Тантал - Tantalum

Тантал,  73 Та
Монокристалл тантала и куб 1 см3.jpg
Тантал
Произношение / Т æ н т ə л əm / ( ТЭНов -tə-ləm )
Появление серо-синий
Стандартный атомный вес A r, std (Ta) 180.947 88 (2)
Тантал в периодической таблице
Водород Гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон
Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебряный Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон
Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Беркелиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Нихоний Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон
Nb

Ta

Db
гафнийтанталвольфрам
Атомный номер ( Z ) 73
Группа группа 5
Период период 6
Блокировать   d-блок
Электронная конфигурация [ Xe ] 4f 14 5d 3 6s 2
Электронов на оболочку 2, 8, 18, 32, 11, 2
Физические свойства
Фаза на  СТП твердый
Температура плавления 3290  К (3017 ° С, 5463 ° F)
Точка кипения 5731 К (5458 ° С, 9856 ° F)
Плотность (около  rt ) 16,69 г / см 3
в жидком состоянии (при  т. пл. ) 15 г / см 3
Теплота плавления 36,57  кДж / моль
Теплота испарения 753 кДж / моль
Молярная теплоемкость 25,36 Дж / (моль · К)
Давление газа
P  (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс.
при  T  (K) 3297 3597 3957 4395 4939 5634
Атомные свойства
Состояния окисления −3, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 ( слабокислый оксид)
Электроотрицательность Шкала Полинга: 1,5
Энергии ионизации
Радиус атома эмпирический: 146  pm
Ковалентный радиус 170 ± 8 часов вечера
Цветные линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии тантала
Прочие свойства
Естественное явление изначальный
Кристальная структура объемно-центрированной кубической (ОЦК)
Объемно-центрированная кубическая кристаллическая структура тантала

α-Ta
Кристальная структура четырехугольный
Тетрагональная кристаллическая структура тантала

β-Та
Скорость звука тонкого стержня 3400 м / с (при 20 ° C)
Тепловое расширение 6,3 мкм / (м⋅K) (при 25 ° C)
Теплопроводность 57,5 Вт / (м⋅K)
Удельное электрическое сопротивление 131 нОм⋅м (при 20 ° C)
Магнитный заказ парамагнитный
Молярная магнитная восприимчивость +154,0 × 10 −6  см 3 / моль (293 К)
Модуль для младших 186 ГПа
Модуль сдвига 69 ГПа
Объемный модуль 200 ГПа
коэффициент Пуассона 0,34
Твердость по шкале Мооса 6.5
Твердость по Виккерсу 870–1200 МПа
Твердость по Бринеллю 440–3430 МПа
Количество CAS 7440-25-7
История
Открытие Андерс Густав Экеберг (1802 г.)
Признанный в качестве отдельного элемента по Генрих Роуз (1844)
Основные изотопы тантала
Изотоп Избыток Период полураспада ( t 1/2 ) Режим распада Продукт
177 Та син 56,56 ч ε 177 Hf
178 Та син 2.36 часов ε 178 Hf
179 Та син 1,82 года ε 179 Hf
180 Та син 8.125 ч ε 180 Hf
β - 180 Вт
180 м Ta 0,012% стабильный
181 Та 99,988% стабильный
182 Та син 114,43 г β - 182 Вт
183 Та син 5,1 г β - 183 Вт
Категория Категория: Тантал
| использованная литература

Тантал - это химический элемент с символом Та и атомным номером 73. Ранее известный как тантал , он назван в честь Тантала , злодея из греческой мифологии. Тантал - это редкий, твердый, серо-голубой блестящий переходный металл , обладающий высокой коррозионной стойкостью. Он входит в группу тугоплавких металлов , которые широко используются в качестве второстепенных компонентов в сплавах.

Химическая инертность тантала делает его ценным веществом для лабораторного оборудования и заменителем платины . Его основное применение сегодня - танталовые конденсаторы в электронном оборудовании, таком как мобильные телефоны , DVD-плееры , игровые системы и компьютеры . Тантал, всегда вместе с химически подобным ниобием , встречается в минеральных группах танталит , колумбит и колтан (последний представляет собой смесь колумбита и танталита, хотя и не признается как отдельные виды минералов). Тантал считается технологически важным элементом .

История

Тантал был обнаружен в Швеции в 1802 году Андерсом Экебергом в двух образцах минералов - одном из Швеции и другом из Финляндии. Годом ранее Чарльз Хэтчетт открыл колумбий (ныне ниобий), а в 1809 году английский химик Уильям Хайд Волластон сравнил его оксид, колумбит с плотностью 5,918 г / см 3 , с оксидом тантала, танталитом с плотностью 7,935 г. / см 3 . Он пришел к выводу, что эти два оксида, несмотря на разницу в измеренной плотности, были идентичны, и сохранил название тантал. После того, как Фридрих Велер подтвердил эти результаты, было решено, что колумбий и тантал являются одним и тем же элементом. Этот вывод был оспорен в 1846 году немецким химиком Генрихом Роузом , который утверждал, что в образце танталита есть два дополнительных элемента, и назвал их в честь детей Тантала : ниобий (от Ниобы , богини слез) и пелопий ( от Пелопса ). Предполагаемый элемент «пелопий» позже был идентифицирован как смесь тантала и ниобия, и было обнаружено, что ниобий идентичен колумбию, уже обнаруженному в 1801 году Хэтчеттом.

Различия между танталом и ниобием были недвусмысленно продемонстрированы в 1864 году Кристианом Вильгельмом Бломстрандом и Анри Этьеном Сент-Клер Девиль , а также Луи Дж. Тростом , который определил эмпирические формулы некоторых из их соединений в 1865 году. швейцарский химик Жан Шарль Галиссар де Мариньяк в 1866 году доказал, что существует только два элемента. Эти открытия не мешали ученым публиковать статьи о так называемом ильмении до 1871 года. Де Мариньяк был первым, кто произвел металлическую форму тантала в 1864 году, когда он восстановил хлорид тантала, нагревая его в атмосфере водорода . Ранние исследователи были только в состоянии произвести нечистый тантал, и первый относительно чистый пластичный металл был произведен Вернером фон Болтон в Шарлоттенбург в 1903. Провода , сделанный с металлическим танталом были использованы для электрической лампочки нитей , пока вольфрам не заменил его широкое применение.

Название тантал произошло от имени мифологического Тантала , отца Ниобы в греческой мифологии . По сюжету, он был наказан после смерти, будучи приговорен к тому, чтобы стоять по колено в воде с прекрасными фруктами, растущими над его головой, и то и другое вечно мучило его. (Если он наклонился, чтобы выпить воду, она стекала ниже того уровня, которого он мог достичь, а если он потянулся за фруктом, ветви выскользнули из его хватки.) Андерс Экеберг писал: «Этот металл я называю танталом ... отчасти в аллюзии. к его неспособности при погружении в кислоту поглощать любые вещества и насыщаться ».

В течение многих десятилетий, коммерческая технология для отделения тантала от ниобия включала фракционную кристаллизацию из гептафторотанталата вдали от калия oxypentafluoroniobate моногидрата, процесс , который был обнаружен Галиссаром де Мариньяка в 1866. Этого метод был вытеснен экстракцией растворителя из фторсодержащих растворы тантала.

Характеристики

Физические свойства

Тантал темный (сине-серый), плотный, пластичный, очень твердый, легко обрабатывается и обладает высокой проводимостью тепла и электричества. Металла известна своей устойчивостью к коррозии с помощью кислот ; Фактически, при температуре ниже 150 ° C тантал почти полностью невосприимчив к атакам со стороны обычно агрессивной царской водки . Его можно растворить с помощью плавиковой кислоты или кислых растворов, содержащих фторид- ион и триоксид серы , а также с помощью раствора гидроксида калия . Высокая температура плавления тантала 3017 ° C (точка кипения 5458 ° C) среди элементов превосходит только вольфрам , рений и осмий для металлов и углерод .

Тантал существует в двух кристаллических фазах, альфа и бета. Альфа-фаза относительно пластичная и мягкая; он имеет объемно -центрированную кубическую структуру ( пространственная группа Im3m , постоянная решетки a = 0,33058 нм), твердость по Кнупу 200–400 HN и удельное электрическое сопротивление 15–60 мкОм⋅см. Бета-фаза твердая и хрупкая; его кристаллическая симметрия тетрагональная (пространственная группа P42 / mnm , a = 1,0194 нм, c = 0,5313 нм), твердость по Кнупу составляет 1000–1300 HN, а удельное электрическое сопротивление относительно высокое - 170–210 мкОм⋅см. Бета-фаза метастабильна и превращается в альфа-фазу при нагревании до 750–775 ° C. Объемный тантал почти полностью состоит из альфа-фазы, а бета-фаза обычно существует в виде тонких пленок, полученных магнетронным распылением , химическим осаждением из паровой фазы или электрохимическим осаждением из эвтектического раствора расплавленной соли.

Изотопы

Природный тантал состоит из двух изотопов : 180m Ta (0,012%) и 181 Ta (99,988%). 181 Ta - стабильный изотоп . 180m Тот ( м обозначает метастабильное состояние) предсказываются распад три способов: изомерный переход к основному состоянию из 180 Ta, бета - распада до 180 Вт , или захвата электронов до 180 Hf . Однако радиоактивность этого ядерного изомера никогда не наблюдалась, и был установлен только нижний предел его периода полураспада 2,0 × 10 16  лет. Основное состояние 180 Ta имеет период полураспада всего 8 часов. 180m Ta - единственный встречающийся в природе ядерный изомер (за исключением радиогенных и космогенных короткоживущих нуклидов). Это также самый редкий первичный изотоп во Вселенной, если принять во внимание элементарное содержание тантала и изотопное содержание 180m Ta в естественной смеси изотопов (и снова исключая радиогенные и космогенные короткоживущие нуклиды).

Тантал был теоретически исследован как « засаливающий » материал для ядерного оружия ( кобальт - наиболее известный гипотетический засолочный материал). Внешняя оболочка из 181 Ta будет облучена интенсивным потоком нейтронов высокой энергии от гипотетического взрывающегося ядерного оружия. Это преобразовало бы тантал в радиоактивный изотоп 182 Ta, который имеет период полураспада 114,4 дня и производит гамма-лучи с энергией приблизительно 1,12 миллиона электрон-вольт (МэВ) каждый, что значительно увеличивает радиоактивность ядерных осадков от взрыв в течение нескольких месяцев. Насколько известно, такое «соленое» оружие никогда не создавалось и не испытывалось, и уж точно никогда не использовалось в качестве оружия.

Тантал можно использовать в качестве материала мишени для пучков ускоренных протонов для производства различных короткоживущих изотопов, включая 8 Li, 80 Rb и 160 Yb.

Химические соединения

Тантал образует соединения со степенями окисления от -III до + V. Чаще всего встречаются оксиды Ta (V), который включает все минералы. Химические свойства Ta и Nb очень похожи. В водных средах Ta проявляет только степень окисления + V. Как и ниобий, тантал плохо растворяется в разбавленных растворах соляной , серной , азотной и фосфорной кислот из-за осаждения водного оксида Ta (V). В основных средах Та может растворяться за счет образования полиоксотанталатных соединений.

Оксиды, нитриды, карбиды, сульфиды

Пятиокись тантала (Ta 2 O 5 ) является наиболее важным соединением с точки зрения применения. Оксиды тантала в более низких степенях окисления многочисленны, включая множество дефектных структур , и мало изучены или плохо охарактеризованы.

Танталаты, соединения, содержащие [TaO 4 ] 3– или [TaO 3 ] - многочисленны. Танталат лития (LiTaO 3 ) имеет структуру перовскита. Танталат лантана (LaTaO 4 ) содержит изолированный TaO3-
4
тетраэдры.

Как и в случае других тугоплавких металлов , самые твердые известные соединения тантала - это нитриды и карбиды. Карбид тантала TaC, как и более широко используемый карбид вольфрама , представляет собой твердую керамику, которая используется в режущих инструментах. Нитрид тантала (III) используется в качестве тонкопленочного изолятора в некоторых процессах изготовления микроэлектроники.

Наиболее изученным халькогенидом является TaS 2 , слоистый полупроводник , как видно из дихалькогенидов других переходных металлов . Сплав тантал-теллур образует квазикристаллы .

Галогениды

Галогениды тантала имеют степени окисления +5, +4 и +3. Пентафторид тантала (TaF 5 ) представляет собой белое твердое вещество с температурой плавления 97,0 ° C. Анион [TaF 7 ] 2- используется для его отделения от ниобия. Хлорид TaCl
5
, который существует в виде димера, является основным реагентом при синтезе новых соединений Ta. Легко гидролизуется до оксихлорида . Низшие галогениды TaX
4
и TaX
3
, имеют связи Ta-Ta.

Танталорганические соединения

Танталорганические соединения включают пентаметилтантал , смешанные хлориды алкилтантала, гидриды алкилтантала, алкилиденовые комплексы, а также их циклопентадиенильные производные. Известны разнообразные соли и замещенные производные гексакарбонил [Ta (CO) 6 ] - и родственных изоцианидов .

Та (СН 3 ) 5 .

Вхождение

Танталит, район Пилбара , Австралия

Тантал оценки составляет около 1  млн или 2  млн из земной коры по массе . Существует множество разновидностей тантала, но лишь некоторые из них пока используются в промышленности в качестве сырья: танталит (серия, состоящая из танталита (Fe), танталита (Mn) и танталита (Mg)), микролита (в настоящее время имя группы), wodginite , эвксенит ( на самом деле euxenite- (Y)), и polycrase (фактически polycrase- (Y)). Танталит ( Fe , Mn ) Ta 2 O 6 - важнейший минерал для извлечения тантала. Танталит имеет такую ​​же минеральную структуру, что и колумбит ( Fe , Mn ) (Ta, Nb ) 2 O 6 ; когда тантала больше, чем ниобия, его называют танталитом, а когда ниобия больше, чем тантала, его называют колумбитом (или ниобитом ). Высокая плотность танталита и других танталосодержащих минералов делает использование гравитационного разделения лучшим методом. Другие минералы включают самарскит и фергусонит .

Серо-белая карта мира с Китаем, Австралией, Бразилией и Конго, окрашенными в синий цвет, что составляет менее 10% мирового производства тантала каждый, и Руандой, окрашенной в зеленый цвет, что составляет 60% мирового производства тантала.
Производители тантала в 2015 году, при этом Руанда является основным производителем

Основная добыча тантала находится в Австралии , где крупнейший производитель Global Advanced Metals , ранее известный как Talison Minerals , управляет двумя рудниками в Западной Австралии: Greenbushes на юго-западе и Wodgina в регионе Pilbara . Рудник Wodgina был вновь открыт в январе 2011 года после того, как добыча на нем была приостановлена ​​в конце 2008 года из-за мирового финансового кризиса . Менее чем через год после открытия Global Advanced Metals объявила, что из-за снова «... снижения спроса на тантал ...» и других факторов добыча тантала должна быть прекращена в конце февраля 2012 года. Wodgina производит первичный тантал. концентрат, который дополнительно модернизируется на заводе Greenbushes перед продажей покупателям. В то время как крупные производители ниобия находятся в Бразилии и Канаде , руда там также дает небольшой процент тантала. Некоторые другие страны, такие как Китай , Эфиопия и Мозамбик, добывают руды с более высоким процентным содержанием тантала и производят значительную часть его мировой добычи. Тантал также производится в Таиланде и Малайзии как побочный продукт добычи там олова . Во время гравитационного разделения руд из россыпных месторождений обнаруживается не только касситерит (SnO 2 ), но и небольшой процент танталита. Затем шлак плавильных печей содержит экономически полезные количества тантала, который выщелачивается из шлака.

Серо-белая карта мира, на которой Канада, Бразилия и Мозамбик окрашены в синий цвет, каждая из которых представляет менее 20% мирового производства тантала, и Австралия, окрашенная в зеленый цвет, представляет собой 60% мирового производства тантала.
Производители тантала в 2006 году, при этом Австралия была основным производителем.

Мировое производство тантала претерпело важный географический сдвиг с начала 21 века, когда добыча велась преимущественно в Австралии и Бразилии. Начиная с 2007 года по 2014 год, основные источники добычи тантала на рудниках резко переместились в ДРК, Руанду и некоторые другие африканские страны. Будущие источники поставок тантала в порядке их предполагаемых размеров исследуются в Саудовской Аравии , Египте , Гренландии , Китае , Мозамбике , Канаде , Австралии , США , Финляндии и Бразилии .

По оценкам, запасам тантала осталось менее 50 лет, исходя из добычи при текущих темпах, что свидетельствует о необходимости увеличения рециркуляции .

Статус как конфликтный ресурс

Тантал считается конфликтным ресурсом . Колтано , промышленное название для колумбита - танталит минерала , из которого ниобий и тантал извлекаются, также может быть найдено в Центральной Африке , поэтому тантал быть связан с войной в Демократической Республике Конго (бывший Заир ). Согласно докладу Организации Объединенных Наций от 23 октября 2003 года , контрабанда и экспорт колтана способствовали разжиганию войны в Конго, кризиса, в результате которого с 1998 года погибло около 5,4 миллиона человек, что делает его самым смертоносным документированным конфликтом в мире со времен Второй мировой войны. . Были подняты этические вопросы об ответственном корпоративном поведении, правах человека и угрозе дикой природе из-за эксплуатации таких ресурсов, как колтан, в регионах вооруженных конфликтов в бассейне Конго . Геологическая служба США сообщает в своем ежегоднике , что этот регион произвел чуть менее 1% от объема производства тантала в мире в 2002-2006 год, достигнув 10% в 2000 и 2008 USGS данные , опубликованном в январе 2021 года показал , что около 40% мировой добычи тантала приходится на Демократическую Республику Конго, еще 18% - на соседние Руанда и Бурунди .

Заявленная цель проекта « Решения для надежды на тантал» - «добывать бесконфликтный тантал из Демократической Республики Конго».

Производство и изготовление

Тенденция производства тантала до 2012 г.

Извлечение тантала из танталита осуществляется в несколько этапов. Сначала минерал дробится и концентрируется гравитационной сепарацией . Обычно это выполняется рядом с рудником .

Рафинирование

Очистка тантала из его руд - один из наиболее сложных процессов разделения в промышленной металлургии. Основная проблема заключается в том, что танталовые руды содержат значительные количества ниобия , который по химическим свойствам почти идентичен свойствам Та. Для решения этой проблемы было разработано большое количество процедур.

В наше время разделение достигается гидрометаллургией . Добыча начинается с выщелачивания руды плавиковой кислотой вместе с серной или соляной кислотой . Этот этап позволяет отделить тантал и ниобий от различных неметаллических примесей в породе. Хотя Ta встречается в виде различных минералов, его удобно представить как пятиокись, поскольку большинство оксидов тантала (V) в этих условиях ведут себя аналогичным образом. Таким образом, упрощенное уравнение для его извлечения:

Ta 2 O 5 + 14 HF → 2 H 2 [TaF 7 ] + 5 H 2 O

Совершенно аналогичные реакции происходят с ниобиевым компонентом, но в условиях экстракции обычно преобладает гексафторид.

Nb 2 O 5 + 12 HF → 2 H [NbF 6 ] + 5 H 2 O

Эти уравнения упрощены: предполагается, что бисульфат (HSO 4 - ) и хлорид конкурируют в качестве лигандов за ионы Nb (V) и Ta (V), когда используются серная и соляная кислоты соответственно. Комплексы фторида тантала и ниобия затем удаляет из водного раствора с помощью жидкостно-жидкостной экстракции в органические растворители , такие как циклогексанон , октанол и метилизобутилкетон . Эта простая процедура позволяет удалить большинство металлосодержащих примесей (например, железо, марганец, титан, цирконий), которые остаются в водной фазе в виде их фторидов и других комплексов.

Затем отделение тантала от ниобия достигается за счет снижения ионной силы смеси кислот, что вызывает растворение ниобия в водной фазе. Предполагается, что в этих условиях образуется оксифторид H 2 [NbOF 5 ]. После удаления ниобия раствор очищенного H 2 [TaF 7 ] нейтрализуют водным аммиаком для осаждения гидратированного оксида тантала в виде твердого вещества, которое можно прокалить до пятиокиси тантала (Ta 2 O 5 ).

Вместо гидролиза H 2 [TaF 7 ] можно обработать фторидом калия для получения гептафтортанталата калия :

H 2 [TaF 7 ] + 2 KF → K 2 [TaF 7 ] + 2 HF

В отличие от H 2 [TaF 7 ], калиевая соль легко кристаллизируется, и с ней обращаются как с твердым веществом.

К 2 [TaF 7 ] , может быть превращено в металлический тантал путем уменьшения с натрием , при температуре приблизительно 800 ° С в расплавленной соли .

K 2 [TaF 7 ] + 5 Na → Ta + 5 NaF + 2 KF

В более старом методе, называемом процессом Мариньяка , смесь H 2 [TaF 7 ] и H 2 [NbOF 5 ] превращалась в смесь K 2 [TaF 7 ] и K 2 [NbOF 5 ], которая затем была разделены фракционной кристаллизацией , используя их различную растворимость в воде.

Электролиз

Тантал также можно очистить электролизом, используя модифицированную версию процесса Холла – Эру . Вместо того, чтобы требовать, чтобы входной оксид и выходной металл находились в жидкой форме, электролиз тантала работает с нежидкими порошкообразными оксидами. Первоначальное открытие произошло в 1997 году, когда исследователи Кембриджского университета погрузили небольшие образцы определенных оксидов в ванны с расплавом соли и восстановили оксид электрическим током. В катоде используется порошковый оксид металла. Анод изготовлен из угля. Расплав соли при температуре 1000 ° C (1830 ° F) является электролитом. Мощности первого НПЗ могут удовлетворить 3–4% годовой мировой потребности.

Производство и металлообработка

Вся сварка тантала должна выполняться в инертной атмосфере аргона или гелия , чтобы защитить его от загрязнения атмосферными газами. Тантал не поддается пайке . Измельчение тантала затруднено, особенно отожженного тантала. В отожженном состоянии тантал чрезвычайно пластичен и его легко формовать в виде металлических листов.

Приложения

Электроника

Танталовый электролитический конденсатор

В основном тантал как металлический порошок используется в производстве электронных компонентов, в основном конденсаторов и некоторых мощных резисторов . Танталовые электролитические конденсаторы используют тенденцию тантала к образованию защитного оксидного поверхностного слоя с использованием танталового порошка, спрессованного в форму таблетки, в качестве одной «пластины» конденсатора, оксида в качестве диэлектрика и электролитического раствора или проводящего твердого вещества в качестве другая "тарелка". Поскольку диэлектрический слой может быть очень тонким (тоньше, чем аналогичный слой, например, в алюминиевом электролитическом конденсаторе), высокая емкость может быть достигнута в небольшом объеме. Из-за преимуществ в размере и весе танталовые конденсаторы привлекательны для портативных телефонов , персональных компьютеров , автомобильной электроники и фотоаппаратов .

Сплавы

Тантал также используется для производства различных сплавов с высокими температурами плавления, прочностью и пластичностью. Легированный другими металлами, он также используется в производстве твердосплавных инструментов для металлообрабатывающего оборудования и в производстве суперсплавов для компонентов реактивных двигателей, химического технологического оборудования, ядерных реакторов , деталей ракет, теплообменников, резервуаров и сосудов. Из-за своей пластичности тантал можно втянуть в тонкую проволоку или нити, которые используются для испарения металлов, таких как алюминий . Поскольку тантал устойчив к воздействию жидкостей организма и не вызывает раздражения, он широко используется при изготовлении хирургических инструментов и имплантатов. Например, пористые танталовые покрытия используются при изготовлении ортопедических имплантатов из-за способности тантала образовывать прямую связь с твердой тканью.

Тантал инертен по отношению к большинству кислот, за исключением плавиковой кислоты и горячей серной кислоты , а горячие щелочные растворы также вызывают коррозию тантала. Это свойство делает его полезным металлом для химических реакционных сосудов и труб для агрессивных жидкостей. Теплообменные змеевики для парового нагрева соляной кислоты изготовлены из тантала. Тантал широко использовался в производстве сверхвысокочастотных электронных ламп для радиопередатчиков. Тантал способен улавливать кислород и азот, образуя нитриды и оксиды, и поэтому помогает поддерживать высокий вакуум, необходимый для трубок, когда они используются для внутренних деталей, таких как решетки и пластины.

Другое использование

Биметаллические монеты отчеканены Банком Казахстана с серебряным кольцом и танталовым центром. В них есть Аполлон-Союз и Международная космическая станция.

НАСА использовало тантал для защиты компонентов космических аппаратов, таких как "Вояджер-1" и "Вояджер-2", от радиации. Высокая температура плавления и стойкость к окислению позволяют использовать этот металл в производстве деталей вакуумных печей . Тантал чрезвычайно инертен и поэтому образует множество коррозионно-стойких деталей, таких как защитные гильзы , корпуса клапанов и танталовые крепежные детали. Из-за его высокой плотности кумулятивный заряд и гильзы пенетратора, образованные взрывчаткой , были изготовлены из тантала. Тантал значительно увеличивает бронепробиваемость кумулятивного заряда из-за его высокой плотности и высокой температуры плавления. Он также иногда используется в драгоценных часах, например, от Audemars Piguet , FP Journe , Hublot , Montblanc , Omega и Panerai . Тантал также очень биоинертен и используется в качестве материала для ортопедических имплантатов. Высокая жесткость тантала заставляет использовать его в качестве высокопористой пены или каркаса с меньшей жесткостью для имплантатов для замены тазобедренного сустава, чтобы избежать защиты от напряжений . Поскольку тантал является цветным немагнитным металлом, эти имплантаты считаются приемлемыми для пациентов, проходящих процедуры МРТ. Оксид используется для изготовления специальных стекол с высоким показателем преломления для объективов фотоаппаратов .

Экологические проблемы

В области окружающей среды танталу уделяется гораздо меньше внимания, чем в других науках о Земле. Концентрация верхней коры (UCC) и отношение Nb / Ta в верхней коре и в минералах доступны, потому что эти измерения полезны в качестве геохимического инструмента. Последнее значение концентрации в верхней части земной коры составляет 0,92 частей на миллион, а соотношение Nb / Ta (вес / вес) составляет 12,7.

Имеется мало данных о концентрациях тантала в различных средах окружающей среды, особенно в природных водах, где даже не были получены надежные оценки концентраций «растворенного» тантала в морской и пресной воде. Некоторые значения концентраций растворенных веществ в океанах были опубликованы, но они противоречивы. Значения в пресных водах тариф немного лучше, но, во всех случаях, они, вероятно , ниже 1 нг л -1 , так как «» растворенные концентрации в природных водах значительно ниже наиболее текущие аналитические возможности. Для анализа требуются процедуры предварительного концентрирования, которые на данный момент не дают стабильных результатов. И в любом случае тантал, по-видимому, присутствует в природных водах в основном в виде твердых частиц, а не в растворенном виде.

Значения концентраций в почвах, донных отложениях и атмосферных аэрозолях получить легче. Значения в почвах близки к 1 ppm и, следовательно, к значениям UCC. Это указывает на детритовое происхождение. Для атмосферных аэрозолей доступные значения разбросаны и ограничены. Когда наблюдается обогащение тантала, это, вероятно, связано с потерей более водорастворимых элементов в аэрозолях в облаках.

Загрязнение, связанное с использованием элемента человеком, не обнаружено. С точки зрения биогеохимии тантал является очень консервативным элементом, но его цикличность и реакционная способность до сих пор полностью не изучены.

Меры предосторожности

Соединения, содержащие тантал, в лаборатории встречаются редко. Этот металл обладает высокой биосовместимостью и используется для имплантатов и покрытий тела , поэтому внимание может быть сосредоточено на других элементах или физической природе химического соединения .

Люди могут подвергаться воздействию тантала на рабочем месте при вдыхании, контакте с кожей или глазами. Управление по охране труда и здоровья (OSHA) установило допустимый предел воздействия тантала на рабочем месте в размере 5 мг / м 3 в течение 8-часового рабочего дня. Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (NIOSH) установила предел рекомендуемой экспозиции (REL) от 5 мг / м 3 в течение 8-часового рабочего дня и краткосрочный предел 10 мг / м 3 . При уровне 2500 мг / м 3 тантал сразу же опасен для жизни и здоровья .

использованная литература

внешние ссылки