandaje. Dar acesta este doar un exemplu care demonstrează una dintre calitățile distinctive ale unui astfel de fir. Formatele mai mari sunt folosite în inginerie mecanică, aviație, mașini-unelte și construcții de capital. Mai mult, în funcție de scop, se poate folosi metal moale și dur. Tantalul, datorită flexibilității sale în prelucrare, permite producerea de fire lungi de la 1500 cm cu o grosime de 0,15 mm sau mai mult. Pe produsele finite, după cum notează utilizatorii, bavurile, fisurile și alte defecte sunt rareori găsite. Cu toate acestea, structura subțire impune încă cerințe privind condițiile de depozitare și transport - în special, nu este recomandat să expuneți firul la contactul cu umezeală și medii agresive.

Banda de tantal

Acest format pentru producția de produse metalice laminate este, de asemenea, răspândit. Benzile sunt folosite în medicină, în industria petrolului, în inginerie mecanică și chiar în industria energetică. Consumatorii apreciază acest produs pentru biocompatibilitate, rezistență ridicată cu o structură fină, lucrabilitate bună și rezistență la procesele de coroziune. Dacă comparăm produse similare din tantal cu analogi din oțel sau aluminiu, atunci rezistența la uzură și durabilitatea vor trece în prim-plan. Banda poate rezista la sarcini mari de tracțiune și influențe chimice. Pe de altă parte, plasticitatea ridicată nu permite acestor produse să mențină stabil o anumită formă. Chiar și o presiune ușoară duce la deformare.

Aliaje pe bază de tantal

Aliajele modificate cu componente de aliere dobândesc predominant calități mai mari de rezistență fizică și rezistență la căldură. Este suficient să spunem că un produs cu caracteristici medii va putea rezista la temperaturi de 1650 °C fără a-și pierde calitățile de performanță. De fapt, acest lucru permite utilizarea aliajelor de tantal în industria chimică, energie, metalurgie și fabricarea instrumentelor. Mai mult, unele întreprinderi folosesc acest material la fabricarea elementelor pentru racheta și sfera spațială. În funcție de direcția de utilizare, tehnologii dezvoltă diferite compoziții pentru alierea tantalului. În unele cazuri, modificarea face posibilă obținerea unei ductilități mai mari, iar în altele, de exemplu, pentru a face materialul potrivit pentru operațiunile de sudare folosind metoda fasciculului de electroni. Tantalul însuși poate acționa și ca o componentă de aliere. De obicei, această metodă de îmbunătățire a proprietăților de performanță este utilizată pentru a conferi metalelor de bază rezistență anticorozivă și la căldură.

Tantal în inginerie radio

În producția de dispozitive și piese electrice, capacitatea de a menține conductivitatea optimă a curentului și de a menține semnalele de frecvență, reducând în același timp dimensiunea bazei elementului, vine în prim-plan. Din acest motiv, tantalul este adesea folosit la fabricarea de condensatoare, tiristoare, tranzistoare și semistoare. Anterior, rolele de foi de aluminiu erau folosite pentru aceiași condensatori. Această soluție presupunea posibilitatea creșterii parametrilor operaționali numai dacă dimensiunea piesei în sine a fost mărită. Și aceasta nu mai vorbim de scăderea inversă a altor caracteristici asociate cu creșterea volumului condensatorului. Utilizarea tantalului, care este, de asemenea, rezistent la procesele negative la care participă componentele radio-electronice, a făcut posibilă creșterea volumului electric, păstrând în același timp dimensiunile piesei. Un alt lucru este că aluminiul nu dă greș în acest domeniu, deoarece este mai accesibil.

Concluzie

Acest metal nu are deloc proprietăți unice sau nestandard. Are multe calități atractive, inclusiv anti-coroziune, duritate sau rezistență la căldură. Dar aceste caracteristici sunt prezente individual în alte metale. Mai mult, la unele sunt mult mai pronunțate. Cu toate acestea, combinația de proprietăți aparent opuse într-un singur element este cu adevărat unică. Tehnologii se străduiesc să realizeze combinații speciale în calitățile de lucru ale materialelor prin mijloace artificiale, iar în acest caz sunt determinate de natura originii. De exemplu, utilizarea tantalului în medicină și în metalurgie prezintă obiective complet diferite. Într-un caz, se apreciază rezistența ridicată cu produse de dimensiuni mici, iar în al doilea, flexibilitatea în procesare. Dar există și o proprietate negativă a tantalului, care se aplică tuturor domeniilor de utilizare a acestuia - este un cost ridicat și, în unele cazuri, inaccesibilitate fizică.

Tantal(lat. Tantal), Ta, element chimic din grupa V a sistemului periodic al lui Mendeleev; numărul atomic 73, masa atomică 180,948; Metalul este de culoare gri cu o nuanță ușor plumb. În natură, se găsește sub formă de doi izotopi: stabil 181 Ta (99,99%) și radioactiv 180 Ta (0,012%; T ½ = 10 12 ani). Din radioactivul obținut artificial, 182 Ta (T ½ = 115,1 zile) este utilizat ca indicator radioactiv.

Elementul a fost descoperit în 1802 de chimistul suedez A. G. Eksberg; numit după eroul mitologiei grecești antice Tantalus (datorită dificultăților de obținere a Tantalului în forma sa pură). Tantalul din metal plastic a fost obținut pentru prima dată în 1903 de chimistul german W. Bolton.

Distribuția tantalului în natură. Conținutul mediu de tantal din scoarța terestră (clarke) este de 2,5·10 -4% în masă. Un element caracteristic al cochiliilor de granit și sedimentare (conținutul mediu ajunge la 3,5·10 -4%); în părțile adânci ale scoarței terestre și mai ales în vârf, în manta se află puțin tantal (în rocile ultrabazice 1,8·10 -6%). Tantalul este dispersat în majoritatea rocilor magmatice și în biosferă; conținutul său în hidrosferă și organisme nu a fost stabilit. Există 17 minerale de tantal cunoscute și mai mult de 60 de minerale care conțin tantal; toate s-au format în legătură cu activitatea magmatică (tantalit, columbit, loparit, piroclor și altele). În minerale, tantalul se găsește împreună cu niobiul datorită asemănării proprietăților lor fizice și chimice. Minereurile de tantal sunt cunoscute în pegmatitele de granit și roci alcaline, carbonatiți, din filoanele hidrotermale, precum și în placeri, care au cea mai mare importanță practică.

Proprietățile fizice ale tantalului. Tantalul are o rețea cubică centrată pe corp (a = 3,296 Å); raza atomică 1,46 Å, raze ionice Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; densitate 16,6 g/cm3 la 20°C; t pl 2996 °C; Temperatura Kip 5300 °C; capacitate termică specifică la 0-100°C 0,142 kJ/(kg K); conductivitate termică la 20-100 °C 54,47 W/(m K). Coeficient de temperatură de dilatare liniară 8,0·10 -6 (20-1500 °C); rezistivitate electrică specifică la 0 °C 13,2·10 -8 ohm·m, la 2000 °С 87·10 -8 ohm·m. La 4,38 K devine supraconductor. Tantalul este paramagnetic, susceptibilitate magnetică specifică 0,849·10 -6 (18 °C). Tantalul pur este un metal ductil care poate fi prelucrat prin presiune la rece, fără întărire semnificativă. Poate fi deformat cu o rată de reducere de 99% fără recoacere intermediară. Tranziția tantalului de la o stare ductilă la o stare fragilă la răcire la -196 °C nu a fost detectată. Modulul de elasticitate al tantalului este de 190 H/m2 (190·10 2 kgf/mm2) la 25 °C. Rezistența la tracțiune a tantalului recoapt de înaltă puritate este de 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) la 27 °C și 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) la 490 °C; alungire relativă 36% (27 °C) și 20% (490 °C). Duritatea Brinell a tantalului pur recristalizat este de 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Proprietățile tantalului depind în mare măsură de puritatea acestuia; impuritățile de hidrogen, azot, oxigen și carbon fac metalul fragil.

Proprietățile chimice ale tantalului. Configurația electronilor exteriori ai atomului Ta este 5d 3 6s 2. Cea mai caracteristică stare de oxidare a tantalului este +5; Sunt cunoscuți compuși cu o stare de oxidare mai scăzută (de exemplu, TaCl 4, TaCl 3, TaCl 2), dar formarea lor este mai puțin tipică pentru tantal decât pentru niobiu.

Din punct de vedere chimic, tantalul este slab activ în condiții normale (asemănător cu niobiul). Tantalul compact pur este stabil în aer; începe să se oxideze la 280 °C. Are un singur oxid stabil - (V) Ta 2 O 5, care există în două modificări: forma α albă sub 1320 °C și forma β gri peste 1320 °C; are un caracter acid. Cu hidrogen la o temperatură de aproximativ 250 °C, tantalul formează o soluție solidă care conține până la 20 at.% hidrogen la 20 °C; în același timp, tantalul devine fragil; la 800-1200 °C în vid înalt, hidrogenul este eliberat din metal și plasticitatea acestuia este restabilită. Cu azot la o temperatură de aproximativ 300 ° C formează o soluție solidă și nitrurează Ta 2 N și TaN; într-un vid profund peste 2200 °C, azotul absorbit este din nou eliberat din metal. În sistemul Ta - C la temperaturi de până la 2800 ° C s-a stabilit existența a trei faze: o soluție solidă de carbon în Tantal, carbură mai mică T 2 C și carbură TaC mai mare. Tantalul reacţionează cu halogenii la temperaturi peste 250 °C (cu fluor la temperatura camerei), formând predominant halogenuri de tip TaX 3 (unde X = F, Cl, Br, I). Când este încălzit, Ta interacționează cu C, B, Si, P, Se, Te, apă, CO, CO2, NO, HCI, H2S.

Tantalul pur este excepțional de rezistent la acțiunea multor metale lichide: Na, K și aliajele acestora, Li, Pb și altele, precum și aliajele U - Mg și Pu - Mg. Tantalul se caracterizează prin rezistență la coroziune extrem de ridicată la majoritatea acizilor anorganici și organici: nitric, clorhidric, sulfuric, clor și alții, acva regia, precum și multe alte medii agresive. Fluorul, acidul fluorhidric, acidul fluorhidric și amestecul acestuia cu acid azotic, soluțiile și topiturile alcaline acționează asupra tantalului. Sunt cunoscute sărurile acizilor tantalici - tantalaţii cu formula generală xMe 2 O·yTa 2 O 5 ·H 2 O: metatantalaţii MeTaO 3, ortotantalaţii Me 3 TaO 4, săruri ca Me 5 TaO 5, unde Me este un metal alcalin; în prezența peroxidului de hidrogen se formează și pertantalații. Cei mai importanți tantați de metale alcaline sunt KTaO3 și NaTaO3; Aceste săruri sunt feroelectrice.

Obținerea tantalului. Minereurile care conțin tantal sunt rare, complexe și sărace în tantal; minereuri de prelucrare care conțin până la sutimi de procente (Ta, Nb) 2 O 5 și zguri provenite din topirea prin reducere a concentratelor de staniu. Principalele materii prime pentru producerea tantalului, aliajele și compușii acestuia sunt concentratele de tantalit și loparit, care conțin, respectiv, aproximativ 8% Ta 2 O 5 și 60% sau mai mult Nb 2 O 5. Concentratele sunt de obicei prelucrate în trei etape: 1) deschidere, 2) separarea Ta și Nb și obținerea compușilor lor puri, 3) recuperarea și rafinarea Ta. Concentratele de tantalit sunt descompuse de acizi sau alcaline, în timp ce concentratele de loparit sunt clorurate. Ta și Nb se separă pentru a obține compuși puri prin extracție, de exemplu, cu tributil fosfat din soluții de acid fluorhidric sau prin rectificarea clorurilor.

Pentru a produce tantal metalic, se reduce din funingine Ta 2 O 5 în una sau două etape (cu prepararea preliminară a TaC dintr-un amestec de Ta 2 O 5 cu funingine într-o atmosferă de CO sau H 2 la 1800-2000 ° C ); reducerea electrochimică din topituri care conțin K 2 TaF 7 și Ta 2 O 5 și reducerea K 2 TaF 7 cu sodiu la încălzire. Sunt posibile și procese de disociere termică a clorurii sau de reducere a tantalului din aceasta cu hidrogen. Metalul compact este produs fie prin arc de vid, fascicul de electroni sau topirea cu plasmă, fie prin metode de metalurgie a pulberilor. Lingourile sau barele sinterizate din pulberi sunt prelucrate sub presiune; Monocristalele de tantal deosebit de pur sunt obținute prin topirea zonei cu fascicul de electroni fără creuzet.

Aplicarea tantalului. Tantalul are un set de proprietăți valoroase - ductilitate bună, rezistență, sudabilitate, rezistență la coroziune la temperaturi moderate, refractaritate, presiune scăzută de vapori, coeficient ridicat de transfer termic, funcție de lucru scăzută a electronilor, capacitatea de a forma un film anodic (Ta 2 O 5) cu caracteristici dielectrice speciale și „se înțelege” cu țesutul viu al corpului. Datorită acestor proprietăți, tantalul este utilizat în electronică, inginerie chimică, energie nucleară, metalurgie (producția de aliaje rezistente la căldură, oțeluri inoxidabile) și medicină; sub formă de TaC este utilizat la producerea aliajelor dure. Tantalul pur este folosit la fabricarea condensatoarelor electrice pentru dispozitive semiconductoare, piese pentru tuburi electronice, echipamente rezistente la coroziune pentru industria chimică, matrițe în producția de fibre artificiale, sticlă de laborator, creuzete pentru topirea metalelor (de exemplu, pământuri rare) și aliaje. , încălzitoare pentru cuptoare de înaltă temperatură; schimbătoare de căldură pentru sisteme de energie nucleară. În chirurgie, foile, foliile și sârma din Tantal sunt folosite pentru fixarea oaselor, nervilor, suturarea etc. Se folosesc aliaje și compuși de tantal.

Fără îndoială, cea mai valoroasă proprietate a tantalului este rezistența sa chimică excepțională: în acest sens, este al doilea după metalele nobile și nu întotdeauna. nu se dizolvă chiar și într-un mediu atât de agresiv din punct de vedere chimic precum aqua regia, care dizolvă cu ușurință platina și altele. Următoarele fapte mărturisesc, de asemenea, cea mai mare rezistență la coroziune a tantalului. La 200°CUnu este supus coroziunii în acid azotic 70%, în acid sulfuric la 150°Coroziunea tantalului nu este, de asemenea, observată, iar la 200 ° C metalul se corodează, dar numai cu 0,006 mm pe an.

LA În plus, metalul este ductil, produse cu pereți subțiri și din el pot fi făcute produse de forme complexe. Nu este de mirare că a devenit un material de construcție indispensabil pentru industria chimică.Echipamentele cu tantal sunt utilizate în producerea multor acizi (clorhidric, sulfuric, azotic, fosforic, acetic), brom, clor și peroxid de hidrogen. La una dintre întreprinderile care foloseau clorură gazoasă, piesele din oțel inoxidabil s-au defectat după doar două luni. Dar, de îndată ce oțelul a fost înlocuit cu tantal, chiar și cele mai subțiri părți (grosime 0,3-0,5).mm)s-a dovedit a fi practic nedeterminată - durata lor de viață a crescut la 20 de ani.

Dintre toți acizii, numai acidul fluorhidric este capabil să se dizolve (mai ales la temperaturi ridicate). Din el sunt fabricate bobine, distilatoare, supape, mixere, aeratoare și multe alte părți ale aparatului chimic. Mai rar, dispozitive întregi multe materiale structurale își pierd rapid conductivitatea termică: pe suprafața lor se formează o peliculă de oxid sau sare care conduce prost căldura. Echipamentul cu tantal nu are acest dezavantaj sau, mai degrabă, se poate forma o peliculă de oxid pe el, dar este subțire și conduce bine căldura.

Apropo, conductivitatea termică ridicată combinată cu plasticitatea a făcut din tantul un material excelent pentru schimbătoarele de căldură catozii de tantal sunt utilizați în procesele electrolitice.împărțirea aurului și a argintului. Avantajul acestor catozi este că depozitul de aur și argint poate fispălați-le cu aqua regia, care nu dăunează tantalului, este important nu numai pentru industria chimică. Mulți chimiști de cercetare o întâlnesc și în practica lor zilnică de laborator. Crezetele, cupele, spatulele din tantal nu sunt deloc neobișnuite „Trebuie să ai nervi de tantal...” Calitatea unică a tantalului este compatibilitatea sa biologică ridicată, adică capacitatea de a se înrădăcina în organism fără a provoca iritații țesuturilor înconjurătoare. . Această proprietate este baza pentru utilizarea pe scară largă a tantalului în medicină, în principal în chirurgia reconstructivă - pentru repararea corpului uman.

Plăcile din acest metal sunt folosite, de exemplu, pentru leziuni ale craniului - acopera rupturi ale craniului.ÎNLiteratura descrie un caz în care o ureche artificială a fost făcută dintr-o placă de tantal, iar pielea transplantată de la coapsă a prins rădăcini atât de bine încât în curând urechea de tantal a fost dificil dedistinge de prezent.Firele de tantal sunt uneori folosite pentru a compensa pierderea țesutului muscular. Folosind plăci subțiri de tantal, chirurgii întăresc pereții cavității abdominale după intervenție chirurgicală. Capsele de tantal, asemănătoare cu cele folosite pentru a coase caietele, conectează în siguranță vasele de sânge. Ochiurile de tantal sunt folosite la fabricarea protezelor oculare. Firele din acest metal sunt înlocuitetendoaneși chiar coase nervii fibre. ȘI dacă expresie De obicei folosim „nervii de fier” în portabil sens, oameni cu nervi de tantal, a fi Pot fi, a trebuit să întâlnești într-adevăr, există ceva simbolic în faptul că a fost ponderea metalului, numită după martirul mitologic, care a căzut în sarcina misiunii omenești - de a alina suferința umană. ..

Cum se separă tantalul de niobiu.

Scoarța terestră conține doar 0,0002% Ta, dar multe dintre mineralele sale sunt cunoscute - peste 130. Tantalul din aceste minerale, de regulă, este inseparabil de niobiu, ceea ce se explică prin similitudinea chimică extremă a elementelor și dimensiunile aproape identice. a ionilor lor. Dificultatea de a separa aceste metale a împiedicat de multă vreme dezvoltarea industriei tantalului și niobiului. Până de curând, au fost izolate doar prin metoda propusă încă din 1866 de chimistul elvețian Marignac, care a profitat de solubilitatea diferită a tantalatului de fluor de potasiu și a fluoroniobatului în acid fluorhidric diluat.

În ultimii ani, au câștigat importanță și metodele de extracție pentru izolarea tantalului, bazate pe solubilitățile diferite ale sărurilor de tantal și niobiu în anumiți solvenți organici. Experiența a arătat că metil izobutil cetona și ciclohexanona au cele mai bune proprietăți de extracție. În prezent, principala metodă de producere a tantalului este fluorotantatalul de potasiu topit în creuzete de grafit, fontă sau nichel, care servesc și ca catozi. Pe pereții creuzetului se depune pulberea de tantal.

Extrasă din creuzet, această pulbere este mai întâi presată în plăci dreptunghiulare (dacă piesa de prelucrat este destinată rulării în foi) sau bare pătrate (pentru sârmă), apoi sinterizată și metoda sodiu-termică pentru producerea tantalului . În acest proces, fluorotantalatul de potasiu și fluorotantalatul de metal interacționează:

K2 TaF 7 + 5Na → Ta + 2KF + 5NaF.

Produsul final al reacției este tantalul sub formă de pulbere, care este apoi sinterizat. În ultimele două decenii au început să fie folosite și alte metode de prelucrare a pulberilor: topirea cu arc sau inducție în vid și topirea cu fascicul de electroni.

Articol pe tema proprietăți chimice tantal

Tantalul este un tip special de metal care aparține grupului nobil. A fost descoperit în 1802, dar este considerat un element tânăr. În ciuda rarității sale, este utilizat pe scară largă nu numai în bijuterii, ci și în industrie. Este deosebit de comun în electronică - aproape fiecare dispozitiv îl conține.

Utilizarea în masă a acestui metal a început în anii 40 ai secolului trecut și continuă până în zilele noastre. Și-a câștigat popularitatea datorită proprietăților sale de rezistență sporite. În plus, are multe proprietăți fizice și chimice unice.

Proprietati fizice si chimice

Printre proprietățile fizice ale acestui metal, trebuie evidențiat punctul de topire ridicat, care este de 3017 grade Celsius, ceea ce îl diferențiază de mulți analogi. Datorită acestui fapt, este utilizat în zonele în care este necesară o rezistență sporită la condiții extreme. În același timp, caracteristicile tantalului includ ductilitatea și duritatea, o combinație a cărora este destul de rară în natură.

Punctul de topire al tantalului este de 3017 °C.

Proprietățile tantalului menționate mai sus vă permit să procesați metalul fără prea mult efort și să creați formele și dimensiunile necesare. Structura specială a atomului este foarte importantă pentru crearea părților și mecanismelor structurilor cu responsabilitate sporită. Tantalul se pretează bine la forjare și laminare. În acest caz, se poate folosi cu succes și metoda deformarii la rece. Conductivitatea termică ridicată trebuie evidențiată.

Datorită densității sale mari, metalul poate fi folosit pentru a produce angrenaje mici și părți ale aparatelor electrice care sunt rezistente la uzură și nu se deteriorează după o perioadă lungă de utilizare.
În unele cazuri este folosit ca absorbant de gaz. Trebuie subliniată configurația electronică: un metal are diferite proprietăți de conductivitate electrică în stare normală și la temperaturi ridicate.
Piesele din tantal pot fi conectate prin lipire, sudare sau nituire. Metoda de sudare este cea mai des folosită, deoarece calitatea sudurii este caracterizată de rezistență ridicată și rezistență la stres fizic.
Dintre proprietățile chimice, merită subliniată rezistența ridicată la oxidare și alcalii. Cu toate acestea, atunci când este topit, este parțial susceptibil la alcalii. Oxidarea este imposibilă la temperaturi sub 250 de grade.
Proprietățile chimice ale acestui metal sunt foarte asemănătoare cu sticla. Este aproape imposibil să o dizolvi în acid, cu excepția cazului în care folosești acid fluorhidric și acid azotic. Chiar și expunerea la acid sulfuric nu afectează structura și forma metalului. La suprafață poate apărea doar o peliculă mică. De asemenea, nu este supus distrugerii în timpul expunerii prelungite la apa de mare.
Apariția și producerea tantalului
Tantalul, ca element chimic, este foarte rar în natură, constituind doar 0,0002% din scoarța terestră. Se găsește foarte rar în forma sa pură, cel mai adesea în compoziția diferitelor minerale, în apropierea unui alt metal - niobiul.
Depozitele acestui element se găsesc în multe țări. Zăcăminte mari se găsesc în Franța, Egipt, China și Thailanda. Dar cele mai mari zăcăminte ale acestui element sunt în Australia. Tantalul este extras în cantități de peste 400 de tone anual. În același timp, nevoia de utilizare a acestuia este în continuă creștere, ceea ce este asociat cu o creștere a volumului de echipamente electrice produse folosind acest metal. Pe baza acestui fapt, există o dezvoltare constantă de noi zăcăminte.
În țara noastră, producția de tantal este concentrată la uzina de magneziu din Solikamsk. Metalul se obține după prelucrarea concentratelor de loparit. Alte minerale, cum ar fi rutilul, struveritul, tantalitul și columbitul sunt, de asemenea, folosite în alte țări.
Cei mai mari producători de acest metal din lume sunt SUA, Japonia și China. Numărul producătorilor mondiali nu depășește 40 de firme. Cost - de la 1000 de dolari pe kg.
Aliaje pe bază de tantal
Datorită proprietăților sale fizice speciale, acest metal în forma sa pură este foarte des folosit în industrie. Cu toate acestea, pentru a crește rezistența și rezistența la temperaturi ridicate, pot fi utilizate aliaje pe bază de acestea și pot fi adăugate componente de aliere adecvate.
Aliajele de tantal pot rămâne solide la temperaturi de aproximativ 1700 de grade. Acest lucru este necesar atunci când se utilizează compuși de tantal în sectorul energetic, industria chimică, producția de instrumente de înaltă precizie și metalurgie. Foarte des, diferite aliaje sunt utilizate în construcția de rachete spațiale.
Tipul componentelor de aliere utilizate depinde de proprietățile finale necesare. Pentru a îmbunătăți calitatea lucrărilor, sunt utilizate elemente care conferă aliajului proprietăți de ductilitate îmbunătățite.

Trebuie remarcat faptul că de foarte multe ori tantalul din aliaje este folosit nu ca bază, ci ca componentă de aliere. Adăugarea lui la diferite materiale permite o rezistență crescută la temperaturi ridicate și coroziune.

Circuitul condensatorului de tantal

Tantalul TAV-10 este un aliaj utilizat pe scară largă pe baza acestui metal. Este produs cu adăugarea de wolfram, a cărui cantitate este de aproximativ 10%. Rezultă un material cu rezistență la căldură îmbunătățită. Este folosit pentru producerea de elemente de încălzire și în scopuri medicale, deoarece componentele sale nu irită pielea umană.
Aplicații ale tantalului
Utilizarea tantalului nu se limitează la un singur domeniu. Merită să subliniem domeniile în care produsele cu tantal sunt cele mai utilizate:
Metalurgie. Aproape jumătate din acest metal este folosit în industria metalurgică. Acest lucru se datorează faptului că este ușor de utilizat pentru a crea diferite aliaje, în special clase de oțel anticoroziv care sunt rezistente la temperaturi ridicate. Sârma de tantal este utilizată în diverse domenii în care este necesară o rezistență crescută și rezistență la căldură. Carbura de tantal este, de asemenea, utilizată pe scară largă în producția de creuzete pentru metale refractare.
Inginerie Electrică. Aproximativ 25% este utilizat în producția de inginerie electrică și de aparate electrice. Condensatorii care utilizează acest element se caracterizează printr-o stabilitate de funcționare crescută. Mai mult, în cazul distrugerii suprafeței condensatorului, se formează o peliculă de oxid de tantal, care îl protejează. De asemenea, ar trebui să evidențiați elemente precum anozi, catozi, lămpi și alte piese metalice, care sunt, de asemenea, produse pe baza acestuia.
Industria chimica. O cincime din volumul produs este utilizat în industria chimică. Acest lucru se datorează faptului că este rezistent la majoritatea acizilor, sărurilor și alcalinelor.
Medicament. Tantalul în medicină este utilizat în industrii precum chirurgia osoasă și plastică. Elementele realizate din acest material sunt folosite pentru a fixa oasele pentru a obține o rezistență crescută, fără a irita țesutul organic.
Sfera militară. În sfera militară, se produc ținte de tantal și obuze pentru proiectile cumulate.
Instrumentaţie. Acest metal este utilizat pentru producerea de instrumente de precizie, echipamente de control și diferite diafragme, precum și instrumente de vid, deoarece se distinge prin proprietatea sa de absorbție a gazelor.
Energie nucleară. În această zonă, metalul acționează ca un schimbător de căldură.

Trebuie menționat că domeniul de aplicare al tantalului este limitat doar de volumul mic al producției sale. Dacă volumul de producție crește, domeniul de aplicare se va extinde semnificativ.

Tantalul este un „metal inteligent”

Tantalul, ale cărui proprietăți și caracteristici s-au dovedit a fi cu adevărat unice, a fost acum numit „metal inteligent”.

Puțină istorie

Tantalul a fost descoperit în 1802 de chimistul suedez A.G. Ekeberg a studiat mineralele găsite și a descoperit că acestea conțineau un element necunoscut la acea vreme, dar nu a putut să-l izoleze în forma sa pură. Metalul necunoscut a fost numit după eroul mitologic grecesc antic Tantalus. Timp de 4 decenii, chimiștii au crezut în mod eronat că tantalul și niobiul, cunoscute până atunci, erau același element chimic. Chimiștii germani au reușit să-l obțină în forma sa pură în 1903 și a început să fie utilizat în mod activ în scopuri industriale în timpul celui de-al Doilea Război Mondial.

Descrierea și proprietățile tantalului

În tabelul periodic, acest metal ocupă poziția a 73-a, desemnată Ta.

În condiții normale, are o culoare argintie, asemănătoare ca aspect cu argintul și cu alte metale nobile. Datorită oxidării în aer, acesta devine acoperit cu o peliculă de oxid, se întunecă și devine mai mult ca plumbul. La temperatura camerei, oxidarea are loc foarte lent, astfel încât metalul își păstrează culoarea caracteristică pentru o lungă perioadă de timp. Oxidarea activă în aer începe la temperaturi peste 280°C.

Metalul reacționează cu halogenii la temperaturi scăzute, dar este imediat acoperit cu o peliculă de suprafață, care îl protejează de reacții ulterioare pe întregul volum.

Punctul de topire este relativ ridicat, 3017°C. Este mult mai mare decât cea a multor metale. Pentru comparație:

plumb - 327°C;
aluminiu - 660°C;
alamă - până la 1000°C;
aur - 1064°C;
cupru - 1083°C;
fier - 1540°C.

Datorită celei mai mari rezistențe a metalului tantal, este utilizat în multe industrii

Dintre materialele utilizate pe scară largă în industrie, tantul este inferior ca punct de topire decât wolfram, pentru care această valoare este de 3420°C.

Densitatea tantalului este de 16.700 kg/m3, acest metal este mult mai dens decât fierul și cuprul obișnuit, pentru care este egal cu 7870 și, respectiv, 8940 kg/m3. Din punct de vedere al densității, acesta poate fi comparat cu aurul, a cărui densitate este de 19320 kg/m3. Tantalul are duritate mare. În ciuda proprietăților sale, este un metal foarte ductil. Materialul poate fi rulat la o grosime de 1 micron. Doar aurul are o asemenea plasticitate.

Materialul este rulat fără încălzire, ceea ce simplifică foarte mult prelucrarea acestuia. Rezistența mecanică poate fi crescută prin călirea la rece. La temperaturi sub - 196°C, proprietatea plasticității dispare și metalul devine casant.

Datorită proprietăților sale magnetice, tantalul este clasificat ca paramagnetic. Proprietățile unui material paramagnetic se manifestă bine la temperaturi sub 3420°C, apoi metalul devine feromagnetic.

Tantalul are cea mai mare rezistență la influențele agresive ale mediului. Nu este distrus de acidul azotic cu o concentrație de 70%. Nu este afectat de acidul sulfuric încălzit la 150°C, dar când temperatura acidului crește la 200°C, metalul începe să se deterioreze lent.

Această rezistență anticoroziune a metalului, care o depășește pe cea a oțelului inoxidabil, l-a făcut indispensabil într-o serie de procese de producție.

Electroliza este folosită pentru a separa metalele prețioase de soluții și topituri ale sărurilor acestora. Dar catozii pe care sunt depuse metalele nobile sunt distruși rapid. Înlocuirea catozilor din metale convenționale cu tantal a făcut ca procesul de electroliză să fie mult mai eficient și mai ieftin. Această metodă este folosită și pentru a izola elementele pământurilor rare din minereuri.

Tantalul are o compatibilitate biologică ridicată și, prin urmare, este utilizat pe scară largă în medicină. Protezele și implanturile realizate din acesta nu au un efect chimic asupra organismului, nu se oxidează și, prin urmare, nu sunt respinse de organism.

Tantalul nu poate fi considerat un bun conductor de curent electric; rezistivitatea sa la 20°C este de 0,13 Ohm*mm²/m, ceea ce este mai mare decât cea a fierului (0,1 Ohm*mm²/m). Dar are o temperatură de tranziție relativ ridicată la starea supraconductoare, este egală cu 4,5 K. La temperaturi mai ridicate, vanadiul (5.3K), plumbul (7.2K) și niobiul său „geamăn” (9.2K) intră în starea de supraconductivitate. Această proprietate a tantalului l-a făcut să fie solicitat în producția de supraconductori criotoni folosiți în tehnologia de calcul electronică. În electronica radio se folosesc condensatoare cu plăci de tantal. S-au dovedit a fi cele mai eficiente, dar pot lucra la valori joase de tensiune.

În industria militară, aliajele de tantal sunt folosite pentru a crește puterea de penetrare a proiectilelor.

În scopuri științifice și militare, izotopii radioactivi sunt utilizați pentru a crea surse de radiații gamma. Izotopii radioactivi se găsesc în fosile, dar se găsesc în concentrații mult mai mari în deșeurile rămase de la reactoarele nucleare.

Tantalul este folosit în construcția de protecție a reactoarelor nucleare, deoarece este unul dintre puținele elemente care nu este distrus prin acțiunea vaporilor de cesiu.

Carbura de tantal este aplicată pe suprafața sculei de tăiere pentru a-i conferi o rezistență deosebită. Această unealtă este utilizată pentru tăierea și găurirea materialelor deosebit de durabile atunci când se forează puțuri adânci în roci dure.

Datorită rezistenței sale ridicate, rezistenței la oxidare și punctului de topire ridicat, tantalul este utilizat în producția de motoare de avioane și rachete.

Piesele din tantal durează cu zeci de ani mai mult în medii agresive decât cele din alte materiale cu rezistență ridicată la coroziune.

Toate caracteristicile fizice ale materialului pot fi modificate prin introducerea de aditivi de aliere în el.

Exploatarea tantalului

Datorită lucrărilor de explorare, au fost găsite noi zăcăminte de tantal metalic

Scoarța terestră conține aproximativ 0,0002% tantal, deci este clasificată ca element rar. Dar aproape toate țările au depozite ale compușilor săi. În Europa, cele mai mari și mai bogate zăcăminte sunt în Franța, iar în majoritatea țărilor fostei URSS există zăcăminte mici. Dintre țările africane, Egiptul are cele mai mari rezerve de materii prime. Dar cele mai mari și mai bogate zăcăminte cunoscute și dezvoltate până în prezent se află în Australia.

Elementul se găsește sub formă de săruri proprii sau face parte din alte minerale. În al doilea caz, este însoțit în mod necesar de niobiu. Mineralele pot fi stabile sau radioactive.

Extracția acestui metal este de 420 de tone pe an. Principalele țări în producție și procesare sunt SUA și Germania.

Din cauza crizei globale, cererea de tantal a scăzut ușor, dar din 2010 a crescut din nou. Recent, au fost efectuate lucrări active de explorare. Datorită acestora, au fost descoperite noi zăcăminte în SUA, Brazilia și Africa de Sud.