Просмотр кода страницы Тантал (элемент)

{{Другие значения|Тантал}}
{{Карточка химического элемента
| имя = Танта́л/ Tantalum (Ta)
| символ = Ta
| номер = 73
| вверху                   = [[Ниобий|Nb]]
| внизу                    = [[Дубний|Db]]
| изображение = Tantalum single crystal and 1cm3 cube.jpg
| подпись = Образец кристаллического тантала
| внешний вид =
| атомная масса = 180,94788(2)<ref name="iupac atomic weights">{{статья|автор=Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu.|заглавие=Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report)|ссылка=http://iupac.org/publications/pac/85/5/1047/|язык=en|издание=[[Pure and Applied Chemistry]]|год=2013|том=85|номер=5|страницы=1047—1078|doi=10.1351/PAC-REP-13-03-02|archive-date=2014-02-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20140205213140/http://www.iupac.org/publications/pac/85/5/1047/}}</ref>
| радиус атома = 149
| энергия ионизации 1 = 760,1 (7,88)
| группа = 5 (устар. 5)
| период = 6
| блок = <br>[[d-элементы|d-элемент]]
| конфигурация = [Xe] 6s<sup>2</sup>4f<sup>14</sup>5d<sup>3</sup>.
| ковалентный радиус = 134
| радиус иона = (+5e) 68
| электроотрицательность = 1,5
| электродный потенциал = −1,12<ref name=chem21>{{cite web |url=https://chem21.info/page/011168062249006216022190183179064138034157214252/ |title=Тугоплавкие и легирующие элементы |publisher=chem21 |lang=ru |access-date=2019-29-01}}</ref>
| степени окисления = +5
| плотность = 16,65<ref name=webelements>{{cite web|url=http://www.webelements.com/tantalum/|title=Tantalum: physical properties|publisher=WebElements|lang=en|access-date=2013-08-17|archive-date=2010-01-02|archive-url=https://web.archive.org/web/20100102005026/http://webelements.com/tantalum/|url-status=live}}</ref>
| теплоёмкость = 25,39<ref name="ХЭ">{{книга
 |ответственный  = Редкол.: Н. С. Зефиров (гл. ред.)
 |часть          =
 |заглавие       =Химическая энциклопедия: в 5&nbsp;т
 |оригинал       =
 |издание        =
 |место          = М.
 |издательство   = Советская энциклопедия
 |год            = 1995
 |том            = 4
 |страницы       = 494
 |страниц        = 639
 |серия          =
 |isbn           = 5—85270—039—8
 |тираж          = 20000
}}
</ref>
| теплопроводность = 57,5
| температура плавления = 3290 [[Кельвин|K]] (3017 °C)<ref name=webelements/>
| теплота плавления = 24,7
| температура кипения =  5731 [[Кельвин|K]] (5458 °C)<ref name=webelements/>
| теплота испарения = 758
| молярный объём = 10,9
| структура решётки = Кубическая<br>объёмноцентрированая
| параметры решётки = 3,310
| отношение c/a =
| температура Дебая = 225,0
| спектр=Tantalum spectrum visible.png
|электронная оболочка=2, 8, 18, 32, 11, 2}}
{{Элемент периодической системы|number=73}}
'''Танта́л''' ([[Химические знаки|химический символ]] — '''Ta''', от {{lang-la|'''Ta'''ntalum}}) — [[химический элемент]] [[5 группа элементов|5-й группы]] (по [[Короткая форма периодической системы элементов|устаревшей классификации]] — побочной подгруппы пятой группы, VB) [[Шестой период периодической системы|шестого периода]] [[Периодическая система химических элементов|периодической системы химических элементов]] [[Менделеев, Дмитрий Иванович|Д. И. Менделеева]], с [[атомный номер|атомным номером]] 73.

При [[Стандартные условия|стандартных условиях]] '''тантал''' — это блестящий [[Переходные металлы|переходный]] [[металл]]<ref name="ХЭ"/> серебристо-белого цвета (со слабым [[Свинец|свинцовым]] (синеватым) оттенком вследствие образования плотной [[Оксиды|оксидной]] плёнки).{{clearleft}}

== История ==
Тантал открыт в 1802 году шведским химиком [[Экеберг, Андерс Густав|А. Г. Экебергом]] в двух минералах, найденных в [[Финляндия|Финляндии]] и [[Швеция|Швеции]]. Однако в чистом виде выделить его не удалось. Из-за трудностей получения в металлическом виде этот элемент был назван по имени героя [[Древнегреческая мифология|древнегреческой мифологии]] — царя [[Тантал (мифология)|Тантала]]<ref name=":0">{{Статья |ссылка=https://moluch.ru/archive/308/69510 |автор=Ларионов Роман Евгеньевич, Масленников Олег Олегович |заглавие=Исследование по усовершенствованию технологии производства слитков тантала методом вакуумно-дуговой плавки |год=2020-05-02 |язык=ru |издание=Молодой учёный |том=308 |выпуск=18 |страницы=32–35 |issn=2072-0297}}</ref>.

В последующем тантал и «колумбий» ([[ниобий]]) считали тождественными. Лишь в 1844 году немецкий химик [[Розе, Генрих|Генрих Розе]] доказал, что минерал [[колумбит-танталит]] содержит два различных элемента — ниобий и тантал<ref>{{статья|ссылка=https://sites.itservices.cas.unt.edu/~jimm/REDISCOVERY%206-10-2021/Hexagon%20Articles/niobium%20and%20tantalum.pdf |заглавие=Rediscovery of the Elements: Niobium and Tantalum |автор=Marshall J. L., and Marshall V. R. |издание=The Hexagon |язык=en |год=2013 |том=104 |номер=3 |issn=0164-6109 |страницы=46—51}}</ref>.

[[Пластичность (физика)|Пластичный]] металлический тантал впервые получен немецким учёным {{iw|Болтон, Вернер фон|В. Болтоном||Werner von Bolton}} в 1903 году<ref name=":0"/>.

Первый промышленный [[wikt:штабик|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, [[Содержание элементов в земной коре|в земной коре на его долю]] приходится 0,0002 %. Известно около {{num|20|собственных}} [[минерал]]ов тантала — серия [[колумбит-танталит]], [[воджинит]], [[лопарит]], [[манганотанталит]] и другие, а также более {{num|60|минералов}}, содержащих тантал. Все они связаны с эндогенным [[минералообразование]]м. В минералах тантал всегда находится совместно с [[Ниобий|ниобием]] вследствие сходства их физических и химических свойств. Тантал — типично рассеянный элемент, так как изоморфен со многими химическими элементами. Месторождения тантала привязаны к гранитным [[пегматит]]ам, [[Сибирские траппы|карбонатитам]] и щелочным расслоённым [[интрузия]]м.

=== Месторождения ===
Самые крупные месторождения танталовых руд находятся во [[Франция|Франции]], [[Египет|Египте]], [[Таиланд]]е<ref name="ХЭ"/>, [[Китайская Народная Республика|Китае]]. Месторождения танталовых руд имеются также в [[Мозамбик]]е, [[Австралия|Австралии]], [[Нигерия|Нигерии]], [[Канада|Канаде]], [[Бразилия|Бразилии]], [[Содружество Независимых Государств|СНГ]], [[Демократическая Республика Конго|ДРК]], [[Малайзия|Малайзии]]<ref name="ХЭ"/>. В [[Россия|России]] имеются танталовые месторождения в [[Мурманская область|Мурманской области]], [[Восточная Сибирь|Восточной Сибири]], [[Забайкалье]] и [[Якутия|Якутии]]<ref name=rareearth>{{cite web
|url=http://rareearth.ru/ru/pub/20130223/01539.html
|title=Великолепная восьмерка
|publisher=[[Редкие земли (журнал)|Редкие земли]]
|access-date=2020-07-05
|archive-date=2020-02-25
|archive-url=https://web.archive.org/web/20200225114227/http://rareearth.ru/ru/pub/20130223/01539.html
|url-status=live
}}</ref>.

Крупнейшее мировое месторождение танталовых руд, [[Гринбушес (месторождение)|Гринбушес]], расположено в [[Австралия|Австралии]] в штате [[Западная Австралия]] в {{num|250|км}} к югу от [[Перт (Австралия)|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: 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>6</sup>3s<sup>2</sup>3p<sup>6</sup>4s<sup>2</sup>3d<sup>10</sup>4p<sup>6</sup>5s<sup>2</sup>4d<sup>10</sup>5p<sup>6</sup>6s<sup>2</sup>4f<sup>14</sup>5d<sup>3</sup>.

Тантал обладает высокой [[Температура плавления|температурой плавления]] — {{num|3290|[[Кельвин|K]]}} ({{num|3017|°C}}); [[Кипение|кипит]] при {{num|5731|[[Кельвин|K]]}} ({{num|5458|°C}})<ref name="webelements"/>. Плотность тантала — {{num|16.65|г/см<sup>3</sup>}}<ref name="webelements"/>. Несмотря на высокую температуру плавления, тантал [[Пластичность (физика)|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>{{Книга |автор=Г. Н. Фадеев |заглавие=Пятая вертикаль |ответственный= |год=1985 |издание= |место=Москва |издательство=Просвещение |страницы=173 |страниц=191 |isbn=}}</ref>. Тантал является отличным [[Геттер (газопоглотитель)|геттером]] (газопоглотителем), при {{num|800|°C}} он способен поглотить {{num|740|объёмов}} газа. [[Кристаллическая решётка]] — кубическая, объёмноцентрированная<ref name="ХЭ"/>. Обладает [[Парамагнетики|парамагнитными]] свойствами<ref name="ХЭ"/>.

При температуре ниже {{num|4.45|К}} переходит в [[Сверхпроводимость|сверхпроводящее]] состояние<ref name="ХЭ"/>.

=== Изотопы ===
{{main|Изотопы тантала}}
Известны изотопы тантала с [[Массовое число|массовыми числами]] от 155 до 190<ref name="БРЭ"/> (количество [[протон]]ов — 73, [[нейтрон]]ов — от 82 до 117), и более 30 [[Изомерия атомных ядер|ядерных изомеров]].

Природный тантал состоит из смеси стабильного изотопа и стабильного изомера: <sup>181</sup>Та (99,988 %) и <sup>180m</sup>Та (0,012 %)<ref name="БРЭ"/>. Последний является чрезвычайно стабильным [[Изомерия атомных ядер|изомером]] (возбуждённым состоянием) изотопа <sup>180</sup>Та, период полураспада которого всего чуть более {{num|8|часов}}<ref>{{Справочник:Nubase2003}}</ref>.

== Химические свойства ==
При нормальных условиях тантал малоактивен, на воздухе окисляется лишь при температуре свыше {{num|280|°C}}, покрываясь оксидной плёнкой [[Оксид тантала(V)|Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>]]; с [[галогены|галогенами]] реагирует при температуре свыше {{num|250|°C}}. При нагревании реагирует с [[углерод|С]], [[Бор (элемент)|В]], [[кремний|Si]], [[фосфор|P]], [[селен|Se]], [[теллур|Те]], [[вода|Н<sub>2</sub>О]], [[оксид углерода (II)|СО]], [[диоксид углерода|СО<sub>2</sub>]], [[оксид азота (II)|NO]], [[хлороводород|HCl]], [[сероводород|H<sub>2</sub>S]].

Химически чистый тантал исключительно устойчив к действию жидких [[щелочные металлы|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 [[Плавиковая кислота|плавиковой]] и [[Азотная кислота|азотной]] кислот; его не растворяет даже [[царская водка]]. Реакция с плавиковой кислотой идёт только с пылью металла и сопровождается [[взрыв]]ом. Очень устойчив к воздействию серной кислоты любой концентрации и температуры (при {{num|200|°C}} металл корродирует в кислоте лишь на {{num|0.006|миллиметра}} в год)<ref>{{книга |автор={{nobr|Венецкий С. И.}} |часть=Рождённый в муках |заглавие=Рассказы о металлах |место=М. |издательство=Металлургия |год=1979 |страницы=167 |страниц=240 |тираж=60000}}</ref>, устойчив в обескислороженных расплавленных щелочных металлах и их перегретых пара́х (литий, натрий, калий, рубидий, цезий).

== Токсикология ==
[[ПДК]] {{num|5|мг/м³}}.

== Распространённость ==
Среднее содержание тантала (по массе):
* в земной коре 2,5{{e|−4}} %<ref name="ХЭ"/>
* в ультраосновных породах 1{{e|−6}} %
* в основных породах 4,8{{e|−5}} %
* в кислых породах 3,5{{e|−4}} %
* в полукислых породах 7{{e|−4}} %

== Получение ==
Основным сырьём для производства тантала и его сплавов служат танталитовые и лопаритовые концентраты, содержащие около 8 % Та<sub>2</sub>О<sub>5</sub>, а также 60 % и более Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>. Концентраты разлагают кислотами или щелочами, лопаритовые — хлорируют. Разделение Та и Nb производят с помощью [[экстракция|экстракции]]. Металлический тантал обычно получают восстановлением Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> [[углерод]]ом, либо электрохимически из расплавов. Компактный металл производят вакуумно-дуговой, плазменной плавкой или методом [[порошковая металлургия|порошковой металлургии]].

Для получения {{num|1|тонны}} танталового концентрата необходимо переработать до {{num|3000|тонн}} руды. К началу 2000-х годов объём производства в мире приближался к 1400 т в год, однако позже существенно снизился<ref name="БРЭ">{{БРЭ |статья=Тантал |id=4182203 |автор=Раков Э. Г. |том=31 |страницы=658}}</ref>.

В России первый слиток металлического тантала массой 8 кг был получен в марте 2024 года на [[Екатеринбургский завод по обработке цветных металлов|Екатеринбургском заводе по обработке цветных металлов]] из рудного концентрата, полученного на [[Ловозерское месторождение|Ловозерском горно-обогатительном комбинате]] из [[лопарит|лопаритовой руды]], а затем переработанного на [[Соликамский магниевый завод|Соликамском магниевом заводе]] (оба этих предприятия входят в концерн [[Росатом]])<ref>{{cite web|author=|author-link=|coauthors=|url=https://mashnews.ru/solikamskij-magnievyij-zavod-proizvel-pervyij-metallicheskij-tantal.html|title=«Соликамский магниевый завод» произвел первый металлический тантал|subtitle=|lang=|format=|website=MASHNEWS.RU|publisher=|date=2024-03-18|description=|quote=|doi=|access-date=2024-03-23|url-status=live|archive-url=https://web.archive.org/web/20240401180117/https://mashnews.ru/solikamskij-magnievyij-zavod-proizvel-pervyij-metallicheskij-tantal.html|archive-date=2024-04-01}}</ref><ref>{{cite web |author= |author-link= |coauthors= |url=https://www.kommersant.ru/doc/6578991 |title=СМЗ и завод в Екатеринбурге осваивают производство металлического тантала |subtitle= |lang= |format= |website=Коммерсантъ |publisher= |date=2024-03-18 |description= |quote= |doi= |access-date=2024-03-23 |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20240319150928/https://www.kommersant.ru/doc/6578991 |archive-date=2024-03-19 }}</ref>.

== Стоимость ==
Стоимость тантала — около {{num|218|[[Доллар США|долл.]]}} за {{num|1|кг}} (сентябрь 2019 г.)<ref>{{cite web|url=http://www.infogeo.ru/metalls/worldprice/?vid=29|title=Тантал, USD/кг цена на мировом рынке|publisher=Infogeo.ru|access-date=2013-08-17|archive-url=https://web.archive.org/web/20130904181131/http://www.infogeo.ru/metalls/worldprice/?vid=29|archive-date=2013-09-04|url-status=live}}</ref>. Особо чистый тантал (от 99,985 %) имеет цену порядка {{num|3585|долл.}} за {{num|1|кг}}<ref>{{cite web|url=http://www.chemicool.com/elements/tantalum.html|title=Tantalum Element Facts|publisher=Chemicool.com|lang=en|access-date=2013-08-17|archive-date=2013-08-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20130807193114/http://www.chemicool.com/elements/tantalum.html|url-status=live}}</ref>.

== Применение ==
{{нет источников в разделе|дата=2019-06-29}}
Первоначально использовался для изготовления проволоки для ламп накаливания. Сегодня из тантала и его сплавов изготовляют:
* жаропрочные и коррозионностойкие сплавы;
* изготовление [[Катод прямого накала|прямонакальных катодов]] для некоторых установок, наряду с [[вольфрам]]ом и [[Рений|рением]];
* изготовление анодных мишеней для [[Рентгеновская трубка|рентгеновских трубок]];
* коррозионно-устойчивую аппаратуру для химической промышленности, [[Фильерная пластина|фильерные пластины]], лабораторную посуду и [[тигель|тигли]] для получения, плавки, и литья редкоземельных элементов, а также [[Иттрий|иттрия]] и [[Скандий|скандия]];
* теплообменники для ядерно-энергетических систем (тантал наиболее из всех металлов устойчив в перегретых расплавах и парах [[Цезий|цезия]]);
* в [[Хирургия|хирургии]] листы, [[Фольга|фольгу]] и проволоку из тантала используют для скрепления тканей, нервов, наложения швов, изготовления протезов, заменяющих повреждённые части костей (ввиду биологической совместимости), изготовления [[Ортопедический электрет|ортопедических электретов]]<ref>{{публикация|статья|заглавие=Влияние электрического поля электрета на основе анодного оксида тантала на дифференцировочные свойства стромальных клеток костного мозга больного остеоартрозом|ссылка=https://elibrary.ru/item.asp?id=36712420|год=2018|автор=Александрова С. А., Александрова О. И., Хомутов В. П., Моргунов М. С., Блинова М. И.|издание=Цитология|номер=60(12)|страницы=987—995}}</ref>;
* танталовая проволока используется в [[криотрон]]ах — 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 [[Электролитический конденсатор|электролитических конденсаторов]] (более качественных, чем алюминиевые электролитические конденсаторы, но рассчитанных на меньшее напряжение), в частности использование [[Танталовый конденсатор|танталовых конденсаторов]] позволило значительно миниатюризировать печатные платы смартфонов<ref>{{Cite web|url=https://www.edn.com/tantalum-capacitor-benefits-and-recent-advances-product-how-to/|title=Tantalum capacitor benefits and recent advances: Product how-to|lang=en-US|last=EDN|website=EDN|date=2015-07-13|access-date=2025-12-27}}</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;
* [[Бериллиды|Бериллид]] тантала чрезвычайно твёрд и устойчив к окислению на воздухе до {{num|1650|°C}}, применяется в авиакосмической технике;
* [[Карбид тантала]] (температура плавления {{num|3880|°C}}, твёрдость близка к твёрдости алмаза) применяется в производстве [[твёрдые сплавы|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 Республики Казахстан|Национальный банк Казахстана]] выпускает [[Памятные монеты Казахстана|памятные]] [[Биметаллическая монета|биметаллические]] монеты [[Биметаллические памятные монеты Казахстана#Серия «Космос»|100]] и [[Биметаллические памятные монеты Казахстана#Серия «Достояние республики»|500]] тенге из серебра и тантала.

== См. также ==
* [[Колумбит-танталит]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
{{Родственные проекты
|Тема         = Тантал
|Викисловарь  = тантал
}}
* [http://n-t.ru/ri/ps/pb073.htm Тантал в Популярной библиотеке химических элементов]

{{Внешние ссылки}}
{{Периодическая система элементов}}
{{Соединения тантала}}

[[Категория:Металлы]]
[[Категория:Химические элементы]]
[[Категория:Тантал (элемент)|*]]
[[Категория:Переходные металлы]]