ХимЛаб - сайт о химии

СhemistLab.ru

Главная | Химический справочник | Регистрация | Вход
Суббота
03.12.2016
03:19
Гостевая книга
Информация о сайте
Приветствую Вас Гость | RSS
Главная » Статьи » Т

ТАНТАЛ

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. периодич. системы, ат. н. 73, ат. м. 180,9479. В природе два изотопа: стаб. 181Та (99,9877%) и радиоактивный 180Та (0,0123%, b-излучатели,Т1/2 1·1013 лет). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 2,13·10-27 м2. Конфигурация внеш. электронных оболочек атома 5s25р65d36s2; степень окисления +5, значительно реже + 4, +3 и +2; энергии ионизации Та: Та+ : Та2+ соотв. 7,89 и 16,2 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,5; атомный радиус 0,146 нм, ионные радиусы, нм (в скобках указаны координац. числа): Та3+ 0,086(6), Та4+ 0,082(6), Та5+ 0,078 (6), 0,083 (7), 0,088(8).

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 (см. Ниобии), микролит-разновидность пирохлора с содержанием 55-74% Та2О5. Т. содержится также в касситерите (см. Олово), при переработке к-рого Т. переходит в шлаки восстановит. плавки (11-15%, иногда до 30% Та2О5). Месторождения Т. имеются в Нигерии, Канаде, Бразилии, СНГ, Австралии, Заире, Малайзии, Мозамбике и Таиланде. Общие мировые запасы Т. в 1980 оценивались в 254 тыс. т, в пром. месторождениях-ок. 65, 3 тыс. т.

Свойства. Т.-блестящий серебристо-серый металл; кри-сталлич. решетка кубическая объемноцентрированная, а = 0,3296 нм, z = 2, пространств. группа 3т. Т. пл. 3014°С, т. кип. ок. 5500°С; плотн. 16,60 г/см3 (20°С);  25,39 Дж/(моль · К); DHпл 34,8 кДж/моль (3287 К),  787 кДж/моль (298 К), 751 кДж/моль (5773 К); 41,6 Дж/(моль·К); т-ра перехода в сверхпроводящее состояние 4,45 К; ур-ние температурной зависимости давления пара: lgp(Па) = 13,98-41600/T-lgT (2200-3263 К); температурный коэф. линейного расширения 6,5·10-6 К-1 (293--393 К) и 8,0·10-6 K-1 (293-1773 К); теплопроводность 54,43 Вт/(м·К) при 293 К; rl,32·10-7(0°C) и 8,7· 10-7Ом·м (2000°С), температурный коэф. r 3,82·10-3 К-1 (0-100°С). Т. парамагнитен, уд. магн. восприимчивость +9,49·10-7 (18°С). Имеет очень малую величину работы выхода электронов (6,60·10-19 Дж).

Примеси H, N, С и О снижают пластичность и повышают твердость Т. Чистый Т. легко обрабатывается давлением на холоду; жаропрочен; sраст 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°С.

Химически Т. очень инертен. В компактном виде начинает окисляться на воздухе выше 300 °С, устойчив к действию сухих Вr2 и I2 при 150°С, взаимод. с Сl2 выше 200 °С (см. Тантала галогениды), с Н2-выше 250 °С (интенсивно-при 300 °С), с Р2-выше 250 °С, с С и углеводородами-при 800-1100 °С. Ниже 150°С не раств. в царской водке, при обычной т-ре-в соляной, фосфорной и серной к-тах, не реагирует с большинством др. к-т, водным NH3, водными р-рами солей, орг. в-вами. Не взаимод. с разб. р-рами щелочей, но медленно раств. в их конц. горячих р-рах. Устойчив к большинству расплавл. металлов (Li, Na, К, Си, Cd, Hg, Sn, Pb, Bi), но корродирует в расплавл. Fe, Ni и Со. Раств. во фтористоводородной к-те, ее смесях с HNO3, в горячих конц. H2SO4 и Н3РО4, в расплавл. щелочах и NH4HF2.

На воздухе Т. покрывается тончайшей пленкой тантала оксидовОбратимо поглощает Н2 с образованием твердого р-ра внедрения (до 30 ат. %Н) и гидрида состава Та2Н (тетрагон. кристаллич. решетка, а = 0,338 нм, с = 0,341 нм). Р-римость Н2(мг в 100 г Т.) меняется от 417 при 17 °С до 6,66 при 1300°С, выше 1500 °С-близка к нулевой. Макс. содержанию растворенного Н2 соответствует ф-ла ТаН0,78. Гидриды Т. образуются также при электролизе к-т с катодом из Т., при восстановлении Та2О5 гидридом Са; при взаимод. ТаСl5 с C6H5MgBr в атмосфере Н2 получены ТаН, ТаНи ТаН3. Гидрирование Т. и дегидрирование при нагр. используют для Получения мелкодисперсного Т.

При взаимод. с углем Т. дает карбиды Та2С и ТаС. В системе Та-С установлено существование трех фаз: a (твердый р-р С в Т) и с недостатком С (структуры вычитания)-b(Та2С) и g(ТаС). При 150°С Т. растворяет 0,02% по массе С; при содержании С в Та до 2,46% присутствуют a- и b-фазы, при содержании 2,46-3,21%-Та2С (ТаС0,38 - 0,50), в области концентраций С 3,21-3,71% -b- и g-фазы, в области 3,71-5,7%-ТаС (ТаС0,58_0,91). Параметры кристаллич. решетки гексагон. b-фазы изменяются в пределах: а = 0,31030-0,31044 нм, с = 0,49367-0,49430 нм; кубич. гранецентрир. g-фазы-в пределах 0,44206-0,44564 нм. Для Та2С: плотн. 15,22 г/см3; - 208,7 кДж/моль;  81,7 ДжДмоль-К). Золотисто-желтый монокарбид ТаС имеет т. пл. ок. 3800 °С; плота. 14,4 г/см3; 36,8 Дж/(моль · К);  - 142 кДж/моль; 42,4 Дж/(моль · К); весьма устойчив к хим. реагентам; на воздухе ниже 1000°С не окисляется; раств. только в смеси HF-HNO3; при нагр. реагирует с N2 и NH3, образуя нитриды.

В системе Ta-N существуют 4 фазы (нитриды): b(TaN0,05), g(TaN0,40_0,45), d(TaN0,8_0,9) и e (TaN). b-Фаза имеет кубич. кристаллич. решетку (а = 0,3369 нм;, остальные-гексагональную с параметрами: для g-фазы а = 0,3041-0.3048 нм, с = 0,4907-0,4918 нм; для d-фазы а = 0,2925-0,2938 нм, с = 0,2876-0,2883 нм; для e-фазы а = 0,518 нм, с = 0,2908 нм. При нагр. до 2800-3000 °С нитриды Т. теряют азот, превращаясь в a-фазу (р-р азота в Т.). Нитриды Т. очень устойчивы к действию разл. хим. в-в. TaN голубовато-серого или черного цвета; плотн. 14,36 г/см3;42,7 ДжДмоль · К); DН - 252,7 кДж/моль; S 41,9 Дж/(моль·К). Нитриды TaN и Ta2N образуют твердые р-ры соотв. с ТаС и Та2С. Описана фаза Ta3N(красного цвета), образующаяся при взаимод. Та2О5 с NHпри 860-920 °С в присут. Ti. Она кристаллизуется в тетрагон. сингонии (а = 1,02265 им, с = 0,3898 нм, = 4); плотн. 9,85 г/см3. При высоком давлении N2 получают Ta5N6.

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°С, гексагон. кристаллич. решетка, а = 0,4781 ям, с = 0,6534 нм, плота. 9,14 г/см3), Ta5Si3 (т. пл. ок. 2500 °С, имеет две тетрагон. кристаллич. модификации, для низкотемпературной а = 0,6516 нм, с = 1,1872 нм), Ta2Si (т. пл. ок. 2450 °С, тетрагон. кристаллич. решетка, a = 0,6157нм, с = 0,5039 нм) и Ta9Si2 (т. пл. ок. 2500 °С, гексагон. кристаллич. решетка, a = 0,6105нм, с = 0,4918 нм). Компактный TaSi2 устойчив к окислению на воздухе до 1000 °С и выше. Взаимод. с фтористоводородной к-той и расплавл. щелочами, устойчив к действию др. минеральных к-т и разб. р-ров щелочей.

С бором Т. образует бориды ТаВ2 (т. пл. ок. 3200°С), ТаВ (т. пл. ок. 2000 °С), а также инконгруэнтно плавящиеся Та2В, Та3В2, Та3В4.

Бесцв. сульфат Ta2(SO4)5 гидролизуется водой, при нагр. выше 100°С разлагается с выделением SO3. Выделены также Ta2O4SO4·3H2O и соли типа (NH4)3Та(SO4)4. Фосфаты Т. имеют состав Та3(РО4)5 и ТаОРО4. Возможно существование гидрофосфатов, а также пирофосфата (ТаО2)4Р2О7. Соли гилотетич. танталовых к-т- танталаты получают спеканием Та2О5 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 Та2О5 и Nb2O5 в концентратах достигает 50%. Концентраты и шлаки перерабатывают преим. до Та2О5 иди K2[TaF7] (значительно реже до ТаС15), из к-рых затем получают металлические Т. Концентраты и шлаки подвергают выщелачиванию действием фтористоводородной к-ты 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. (к-рый сушат и прокаливают до Та2О5) или действием KF осаждают K2TaF7.

По хлоридному способу концентрат смешивают с углем или коксом, брикетируют и хлорируют брикеты в шахтной печи при 700-800 °С или фторируют непосредственно смесь мелкоизмелъченных концентрата и кокса в солевом хлорид-ном расплаве, содержащем NaCl и КС1. Далее конденсируют образовавшиеся летучие пентахлориды Nb и Та, разделяют и очищают ректификацией. Оксид Та2О5 получают гидролизом ТаС15 с послед. прокаливанием осадка гидрок-сида Т. Иногда хлорированию подвергают феррониобий или отходы металла.

По сульфатному способу концентраты обрабатывают конц. H2SO4 или ее смесью с (NH4)2SO4 при 150-300 °С, выщелачивают сульфаты водой, отделяют осадок, разделяют и очищают Та и Nb экстракцией из фторидных сред, а затем выделяют Та2О5 или K2TaF7. Разрабатывают способы экстракционного разделения Та и Nb непосредственно из сульфатных р-ров.

Металлические Т. получают натриетермич. восстановлением K2TaF7 или электролитич. восстановлением из расплава K2TaF7-Ta2O5-KF-KCl. После отмывки полученного порошка Т. от примесей его брикетируют, спекают в штабики, к-рые переплавляют в вакууме в электродуговых и электроннолучевых печах.

Металлические Т. можно получить восстановлением Та2О5-карботермически, алюмотермически или нагреванием в смеси с ТаС в вакууме при 2700 °С.

Описаны спосрбы переработки концентратов Т. с использованием жидких или газообразных фторирующих реагентов.

Мировое произ-во (в развитых странах) Т. в виде металла и сплавов ок. 700 т (1985); в т.ч. 2/3 из шлаков оловянной плавки.

Определение. Для определения Т. применяют те же методы, что и для ниобия. Главная трудность-сходство хим. св-в Nb и Та, проявление эффекта "потери индивидуальности" Т. в присут. Nb и Ti. Для разделения этих элементов применяют осаждение Т. из р-ров таннином, экстракцию, напр. кетонами из р-ров в смеси к-т HCl-HF, купфероном и др., хроматографич. методы. Количественно Т. определяют колориметрически (с использованием пирогаллола и др.), гравиметрически, люминесцентным, рентгеноспект-ральными, флуоресцентными, спектральными и нейтрон-но-активационным методами.

Применение. Ок. 35-45% производимого Т. используют в виде порошка для электролитич. конденсаторов и при произ-ве деталей электронных приборов, ок. 20-25%-в виде карбидов (ТаС входит в состав нек-рых 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. пром-сти Т. служит материалом теплообменников, нагревателей, зондов для измерения т-ры, 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 изготовлении структур металл-оксид-полупроводник, защитных и противоотражательных 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. См. также лит. при ст. Ниобий.

Э. Г. Раков, М. В. Мелкумянц.

 

Категория: Т | Добавил: FilIgor (16.10.2015)
Просмотров: 111
Таблица Менделеева
Форма входа

Категории раздела
А [58]Б [51]
В [40]Г [48]
Д [40]Е [2]
Ж [11]З [24]
И [23]К [70]
Л [39]М [56]
Н [55]О [26]
П [66]Р [56]
С [97]Т [50]
У [14]Ф [32]
Х [19]Ц [59]
Ч [8]Ш [20]
Щ [7]Э [33]
Ю [1]Я [11]
Поиск
Типовые задачи

Типовые задачи и решения по общей и неорганической химии

Типовые задачи и решения по физико-химическим методам анализа

Типовые задачи и решения по электрохимии

Типовые задачи и решения по комплексным соединениям

Типовые задачи и решения по физической химии

Облако тегов
Посетители

Онлайн всего: 2
Гостей: 2
Пользователей: 0
Поделиться
lascheggia © 2012-2016
Бесплатный хостинг uCoz