Тантал (элемент)

{{#if: | }} Шаблон:Карточка химического элемента Шаблон:Элемент периодической системы Танта́л (химический символ — Ta, от лат. Tantalum) — химический элемент 5-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы пятой группы, VB) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 73.

При стандартных условиях тантал — это блестящий переходный металл<ref name="ХЭ"/> серебристо-белого цвета (со слабым свинцовым (синеватым) оттенком вследствие образования плотной оксидной плёнки).Шаблон:Clearleft

История

Тантал открыт в 1802 году шведским химиком А. Г. Экебергом в двух минералах, найденных в Финляндии и Швеции. Однако в чистом виде выделить его не удалось. Из-за трудностей получения в металлическом виде этот элемент был назван по имени героя древнегреческой мифологии — царя Тантала<ref name=":0">Шаблон:Статья</ref>.

В последующем тантал и «колумбий» (ниобий) считали тождественными. Лишь в 1844 году немецкий химик Генрих Розе доказал, что минерал колумбит-танталит содержит два различных элемента — ниобий и тантал<ref>Шаблон:Статья</ref>.

Пластичный металлический тантал впервые получен немецким учёным Шаблон:Iw в 1903 году<ref name=":0"/>.

Первый промышленный штабик тантала был получен в 1922 году<ref name=":0"/>, при этом он не превышал по величине спичечную головку. Тогда элемент начал применяться в выпрямителях тока и радиолампах. Активное производство тантала было развёрнуто в самом конце Второй мировой войны.

Нахождение в природе

Тантал — редкий металл, в земной коре на его долю приходится 0,0002 %. Известно около Шаблон:Num минералов тантала — серия колумбит-танталит, воджинит, лопарит, манганотанталит и другие, а также более Шаблон:Num, содержащих тантал. Все они связаны с эндогенным минералообразованием. В минералах тантал всегда находится совместно с ниобием вследствие сходства их физических и химических свойств. Тантал — типично рассеянный элемент, так как изоморфен со многими химическими элементами. Месторождения тантала привязаны к гранитным пегматитам, карбонатитам и щелочным расслоённым интрузиям.

Месторождения

Самые крупные месторождения танталовых руд находятся во Франции, Египте, Таиланде<ref name="ХЭ"/>, Китае. Месторождения танталовых руд имеются также в Мозамбике, Австралии, Нигерии, Канаде, Бразилии, СНГ, ДРК, Малайзии<ref name="ХЭ"/>. В России имеются танталовые месторождения в Мурманской области, Восточной Сибири, Забайкалье и Якутии<ref name=rareearth>Шаблон:Cite web</ref>.

Крупнейшее мировое месторождение танталовых руд, Гринбушес, расположено в Австралии в штате Западная Австралия в Шаблон:Num к югу от Перта<ref name="bre8">Большая Российская энциклопедия: В 30 т./ Председатель науч.-ред. совета Ю. С. Осипов. Отв. ред С. Л. Кравец. Т. 8. Григорьев — Динамика. — М.: Большая Российская энциклопедия, 2007. — 767 с.: ил.: карт.</ref>.

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома тантала: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d³.

Тантал обладает высокой температурой плавления — Шаблон:Num (Шаблон:Num); кипит при Шаблон:Num (Шаблон:Num)<ref name="webelements"/>. Плотность тантала — Шаблон:Num<ref name="webelements"/>. Несмотря на высокую температуру плавления, тантал пластичен, как золото. Чистый тантал хорошо поддаётся механической обработке, легко штампуется, раскатывается в проволоку и тончайшие листы толщиной в сотые доли миллиметра. Не становится хрупким даже при температуре жидкого азота (−196 °C). При наличии примесей (углерод, азот, кислород, водород) механические свойства резко ухудшаются, что делает проблему получения сверхчистого металла особенно важной<ref>Шаблон:Книга</ref>. Тантал является отличным геттером (газопоглотителем), при Шаблон:Num он способен поглотить Шаблон:Num газа. Кристаллическая решётка — кубическая, объёмноцентрированная<ref name="ХЭ"/>. Обладает парамагнитными свойствами<ref name="ХЭ"/>.

При температуре ниже Шаблон:Num переходит в сверхпроводящее состояние<ref name="ХЭ"/>.

Изотопы

Шаблон:Main Известны изотопы тантала с массовыми числами от 155 до 190<ref name="БРЭ"/> (количество протонов — 73, нейтронов — от 82 до 117), и более 30 ядерных изомеров.

Природный тантал состоит из смеси стабильного изотопа и стабильного изомера: ¹⁸¹Та (99,988 %) и ^180mТа (0,012 %)<ref name="БРЭ"/>. Последний является чрезвычайно стабильным изомером (возбуждённым состоянием) изотопа ¹⁸⁰Та, период полураспада которого всего чуть более Шаблон:Num<ref>Шаблон:Справочник:Nubase2003</ref>.

Химические свойства

При нормальных условиях тантал малоактивен, на воздухе окисляется лишь при температуре свыше Шаблон:Num, покрываясь оксидной плёнкой Ta₂O₅; с галогенами реагирует при температуре свыше Шаблон:Num. При нагревании реагирует с С, В, Si, P, Se, Те, Н₂О, СО, СО₂, NO, HCl, H₂S.

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

В отношении химической устойчивости к реагентам тантал подобен стеклу. Тантал нерастворим в кислотах и их смесях, кроме смеси плавиковой и азотной кислот; его не растворяет даже царская водка. Реакция с плавиковой кислотой идёт только с пылью металла и сопровождается взрывом. Очень устойчив к воздействию серной кислоты любой концентрации и температуры (при Шаблон:Num металл корродирует в кислоте лишь на Шаблон:Num в год)<ref>Шаблон:Книга</ref>, устойчив в обескислороженных расплавленных щелочных металлах и их перегретых пара́х (литий, натрий, калий, рубидий, цезий).

Токсикология

ПДК Шаблон:Num.

Распространённость

Среднее содержание тантала (по массе):

• в земной коре 2,5Шаблон:E %<ref name="ХЭ"/>
• в ультраосновных породах 1Шаблон:E %
• в основных породах 4,8Шаблон:E %
• в кислых породах 3,5Шаблон:E %
• в полукислых породах 7Шаблон:E %

Получение

Основным сырьём для производства тантала и его сплавов служат танталитовые и лопаритовые концентраты, содержащие около 8 % Та₂О₅, а также 60 % и более Nb₂O₅. Концентраты разлагают кислотами или щелочами, лопаритовые — хлорируют. Разделение Та и Nb производят с помощью экстракции. Металлический тантал обычно получают восстановлением Ta₂O₅ углеродом, либо электрохимически из расплавов. Компактный металл производят вакуумно-дуговой, плазменной плавкой или методом порошковой металлургии.

Для получения Шаблон:Num танталового концентрата необходимо переработать до Шаблон:Num руды. К началу 2000-х годов объём производства в мире приближался к 1400 т в год, однако позже существенно снизился<ref name="БРЭ">Шаблон:БРЭ</ref>.

В России первый слиток металлического тантала массой 8 кг был получен в марте 2024 года на Екатеринбургском заводе по обработке цветных металлов из рудного концентрата, полученного на Ловозерском горно-обогатительном комбинате из лопаритовой руды, а затем переработанного на Соликамском магниевом заводе (оба этих предприятия входят в концерн Росатом)<ref>Шаблон:Cite web</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref>.

Стоимость

Стоимость тантала — около Шаблон:Num за Шаблон:Num (сентябрь 2019 г.)<ref>Шаблон:Cite web</ref>. Особо чистый тантал (от 99,985 %) имеет цену порядка Шаблон:Num за Шаблон:Num<ref>Шаблон:Cite web</ref>.

Применение

Шаблон:Нет источников в разделе Первоначально использовался для изготовления проволоки для ламп накаливания. Сегодня из тантала и его сплавов изготовляют:

• жаропрочные и коррозионностойкие сплавы;
• изготовление прямонакальных катодов для некоторых установок, наряду с вольфрамом и рением;
• изготовление анодных мишеней для рентгеновских трубок;
• коррозионно-устойчивую аппаратуру для химической промышленности, фильерные пластины, лабораторную посуду и тигли для получения, плавки, и литья редкоземельных элементов, а также иттрия и скандия;
• теплообменники для ядерно-энергетических систем (тантал наиболее из всех металлов устойчив в перегретых расплавах и парах цезия);
• в хирургии листы, фольгу и проволоку из тантала используют для скрепления тканей, нервов, наложения швов, изготовления протезов, заменяющих повреждённые части костей (ввиду биологической совместимости), изготовления ортопедических электретов<ref>Шаблон:Публикация</ref>;
• танталовая проволока используется в криотронах — сверхпроводящих элементах, устанавливаемых в вычислительной технике;
• в производстве боеприпасов тантал применяется для изготовления металлической облицовки перспективных кумулятивных зарядов, улучшающей бронепробиваемость;
• тантал и ниобий используют для производства электролитических конденсаторов (более качественных, чем алюминиевые электролитические конденсаторы, но рассчитанных на меньшее напряжение), в частности использование танталовых конденсаторов позволило значительно миниатюризировать печатные платы смартфонов<ref>Шаблон:Cite web</ref>;
• тантал используется в последние годы в качестве ювелирного металла, в связи с его способностью образовывать на поверхности прочные плёнки оксида красивых радужных цветов;
• Бюро стандартов США и Международное бюро мер и весов Франции используют тантал вместо платины для изготовления стандартных аналитических разновесов большой точности;
• Бериллид тантала чрезвычайно твёрд и устойчив к окислению на воздухе до Шаблон:Num, применяется в авиакосмической технике;
• Карбид тантала (температура плавления Шаблон:Num, твёрдость близка к твёрдости алмаза) применяется в производстве твёрдых сплавов — смеси карбидов вольфрама и тантала (марки с индексом ТТ), для тяжелейших условий металлообработки и ударно-поворотного бурения крепчайших материалов (камень, композиты), а также наносится на сопла, форсунки ракет;
• Оксид тантала(V) используется в ядерной технике для варки стекла, поглощающего гамма-излучение. Один из наиболее широко применяемых составов такого стекла: двуокись кремния — 2 %, монооксид свинца (глёт) — 82 %, оксид бора — 14 %, пятиокись тантала — 2 %;
• В нумизматике. С 2006 года Национальный банк Казахстана выпускает памятные биметаллические монеты 100 и 500 тенге из серебра и тантала.

См. также

• Колумбит-танталит

Ссылки

• Тантал в Популярной библиотеке химических элементов

	1	2															3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1
2
3
4
5
6
7