ТАНТАЛ (по имени героя др.-греч. мифологии Тантала, осужденного на вечную неутолимую жажду; назван так из-за трудности получения его в чистом виде; лат. Tantalum) Ta хим. элемент V гр. периодической системы, ат. н. 73, ат. м. 180,9479. В природе два изотопа: стаб. 181Та (99,9877%) и радиоактивный 180Та (0,0123%, β-излучатели, Т1/2 1∙1013 лет).
Содержание Т. в земной коре 2,5∙10−4% по массе. Встречается в природе обычно вместе с Nb. Входит в состав неск. десятков минералов, представляющих собой тантало-нио-баты или титано-тантало-ниобаты. Важнейшие из них — колумбит-танталит и пирохлор.
Свойства. Т. — блестящий серебристо-серый металл; кристаллич. решетка кубическая объемноцентрированная, а = 0,3296 нм, z = 2.
Примеси H, N, С и О снижают пластичность и повышают твердость Т. Чистый Т. легко обрабатывается давлением на холоду; жаропрочен; σраст при 293 К отожженного образца высокой чистоты 280–330 МПа, неотожженного 600–1400 МПа; относит. удлинение отожженного и неотожженного образцов соотв. 20–35 и 2–20%; твердость по Бринеллю чистого отожженного образца 500 МПа. Т. не переходит в хрупкое состояние до −211 °C.
Химически Т. очень инертен. В компактном виде начинает окисляться на воздухе выше 300 °C, устойчив к действию сухих Br2 и I2 при 150 °C, взаимод. с Cl2 выше 200 °C.
На воздухе Т. покрывается тончайшей пленкой тантала оксидов. Обратимо поглощает H2 с образованием твердого раствора внедрения (до 30 ат. %Н) и гидрида состава Та2Н (тетрагон. кристаллич. решетка, а = 0,338 нм, с = 0,341 нм). Растворимость H2(мг в 100 г Т.) меняется от 417 при 17 °C до 6,66 при 1300 °C, выше 1500 °C-близка к нулевой. Макс. содержанию растворенного H2 соответствует формула ТаH 0,78.
Гидриды Т. образуются также при электролизе кислот с катодом из Т., при восстановлении Та2O5 гидридом Са; при взаимодействии TaCl5 с C6H5MgBr в атмосфере H2 получены ТаН, ТаH2 и ТаH3.
Гидрирование Т. и дегидрирование при нагр. используют для Получения мелкодисперсного Т. При взаимодействии с углем Т. дает карбиды Та2С и ТаС. В системе Та-С установлено существование трех фаз: α (твердый раствор С в Т) и с недостатком С (структуры вычитания)-β(Та2С) и γ(ТаС).
С фосфором Т. образует фосфиды ТаР и Та2Р, с As-ap-сениды TaAs и TaAs2, с Sb-антимониды Ta3Sb, Ta5Sb4, TaSb2, с S-сульфиды TaS3 и TaS2. Известно 4 устойчивых кристаллич. силицида: TaSi2 (т. пл. ок. 2200 °C, гексагон. кристаллич. решетка, а = 0,4781 ям, с = 0,6534 нм, плота. 9,14 г/см3), Ta5Si3 (т. пл. ок. 2500 °C, имеет две тетрагон. кристаллич. модификации, для низкотемпературной а = 0,6516 нм, с = 1,1872 нм), Ta2Si (т. пл. ок. 2450 °C, тетрагон. кристаллич. решетка, a = 0,6157нм, с = 0,5039 нм) и Ta9Si2 (т. пл. ок. 2500 °C, гексагон. кристаллич. решетка, a = 0,6105нм, с = 0,4918 нм). Компактный TaSi2 устойчив к окислению на воздухе до 1000 °C и выше.
Взаимод. с фтористоводородной кислотой и расплавл. щелочами, устойчив к действию др. минеральных кислот и разб. растворов щелочей. С бором Т. образует бориды ТаВ2 (т. пл. ок. 3200 °C), ТаВ (т. пл. ок. 2000 °C), а также инконгруэнтно плавящиеся Та2В, Та3В2, Та3В4.
Бесцв. сульфат Ta2(SO4)5 гидролизуется водой, при нагр. выше 100 °C разлагается с выделением SO3. Выделены также Ta2O4SO4∙3H2O и соли типа (NH4)3Та(SO4)4.
Фосфаты Т. имеют состав Та3(PO4)5 и ТаОPO4. Возможно существование гидрофосфатов, а также пирофосфата (ТаO2)4P2O7.
Соли гилотетич. танталовых кислот — танталаты получают спеканием Та2O5 с оксидами металлов. Получение. Большую часть Т. получают из пирохлоровых и танталит-колумбитовых концентратов и из шлаков оловянной плавки. Руды обогащают гравитац. методами и флотацией, а также электромагн. или радиометрич. сепарацией. Содержание Та2O5 и Nb2O5 в концентратах достигает 50%. Концентраты и шлаки перерабатывают преим. до Та2O5 иди K2[TaF7] (значительно реже до TaCl5), из которых затем получают металлические Т. Концентраты и шлаки подвергают выщелачиванию действием фтористоводородной кислоты с послед. очисткой; Nb и Та разделяют экстракцией трибутилфосфатом, циклогексаноном или метилизобутил-кетоном, реже — др. экстрагентами. Из водной фазы действием водным NH3 осаждают гидроксид Т. (который сушат и прокаливают до Та2O5) или действием KF осаждают K2TaF7. Определение. Для определения Т. применяют те же методы, что и для ниобия. Главная трудность-сходство хим. свойств Nb и Та, проявление эффекта "потери индивидуальности" Т. в присутствии Nb и Ti. Для разделения этих элементов применяют осаждение Т. из растворов таннином, экстракцию, напр. кетонами из растворов в смеси кислот HCl-HF, купфероном и др., хроматографич. методы. Количественно Т. определяют колориметрически (с использованием пирогаллола и др.), гравиметрически, люминесцентным, рентгеноспект-ральными, флуоресцентными, спектральными и нейтронно-активационным методами. Применение. Ок. 35–45% производимого Т. используют в виде порошка для электролитич. конденсаторов и при производстве деталей электронных приборов, ок. 20–25% — в виде карбидов (ТаС входит в состав некоторых твердых сплавов; см. тантала сплавы), ок. 15–20% — в виде проката, а также присадок к сплавам (напр., добавка Т. в нержавеющие стали повышает их коррозионную устойчивость), ок. 3–6% — в виде оксидов для ферросплавов. Из Т. изготовляют аноды, сетки, катоды и др. детали электронных ламп, его применяют в качестве геттера. В хим. промышленности Т. служит материалом теплообменников, нагревателей, зондов для измерения температуры, кислотоупорной облицовки аппаратов. Из Т. изготовляют тигли для вакуумного напыления и плавки металлов, фторидов и оксидов. Т. — уникальный биосовместимый материал, в медицине его используют для костного протезирования. Нитрид TaN применяют в виде устойчивых к истиранию покрытий, ТаSi2 — при изготовлений структур металл-оксид-полупроводник, защитных и нротивоотражательных покрытий.
Т. открыт в 1802 А. Экебергом. В виде пластичного металла впервые получен в 1905 В. Болтоном.
Лит.: Константинов В. И., Электролитическое получение тантала, ниобия и их сплавов, М., 1977; West wood W. D., Waterhouse N., Wi Icox P. S, Tantalum thin films, L∙, 1975.
Некоторые файлы и информация, находящиеся на данном сайте, были найдены в сети ИНТЕРНЕТ, как свободно распространяемые, присланы пользователями сайта или найдены в альтернативных источниках, также использованы собственные материалы. Автор сайта не претендует на авторство ВСЕХ материалов. Если Вы являетесь правообладателем той или иной продукции или информации, и условия, на которых она представлена на данном ресурсе, не соответствуют действительности, просьба немедленно сообщить с целью устранения правонарушения.
Категории раздела
Вход
Поиск
Друзья сайта
Наш опрос
Статистика
