Тантал это что: Тантал. Описание и свойства металла тантал
alexxlab | 15.02.2018 | 0 | Разное
Тантал: свойства, применение, температура плавления 
Тантал
Тантал – особый вид металла, который относиться к группе благородных. Был открыт в далеком 1802 году, но считается молодым элементом. Несмотря на свою редкость, он широко используется не только в ювелирном деле, но и в промышленности. Особенно часто встречается в электронике — практически каждое устройство содержит его в составе.
ТанталМассовое использование этого металла началось в 40-х годах прошлого века и продолжается до сих пор. Свою популярность он обрел благодаря повышенным прочностным свойствам. При этом он имеет множество уникальных физических и химических свойств.
Физические и химические свойства
Среди физических свойств этого металла следует выделить высокую температуру плавления, которая составляет 3017 градусов Цельсия, что выделяет его среди многих аналогов. Благодаря этому его используют в тех сферах, где необходима повышенная устойчивость к экстремальным условиям. При этом к характеристикам тантала стоит отнести пластичность и твердость, сочетание которых довольно редко встречается в природе.
Температура плавления тантала 3017 °C.
Вышеупомянутые свойства тантала позволяют обрабатывать металл без особых усилий, создавать необходимые формы и размеры. Особое строение атома очень важно для создания деталей и механизмов конструкций повышенной ответственности. Тантал хорошо поддается ковке и прокату. При этом можно также успешно использовать метод холодной деформации. Следует выделить высокую теплопроводность.
Благодаря высокой плотности металл можно использовать для производства мелких шестеренок, деталей электроприборов, которые устойчивы к износу и не подвергаются разрушению после длительного периода использования.
В некоторых случаях его используют как поглотитель газа. Следует выделить электронную конфигурацию: металл имеет различные свойства электропроводности в обычном состоянии и при высоких температурах.
Соединение танталовых деталей можно проводить с помощью пайки, сварки или клепочным методом. Наиболее часто используют метод сваривания, так как качество сварного шва отличается высокой прочностью и стойкостью к физическому напряжению.
Внешний вид тантала
Среди химических свойств стоит выделить высокую устойчивость к окислению и воздействию щелочи. Однако, при расплавлении он частично подвержен воздействию щелочи. Окисление невозможно при температуре менее 250 градусов.
Химическими свойствами этот металл очень похож на стекло. Его практически невозможно растворить в кислоте, если не использовать плавиковую и азотную. Даже воздействие серной кислоты не влияет на структуру и форму металла. Возможно лишь появление небольшой пленки на поверхности. Также он не подвержен разрушению при длительном воздействии морской водой.
Нахождение в природе и производство тантала
Тантал, как химический элемент, очень редко встречается в природе, составляет всего 0,0002% от земной коры. Очень редко встречается в чистом виде, чаще всего в составе различных минералов, в соседстве с другим металлом – ниобием.
Месторождения этого элемента встречаются в многих странах. Большие месторождения встречаются во Франции, Египте, Китае и Таиланде. Но наибольшие залежи этого элемента находятся в Австралии. Тантал добывается в размерах более чем 400 тонн ежегодно. При этом потребность в его использовании постоянно растет, что связано с увеличением объема производимой электротехники с использованием данного метала. Исходя из этого, наблюдается постоянная разработка новых месторождений.
В нашей стране производство тантала сосредоточено на Соликамском магниевом заводе. Металл получают после переработки лопаритовых концентратов. В других странах используют также другие минералы, такие как рутил, стрюверит, танталит и колумбит.
Крупнейшими производителями этого металла в мире являются США, Япония и Китай. Количество мировых производителей не превышает 40 фирм. Стоимость — от 1000 долларов за кг.
Сплавы на основе тантала
Благодаря особым физическим свойствам данный металл в чистом виде очень часто используется в промышленности. Однако для повышения прочности и устойчивость к высоким температурам могут использоваться сплавы на его основе, добавляться соответствующие легирующие компоненты.
Сплавы тантала могут сохранять твердое состояние при температуре около 1700 градусов. Это необходимо при использовании соединений тантала в энергетической сфере, химической промышленности, производстве приборов повышенной точности и металлургии. Очень часто различные сплавы используются при строении космических ракет.
Тип используемых легирующих компонентов зависит от требуемых конечных свойств. Для повышения качества работ используют элементы, придающие сплаву улучшенные свойства пластичности.
Следует отметить, что очень часто тантал в сплавах используется не как основа, а как легирующий компонент. Его добавление к различным материалам позволяет добиться повышенной устойчивости к высоким температурам и коррозии.
- Схема танталового конденсатора
- Конденсаторы с танталом
Тантал ТАВ-10 – широко используемый сплав на основе этого металла. Его производят с добавлением вольфрама, количество которого в составе около 10%. Благодаря этому получается материал с улучшенными показателями жаропрочности. Его применяют для производства нагревательных элементов и в медицинских целях, так как его компоненты не раздражают кожный покров человека.
Применение тантала
Применение тантала не ограничивается одной сферой. Следует выделить сферы, в которых наиболее широко используются изделия из тантала:
- Металлургия. Практически половина этого металла используется в металлургической промышленности. Это связано с тем, что его легко использовать для создания различных сплавов, особенно антикоррозийных марок стали, устойчивых к высоким температурам. Проволоку из тантала используют в различных сферах, где требуется повышенная прочность и жаростойкость. Также широко используется карбид тантала при производстве тиглей для тугоплавких металлов.
- Электротехника. Около 25% применяет при производстве электротехники и электроприборов. Конденсаторы с использованием этого элемента отличаются повышенной стабильностью функционирования. Причем в случае разрушения поверхности конденсатора, образуется пленка из оксида тантала, которая защищает его. Также следует выделить такие элементы, как аноды, катоды, лампы и другие металлические детали, которые также производятся на его основе.
- Химическая промышленность. Пятая часть производимого объема применяется в химической отрасли. Это связано с тем, что он устойчив к воздействию большинства кислот, солей и щелочей.
- Медицина. Тантал в медицине применяется в таких отраслях, как костная и пластическая хирургия. Элементами из этого материала скрепляют кости для достижения повышенной прочности без раздражения органической ткани.
- Военная сфера. В военной сфере производят мишени из тантала и оболочку кумулятивных снарядов.
- Приборостроение. Этот метал применяется для производства точных приборов, контрольного оборудования и различных диафрагм, а также вакуумных приборов, так как он отличается свойством поглощения газов.
- Ядерная энергетика. В этой сфере металл выступает в качестве теплообменника.
Следует отметить, что сфера применения тантала ограничивается лишь малым объемом его добычи. Если объем добычи вырастет, область применения значительно расширится.
Металл тантал характеристики и свойства: описание и добыча. Тантал, свойства и характеристики которого оказались поистине уникальными, в наше время получил название “умный металл”.
Тантал – “умный металл”
Немного истории
Тантал был открыт в 1802 г. Шведский химик А.Г. Экеберг изучал найденные минералы и обнаружил, что в них находится неизвестный в то время элемент, но выделить его в чистом виде он не смог. Неизвестный металл был назван в честь древнегреческого мифологического героя Тантала. На протяжении 4-х десятилетий химики ошибочно считали, что тантал и известный к тому времени ниобий — это один и тот же химический элемент. Получить его в чистом виде удалось немецким химикам в 1903 г, а в промышленных целях он начал активно использоваться в годы Второй мировой войны.
Описание и свойства тантала
В периодической таблице этот металл занимает 73-ю позицию, обозначается Ta.
При нормальных условиях имеет серебристый цвет, внешне похож на серебро и некоторые другие благородные металлы. За счет окисления в воздухе покрывается оксидной пленкой, темнеет, становится более похожим на свинец. При комнатной температуре окисление протекает очень медленно, поэтому металл долго сохраняет свой характерный цвет. Активное окисление в воздухе начинается при температуре выше 280°С.
С галогенами металл вступает в реакции при низких температурах, но сразу покрывается поверхностной пленкой, которая защищает его от дальнейших реакций по всему объему.
Температура плавления относительно высокая, составляет 3017°С. Она намного выше, чем у многих металлов. Для сравнения:
- свинец – 327°С;
- алюминий – 660°С;
- латунь — до 1000°С;
- золото – 1064°С;
- медь – 1083°С;
- железо – 1540°С.
Благодаря высочайшей прочности металла тантала, его используют во многих отраслях производства
Среди материалов, широко используемых в промышленности, по температуре плавления тантал уступает вольфраму, у которого эта величина равна 3420°С.
Плотность тантала равна 16700 кг/м3, этот металл намного плотнее, чем распространенные железо и медь, у которых она равна соответственно 7870 и 8940 кг/м3. По плотности его можно сравнить с золотом, плотностью которого 19320 кг/м3. Тантал обладает высокой твердостью. Несмотря на свойства, это очень пластичный металл. Материал можно раскатать до толщины 1 мкм. Такой пластичностью обладает только золото.
Прокат материала проводится без нагревания, что значительно упрощает его обработку. Механическую прочность можно повысить наклепом. При температуре ниже – 196°С свойство пластичности исчезает, металл становится хрупким.
По магнитным свойствам тантал относят к парамагнетикам. Свойства парамагнетика хорошо проявляются при температурах ниже 3420°С, затем металл становится ферромагнетиком.
Тантал обладает высочайшей устойчивостью к агрессивным действиям среды. Его не разрушает азотная кислота с концентрацией 70%. На него не действует серная кислота, нагретая до 150°С, но при повышении температуры кислоты до 200°С начинается медленное разрушение металла.
Такая антикоррозийная стойкость металла, превышающая стойкость нержавеющей стали, сделала его незаменимым в целом ряде производственных процессов.
Для выделения драгоценных металлов из растворов и расплавов их солей применяется электролиз. Но катоды, на которые осаждаются благородные металлы, при этом быстро разрушаются. Замена катодов, изготовленных из обычных металлов, на танталовые сделала процесс электролиза намного эффективнее и дешевле. Этот способ применяется и для выделения из руд редкоземельных элементов.
Тантал обладает высокой биологической совместимостью, поэтому получил широкое применение в медицине. Протезы и имплантаты из него не оказывают химического воздействия на организмы, не окисляются, поэтому организмом не отторгаются.
К хорошим проводникам электрического тока тантал отнести нельзя, его удельное сопротивление при 20°С составляет 0,13 Ом*мм²/м, оно больше, чем у железа (0,1 Ом*мм²/м). Но он обладает относительно высокой температурой перехода в состояние сверхпроводимости, она равна 4,5К. При более высокой температуре в состояние сверхпроводимости переходят ванадий (5,3К), свинец (7,2К) и его “близнец” ниобий (9,2К). Это свойство тантала сделало его востребованным в производстве сверхпроводников криотонов, используемых в электронно-вычислительной технике. В радиоэлектронике используются конденсаторы с танталовыми обкладками. Они оказались самыми эффективными, но работать могут при небольших значениях напряжения.
В военной промышленности сплавы тантала используются для увеличения пробивной способности снарядов.
В научных и военных целях радиоактивные изотопы используются для создания источников гамма-излучения. Радиоактивные изотопы входят в состав ископаемых, но в гораздо большей концентрации они содержатся в отходах, остающихся после работы ядерных реакторов.
Тантал применяется при строительстве защиты ядерных реакторов, так как это один из немногих элементов, не разрушающихся от действия паров цезия.
На поверхности режущего инструмента для придания ему особой прочности наносится карбид тантала. Такой инструмент используется для резки и сверления особо прочных материалов, при бурении глубинных скважин в твердых породах.
Тантал благодаря высочайшей прочности, устойчивости к окислению и высокой температуре плавления используется в производстве авиационных и ракетных двигателей.
Детали, изготовленные из тантала, в агрессивных средах служат на десятки лет дольше, чем изготовленные из других материалов с высокой коррозийной стойкостью.
Все физические характеристики материала можно изменять, внося в него легирующие добавки.
Добыча тантала
Благодаря изыскательским работам были найдены новые месторождения металла тантал
В земной коре тантала содержится около 0,0002%, поэтому он относится к редким элементам. Но практически во всех странах имеются месторождения его соединений. В Европе самые большие и богатые месторождения находятся во Франции, небольшие месторождения есть в большинстве стран бывшего СССР. Среди африканских стран самыми большими запасами сырья обладает Египет. Но самые крупные и богатые месторождения, известные и разработанные на сегодняшний день располагаются в Австралии.
Встречается элемент в виде собственных солей, или он входит в состав других минералов. Во втором случае ему обязательно сопутствует ниобий. Минералы могут быть стабильными и радиоактивными.
Добыча этого металла составляет 420 тонн в год. Лидирующие государства по добыче и переработке — США и ФРГ.
Из-за мирового кризиса спрос на тантал несколько снизился, но с 2010 г. опять возрос. В последнее время проводятся активные изыскательские работы. Благодаря им были открыты новые месторождения в США, Бразилии, ЮАР.
ТАНТАЛ — Мифологическая энциклопедия
(Τάνταλος)
в греческой мифологии герой, сын Зевса и Плуто, царствовавший в области горы Сипила в южной Фригии (Малая Азия) и славившийся своим богатством. По одной из версий мифа, он был женат на дочери бога златоносной реки Пактола. Пользуясь благосклонностью олимпийских богов, он был удостоен чести принимать участие в их пирах, но отплатил им за это неблагодарностью: по различным вариантам мифа, он разгласил среди людей услышанные им тайны олимпийцев или раздал своим близким похищенные на пиру у богов нектар и амбросию (Pind. 01. I 55-64, Eur. Orest. 4-10). Чтобы испытать всеведение богов, Т. пригласил их к себе и в качестве угощения подал им мясо своего убитого сына Пелопа. Среди преступлений Т. против богов называют также похищение (или укрывательство похищенной) золотой собаки из храма Зевса на Крите и клятвопреступное отпирательство в содеянном (Schol. Pind. 01. I 60). За свои преступления Т. был наказан в подземном царстве вечными мучениями: стоя по горло в воде, он не может напиться, так как вода тотчас отступает от губ; с окружающих его деревьев свисают отягощенные плодами ветви, которые вздымаются вверх, как только Т. протягивает к ним руку («Танталовы муки»). Над его головой нависает скала, ежеминутно грозящая падением (Ноm. Od. XI 582-592; Apollod. epit. II 1). Миф о Т. был обработан Софоклом (не сохранившаяся трагедия «Тантал»), его упоминали Платон (Crat. 395 de) и поздние греческие и римские мифографы.Исторически Т. принадлежит к кругу доолимпийских горных божеств, этим объясняется в некоторых вариантах мифа его связь с материковыми греческими центрами (главным образом Аргосом). По одной из версий мифа, Т. похоронен под городом Сипил (Paus. II 22, 3; V 13, 7). в. н. ярхо.
Источник: Мифологическая энциклопедия на Gufo.me
Значения в других словарях
- Тантал — I Танта́л в древнегреческой мифологии лидийский или фригийский царь, сын Зевса, отец Пелопса и Ниобы (См. Ниоба). За то, что разгласил тайны олимпийцев, похитил с пира богов нектар и амбросию и, пригласив богов на пир, угостил их блюдом… Большая советская энциклопедия
- Тантал — (Tantalum; Та) химический элемент V группы периодической системы Д.И. Менделеева; атомный номер 73, атомная масса 180,948; биологически инертный, тяжелый, тугоплавкий металл; применяется в медицине, например, в качестве шовного материала. Медицинская энциклопедия
- Тантал — (Τάνταλος, Tantalus) — царь Сипила во Фригии (Лидии), сын Зевса и нимфы Плуто, отец Пелопа и Ниобы, дед Атрея и Тиеста. Как любимец богов, он имел доступ к их советам и пирам. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
- тантал — ТАНТАЛ -а; м. [греч. Tantalos] Химический элемент (Та), твёрдый тугоплавкий металл серо-стального цвета (используется в медицине и технике). ◊ Муки Тантала. Мучения, вызываемые созерцанием желанной цели и сознанием невозможности её достичь. Толковый словарь Кузнецова
- тантал — -а, м. 1. (с прописной буквы). Герой древнегреческой мифологии, осужденный богами на вечные мучения: страдать от голода и жажды, несмотря на близость воды и плодов. 2. Химический элемент, твердый тугоплавкий металл серо-стального цвета. Малый академический словарь
- Тантал — орф. Тантал, -а: муки Тантала Орфографический словарь Лопатина
- тантал — орф. тантал, -а (металл) Орфографический словарь Лопатина
- тантал — 1. тантал м. Химический элемент, редкий, очень твёрдый и тугоплавкий металл серого цвета, применяемый для изготовления химической аппаратуры, хирургических инструментов, электровакуумных приборов. 2. Тантал… Толковый словарь Ефремовой
- тантал — Тантал, танталы, тантала, танталов, танталу, танталам, тантал, танталы, танталом, танталами, тантале, танталах Грамматический словарь Зализняка
- тантал — ТАНТАЛ м. один из открытых химиками металлов. Толковый словарь Даля
- ТАНТАЛ — ТАНТАЛ — герой трагедии Вяч.И.Иванова «Тантал» (1904). В греческой мифологии Т.- сын Зевса и нимфы Плуто, царь Сипила во Фригии, наказанный за оскорбление олимпийских богов вечными муками. Этот миф послужил сюжетом утраченной трагедии Софокла «Тантал». Энциклопедия литературных героев
- тантал — ТАНТ’АЛ, тантала, мн. нет, ·муж. (·лат. tantalum) (·хим. ). Очень твердый, тугоплавкий и ковкий металл серого цвета, встречающийся редко и только в некоторых минералах. (Названо по имени Тантала, героя греческой мифологии, в связи с трудностью добычи этого металла; ср. Танталовы муки.) Толковый словарь Ушакова
- тантал — ТАНТАЛ, а, м. Тяжёлый тугоплавкий металл светло-серого цвета. | прил. танталовый, ая, ое. Танталовые руды. Толковый словарь Ожегова
- тантал — Танта́л/ (металл). Морфемно-орфографический словарь
- Тантал — Ta (по имени героя др.-греч. мифологии Тантала; лат. Tantalum * a. tantalum; н. Tantal; ф. tantale; и. tantalo), — хим. элемент V группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 73, ат. м. 180,9479. Горная энциклопедия
- ТАНТАЛ — ТАНТАЛ (символ Та), редко встречающийся блестящий голубовато-серый металл, химический элемент, открытый в 1802 г. Его основной источник — колумбит-танталит. Научно-технический словарь
- Тантал — • Tantălus, Τάνταλος 1. богатый царь фригийский, царствовавший в стране у горы Сипила (называемый также царем лидийским, пафлагонским, коринфским, аргосским), сын Зевса (или Тмола) и Плуто, богини богатства, отец Пелопса… Словарь классических древностей
- Тантал — Тантал (миф.) Орфографический словарь. Одно Н или два?
- тантал — Тантала, мн. нет, м. [лат. tantalum] (хим.). Очень твердый, тугоплавкий и ковкий металл серого цвета, встречающийся редко и только в нек-рых минералах. [Названо по имени Тантала, героя греческой мифологии, в связи с трудностью добычи этого металла; ср. Танталовы муки.] Большой словарь иностранных слов
- 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. периодической системы, ат. н. 73, ат. м. 180,9479. Химическая энциклопедия
- тантал — сущ., кол-во синонимов: 4 герой 80 колумбий 1 металл 86 элемент 159 Словарь синонимов русского языка
Применение тантала и его виды
Стремительное развитие современных технологий сегодня непременно связанно с использованием эффективных материалов и веществ, которые имеют достаточно практичные и весьма полезные свойства и особенности.
В этом ракурсе стоит обратить внимание на такой уникальный химический элемент, как тантал. И это неудивительно, ведь благодаря своим прочностным характеристикам, сегодня применение тантала становится достаточно актуальным во многих сферах промышленности.
Чтобы расширить кругозор обывателя в этой теме, опишем подробно физико-химические особенности тантала и расскажем о том, где сегодня весьма успешно применяется этот металл.
Технические особенности тантала
Прежде всего, стоит понимать, что тантал – это металл серого цвета с блестящим оттенком, который легко поддается обработке механическим способом.
Среди особенностей металла стоит отметить ряд следующих немаловажных аспектов:
- порядковый номер в таблице Менделеева – 73;
- атомный вес – 180;
- плотность вещества составляет 60 г/см3;
- температура плавления – 3015 0С;
- температура кипения вещества составляет 5300 0С.
Свойства металла
Благодаря указанным характеристикам тантал, несомненно, обладает следующими преимущественными свойствами:
- Тантал является тугоплавким металлом, и, как следствие, элемент имеет следующие свойства:
- небольшой показатель линейного расширения;
- хороший уровень теплопроводности;
- высокая механическая прочность и пластичность.
- Имеет отличные антикоррозийные качества. Стоит отметить, что тантал при нормальных условиях практически инертен к морской воде, но если она насыщена кислородом, то металл в этом случае всего лишь тускнеет.
- Тантал имеет хорошую устойчивость к следующим видам солей:
- хлориды железа и меди;
- нитраты;
- сульфаты;
- соли органических кислот, однако, при условии, когда в своем составе не имеют фтора или фторидов.
- Тантал начинает терять свои характеристики прочности, когда вступает в реакцию с фтором. Также стоит учесть тот факт, что тантал не вступает в химическую реакцию с бромом, йодом и жидким хлором, если не достигнута температура на уровне 150 0С.
- Тантал достаточно устойчив к воздействию металлов жидкой структуры, имеющих низкую температуру расплавления.
- Тантал имеет прекрасные характеристики устойчивости на воздухе при температуре до 400 0С, при этом появляется защитная пленка из окисла, возникающая в процессе хранения или обработки.
- Тантал, выплавленный электроннолучевым способом, обладает увеличенным свойством пластичности, которое при деформации металла позволяет выполнять большую степень сжатий.
- Хорошо преобразуется в листовой прокат, который хорошо поддается ковке.
- Хорошо поддается обработке при холодной деформации. Однако нужно понимать, что этот металл не стоит деформировать в горячем состоянии, так как при нагреве тантал начинает поглощать азот, двуокись углерода, кислород, и, как следствие, материал стает достаточно хрупким.
- Одной из основных операций по обработке тантала является резка материала на высокоскоростном оборудовании.
Что же касается соединения танталовых деталей, то оно может быть выполнено следующими способами:
- сварка;
- пайка;
- соединение с помощью клепок.
Здесь стоит взять во внимание тот факт, что последние два способа применяются достаточно редко, так качество сварных соединений тантала всегда остается на высоком уровне.
Сферы применения тантала
Указанные свойства дают возможность весьма широко применять его в разных сферах промышленности. Отметим подробно основные направления использования такого уникального материала, как тантал.
Металлургическая промышленность
Металлургия является основным потребителем этого металла. На металлургическую отрасль приходится потребление 45% производимого тантала.
Основное применение тантала заключается в ряде следующих немаловажных аспектов:
- металл является основным легирующим элементом при изготовлении жаропрочных и антикоррозийных марок стали;
- карбид тантала является надежной защитой для стальных форм в литейном производстве.
Электротехническая промышленность
Прежде всего, стоит отметить тот факт, что четвертая часть производимого в мире тантала используется в электротехнической отрасли промышленности. И это неудивительно, ведь с применением этого металла производятся следующие виды электротехнической продукции:
- танталовые конденсаторы электролитического вида характеризируются стабильностью своего функционирования;
- широко применяется при изготовлении таких конструктивных элементов ламп, как аноды, катоды косвенного накала и сетки;
- проволоку из тантала используют при производстве криотронных деталей, являющихся неотъемлемыми элементами вычислительной техники;
- из этого металла весьма успешно изготавливают нагреватели для печей с высокотемпературным режимом работы.
Интересный факт! Танталовые конденсаторы имеют свойство самостоятельно ремонтироваться. Например, при резком возникновении высокого напряжения искра разрушила изоляционный слой. В этом случае на месте возникшего дефекта моментально образуется изолирующая оксидная пленка, при этом конденсатор будет дальше функционировать в нормальном рабочем режиме!
Химическая отрасль
Нужно, в первую очередь, отметить тот факт, что 20% используемого тантала уходит на потребности химической промышленности. В частности, этот металл применяется в следующих случаях:
- производство следующих видов кислот:
- азотная;
- оляная;
- серная;
- фосфорная;
- уксусная.
- изготовление перекиси водорода, брома и хлора;
- изготовление химоборудования следующих видов:
- аэраторы;
- дистилляционные установки;
- змеевики разных видов;
- мешалки;
- клапана.
В медицинской отрасли используется не более 5% добываемого в мире тантала. В медицине этот металл весьма успешно применяется в пластической и костной хирургии, так из него изготавливают танталовые элементы для скрепления костей, наложение швов и прочее. Достигается это благодаря тому, что тантал не вредит жизнедеятельности организма, при этом не оказывает раздражения на живую ткань.
В военно-оборонном комплексе применяют при изготовлении боеприпасов в качестве металлической облицовки кумулятивных снарядов, что в значительной степени улучшает из бронестойкость.
В ювелирной отрасли металл в некоторых случаях может весьма успешно заменить платину. Из платины, как правило, изготовляются многие виды ювелирных украшений и корпуса для часов.
В приборостроении применяется при изготовлении точного контрольного оборудования, диафрагм различных типов и рентгеновского оборудования различных типов.
В ядерной энергетике тантал применяется при изготовлении теплообменников для ядерно-энергетических установок.
При изготовлении электровакуумных приборов также применяется благодаря свойству поглощать газы.
Таким образом, мы осветили все важные аспекты применения тантала в разных сферах промышленности.
Искренне надеемся, что изложенная информация, в значительной степени расширит ваш кругозор в вопросе применения тантала.
Оцените статью:Рейтинг: 0/5 – 0 голосов
Что такое тантал? Особенности, изделия, свойства и применение
Умный металл. Этот термин появился в деловом мире в середине XX века. Умные металлы использовались в качестве материалов для высоких технологий, применяемых в электронике и робототехнике. Одним из таких высокотехнологичных металлов и стал тантал. Сегодня он неразрывно связан с такими понятиями, как спутниковая связь, бортовые системы, телекоммуникационное оборудование.
Что такое тантал? Исторические факты
Впервые тантал был обнаружен в 1802 году шведским ученым А.Г. Экебергом в составе двух минералов, найденных в Швеции и Финляндии. Оксид этого элемента был очень устойчив, и даже большое количество кислоты не могло разрушить его структуры. У ученого сформировалось впечатление, что металл не может напитаться кислотой. Экеберг вспомнил легенду о царе Тантале, который являлся сыном Зевса и в результате наказания не мог утолить голод и жажду. Его страдания назвали танталовы муки.
Так и ученый, как не старался, не мог выделить чистый металл из окисла, поэтому свою работу сравнивал с танталовыми муками. Химическому элементу он дал название тантал, а минерал, который содержал этот металл, назвал танталитом. Лишь в 1903 году немецкий ученый химик Болтон В. получил в чистом виде пластичный металл тантал. Промышленный выпуск его начался только в 1922 году. Первый образец промышленного изготовления тантала был всего со спичечную головку. США первыми стали производить его, и в 1942 году был запущен завод по выпуску этого металла.
Физические свойства тантала
Что такое тантал? Это металл серебристо-белого цвета. Прочная оксидная пленка на нем придает схожесть по внешнему виду со свинцом. Металл обладает высокой прочностью и твердостью и в то же время пластичностью. По пластичности его сравнивают с золотом.
В чистом виде он прекрасно подчиняется механической обработке. Его легко штамповать, раскатывается в очень тонкий слой до 0,04 мм. Из него получают качественную проволоку. Тантал, что такое? Это тугоплавкий металл, температура плавления которого составляет примерно 3000 градусов. Только вольфрам и рений превосходят его по этому свойству. Одно из специфических его качеств – это высокая теплопроводность. Даже оксидная пленка, которая на нем образуется, не уменьшает этого свойства.
Химические свойства
Многие органические и неорганические кислоты – хлорная, серная, соляная, азотная и другие агрессивные среды – не вызывают у тантала коррозии. Металл окисляется при нагревании от 200 до 300 градусов, и на нем образуется под оксидной пленкой газонасыщенный слой. Слабые химические свойства тантала не дают ему возможности раствориться даже в царской водке, которая расплавляет платину и золото.
На практике доказано, что нержавеющие стали менее стойкие при эксплуатации, и детали из них служат значительно меньший срок, чем изделия из тантала. Из всех существующих кислот только плавиковая может растворить этот металл.
Сплавы
Стойкая устойчивость тантала к воздействию кислот позволяет использовать его для добавок к различным сплавам, которые применяются при производстве металлических конструкций. Для изготовления проката – проволоки, полос, листов, трубок – используют сплав тантала с гафнием. Сплав титана, вольфрама и тантала используется для изготовления режущих пластин разного назначения. Такие сплавы характеризуются:
- высокой прочностью;
- повышенной твердостью;
- не окисляются;
- имеют высокую абразивную стойкость;
- являются износостойкими;
- имеют значительную вязкость;
- снабжают отличной прочностью режущую кромку инструмента.
Тантало-вольфрамовый сплав, в состав которого входит 7% вольфрама, способен выдерживать температуру до 1900 градусов. Он вызывает значительный интерес у специалистов. А из сплава тантала с 10% вольфрама изготовляют сопла для ракетных двигателей. В космической технике применяются материалы, которые обладают хорошей теплоемкостью или тугоплавкостью, поэтому сплавы с танталом находят широкое применение для ее изготовления.
Роль лома
Танталовый лом составляет существенную долю, до 30% поставок на рынок, от общего объема. Большая часть металла выделяется из лома конденсаторов. Поэтому его поставки находятся в прямой зависимости от активности работы в электронной промышленности.
А это, в свою очередь, определяется глобальными экономическими условиями. Другими источниками лома являются отработавшие карбиды. В ломе сплавов, основным элементом которого является никель, также содержится тантал. В будущем отходы потребителей будут являться важным источником этого металла.
Использование тантала
Сам металл и его сплавы находят широкое применение в промышленности. Его используют для изготовления:
- сухих электролитических конденсаторов;
- нагревателей для вакуумных печей;
- катодов косвенного нагрева;
- антикоррозийной аппаратуры;
- ядерных реакторов;
- сверхпроводников;
- боеприпасов с повышенной пробивной способностью;
- эталонов массы, которые имеют высокую точность;
- режущих инструментов высокой стойкости.
Высокая стойкость металла к коррозии способствует удлинению срока службы конденсаторов из тантала в электронных системах до 12 лет.
Ювелирная промышленность использует этот металл для изготовления корпусов часов и браслетов вместо платины. Изделия из тантала находят применение и в медицинской промышленности. Он не отторгается организмом человека, поэтому из него производят:
- пластины для черепных коробок и брюшной полости;
- скрепки, которые используют для соединения сосудов;
- глазные протезы;
- толстые нити, которыми заменяют сухожилия;
- тонкие нити для сшивания нервных волокон.
ГОСТ металла
Существует несколько методов установления ГОСТа тантала и его окиси, например, фотометрический и спектральный.
Спектральный метод (ГОСТ 18904.8) устанавливает содержание примесей кальция, вольфрама, меди, кобальта, натрия, молибдена в тантале и его окиси. Результатом анализа служит среднее арифметическое, полученное от 2 определений различных навесок.
Фотометрический метод (ГОСТ 18904.1) определяет содержание массовой доли вольфрама и молибдена в тантале и окиси. В этом случае результат анализа подсчитывают как среднее арифметическое 3 определений, которые выполняют из отдельных навесок.
Месторождения и добыча тантала
Что такое тантал? Это очень редкий металл. В чистом виде он практически не наблюдается. Встретить его можно в составе минералов и в виде собственных соединений. В минералах он всегда встречается вместе с ниобием, который по свойствам очень схож с танталом. Месторождения с танталовыми соединениями и минералами находятся во многих странах мира.
Самое большое расположено во Франции. Высоки запасы этого металла в Китае и Таиланде. В странах СНГ месторождения значительно меньшего размера. Около 420 тонн тантала составляет годовая добыча в мире. Основные комбинаты, которые занимаются переработкой металла, расположены в Германии и США. В связи с бурным развитием электроники, в которой применение тантала занимает не последнее место, наблюдается нехватка этого редкого металла, что приводит к поиску новых месторождений.
Цены на тантал
Большую часть тантала, а это до 60%, потребляет электронная промышленность. Использование его на жаропрочные сплавы составляет около 20%. Цены на этот редкий металл могут быстро изменяться. Спрос на него то восстанавливается, то снова падает. Аналитики предсказывают, что в ближайшие годы спрос и предложение будут колебаться, это, в основном, зависит от экономических факторов.
Ориентировочная цена тантала за 1 кг в рублях на российском рынке составляет:
- листового – 65 660;
- в прутках – 73 030;
- проволоке – 73 700.
Перспективы
Все больше начинают использовать этот умный металл в медицинской промышленности для нужд восстановительной хирургии. Его применяют для изготовления имплантатов. Танталовой пряжей возмещают мускульную ткань, проволока идет для скрепления костей, а нити используют для наложения швов. В связи с крупным перевооружением мировых авиалиний применение тантала для нужд авиастроения продолжит свой рост. Сплавы в авиапромышленности используются для двигателей самолетов. Кроме этого, тантал продолжает активно использоваться для производства вычислительной техники: процессоров, принтеров.
Не уменьшается спрос на этот металл и в химической промышленности. Его широко применяют для производства хлора, пероксида водорода, многих кислот. Химическое машиностроение широко использует его при изготовлении оборудования, контактирующего с агрессивными средами. Самым серьезным потребителем танталовых сплавов остается металлургическая промышленность. Растет спрос на него и в ядерной энергетике, где в основном используют теплопроводность в сочетании с пластичностью и твердостью тантала.
Внимание! Если Вы обнаружили ошибку на сайте, то выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
|
|
Тантал: факты и фактики
А. Мотыляев
«Химия и жизнь» №5, 2019
Кто нашел тантал? Это сделал швед Андерс Густав Экеберг, который после окончания в 1748 году Упсальского университета заинтересовался минералогией и открытием элементов. Например, он внес свой вклад в идентификацию бериллия в изумруде и берилле, подтвердил открытие гадолиния в черном минерале из карьера вблизи шведского Иттербю. В другом же минерале из Иттербю (сейчас его называют иттротанталит) исследователь и обнаружил новый элемент, который не удалось растворить ни в какой кислоте. Подивившись такой стойкости, Экеберг — а он с детства увлекался рассказами про древнегреческих героев — в 1802 году назвал новый элемент в честь сына Зевса Тантала, обреченного вечно претерпевать невыносимые страдания от жажды и голода.
Открытие Экеберга попытался закрыть англичанин Уильям Волластон: в 1806 году он утверждал, что нет разницы между танталом и ранее открытым колумбием. И это неудивительно, ведь различие между этими элементами ничтожно. Только в 1844 году немец Генрих Розе сумел распознать, что колумбий проявляет две степени окисления — +3 и +5, а вот тантал — только последнюю. Розе и переназвал колумбий ниобием в честь дочери Тантала — Ниобы, чем обеспечил изрядную путаницу: ИЮПАК только в 1943 году принял название Розе, американцы же до сих пор именуют спутника тантала колумбием. Надежно разделить эти два элемента, которые обязательно вместе присутствуют в минералах, сумел в 1866 году швейцарец Жан Маринья. Он использовал ничтожное химическое различие и заставил ниобий сформировать соль K2NbOF7, а тантал — K2TaF7. Растворимость первой гораздо выше, чем второй, отчего стало возможным разделение этих элементов. Как бы то ни было, отцом тантала считают Экеберга и танталовой медалью с его профилем награждают за успехи в изучении этого элемента.
Откуда берется тантал? Из минералов, которые могут быть двух типов. Во-первых, те, что содержат тантал и ниобий. Если первого больше — это танталит, если второго — колумбит. Во-вторых, там может быть еще и титан; примером служит добываемый в Кольской области лопарит. Для производства тантала идет минерал с содержанием этого элемента в 20–30%. Когда там есть ниобий (а он обязательно есть), то его в расчет цены не принимают. Аналогично за колумбит, содержащий более 50% ниобия, платят только в соответствии с его содержанием, тантал же в цену не включают. Если переработчикам удается извлечь такой, сопутствующий, элемент, он им достается в качестве подарка. Однако у тантала есть еще спутники, крайне неприятные, — уран и торий. Из-за присущей им радиоактивности перевозить танталовый и ниобиевый концентраты приходится с повышенными мерами предосторожности. Главный источник тантала — Бразилия, где расположена крупнейшая шахта по добыче танталита — Мибра. Из нее ежегодно извлекают 220 тонн пентоксида тантала, или 15% современной мировой добычи. А совсем недавно ее доля была лишь 5–10% — кризис 2008 года сильно ударил по танталовой промышленности, и были закрыты шахты в Австралии, Канаде, Мозамбике. А в 2012 году из-за проблем с транспортировкой прекратила работать шахта и в Эфиопии: порты находятся в Сомали, а там гражданская война и пираты. Поэтому сейчас из крупных шахт остались еще Питинга в той же Бразилии, Ичунь в КНР и российская Ловозеро.
Как обстоит дело с производством тантала в РФ? На Соликамском магниевом комбинате из лопаритового концентрата, добытого на шахте в Ловозере, получают практически весь отечественный тантал — 50 тонн в год в виде пентоксида тантала, который идет на производство электрических конденсаторов и твердых сплавов. До 1992 года советское производство тантала было сосредоточено на Ульбинском металлургическом заводе в Усть-Каменогорске, и в 1992 году он выдал 200 тонн металла в виде разного вида проката, однако впоследствии предприятие стало испытывать существенные трудности. Был еще завод в эстонском Силламяэ, но он отказался от лопарита из-за радиоактивности и сейчас выпускает 60 тонн тантала из бразильского и африканского сырья. О непростой судьбе отечественного танталового производства можно составить представление, проследив за историей Ловозерского горно-обогатительного комбината, которая изложена на сайте этого предприятия. Вот как она выглядит в кратком виде. Разрабатываемое им месторождение находится в заполярной тундре между Ловозером и Умбозером в Мурманской области. Геологи нашли его в середине 30-х, а в 1940 году заработала небольшая фабрика на северном склоне горы Аллуайв — фабрику и назвали по имени горы. В апреле 1941 года было принято решение о создании крупного металлургического комбината, для чего на строительство направили 17 тысяч заключенных — военнослужащих, побывавших в плену в ходе Финской кампании. Но вскоре началась война, строителей забрали на фронт, а неподалеку, в районе Сейдозера, организовали базу партизанского отряда. Только в 1947 году стройку Аллуайвского комбината возобновили, и в 1951 году он выдал первый лопаритовый концентрат. Производство быстро развивалось, были освоены два рудника — Карнасурт и Умбозерский, на западном склоне горы; построен поселок Ревда со школами, в том числе музыкальной, детскими садами и больницей. В 1957 запущен цех щелочных металлов, который выпускал особо чистые металлы, однако основную прибыль приносило выращивание монокристаллов из их соединений. Были открыты уникальные минералогические объекты — пегматитовые жилы, одна из которых получила характерное название — Шкатулка. Дело в том, что пегматит — это вулканическая лава, которая застывала в последнюю очередь; сформировавший ее расплав обогащен тугоплавкими элементами, и они порождают драгоценные камни и другие интересные минералы. Минералы, сложенные в Шкатулке, были уникальны; она известна геологам всего мира и представляет собой геологический памятник.
Но вот пришел 1991 год. С распадом СССР были разрушены производственные цепочки и комбинат остался без потребителей. Предприятие стало работать вполсилы, многие производства были закрыты. Цех щелочных металлов перешел на выпуск сувениров. К 1998 году кризис дошел до того, что работники комбината стали получать гуманитарную помощь из-за рубежа. Бедственное положение привело к массовым акциям протеста, и они дали некоторый успех: в результате переговоров правительственным чиновникам удалось наладить поставку лопаритового концентрата на Соликамский магниевый завод. Для выполнения контракта стали реанимировать один из рудников — Карнасурт. Вот как об этом вспоминает начальник обогатительной фабрики «Умбозеро» И. Б. Конюхов: «У нас кампания по запуску карнасуртской фабрики в шутку называлась „факельным шествием“. Мороз, костры в цехе, а люди с факелами ходят, чтобы замерзшие трубы отогреть. Фабрика уже, по сути, два лета подряд не крутилась, неизвестно было, где какой металл „устал“, как поведет себя под нагрузкой. В кратчайшие сроки специалисты привели хозяйство в норму». Однако с возобновлением производства бедствия не закончились. Так, в сентябре 2009 года через устье ствола шахты рудника Умбозеро хлынула вода — за месяц до этого из-за банкротства рудника на нем отключили электричество и, соответственно, насосы. Шахтные воды заполнили нижние горизонты и выходили на поверхность через транспортные ходы. Так была затоплена знаменитая Шкатулка. Тем не менее в 2008 году производство вышло на стабильный уровень в 9 тысяч тонн ежегодно, что весьма примечательно, если вспомнить печальную судьбу шахт Австралии, Канады, Мозамбика, закрытых как раз после 2008 года.
Где еще добывают тантал? Есть два важных источника. Первый — мелкие шахты, копанки, — кустарные разработки, которыми занимаются жители Демократической Республики Конго. Считается, что объем такого, добытого вручную из речных наносов, танталита, значительный, однако точных подсчетов сделать невозможно. Такой способ добычи, конечно, опасен для здоровья людей, ведь танталит радиоактивен. Но это не главная беда. Проблема в том, что доход от продажи танталита долгое время шел на финансирование деятельности военных Руанды, которые во время многолетнего конфликта поддерживали повстанцев из племени тутси в их борьбе с конголезским правительством. Этот конфликт унес с 1998 года почти 6 млн жизней людей. Побочной жертвой конфликта оказались гориллы — залежи танталита распложены как раз в местах их обитания. Национальные парки, созданные для защиты горилл, были разграблены, а самих животных работники рудников время от времени отстреливают и употребляют в пищу. Мировое сообщество пытается бороться с конголезским копанками, однако не очень успешно — видимо, у такого тантала очень привлекательная цена.
Второй важный источник: вторсырье. После кризиса 2008 года его доля заметно выросла и составляет сейчас 30% от общего объем производства. Получают тантал и при переработке шлака, образующегося от выплавки олова, а плавят его в Бразилии, Малайзии и Таиланде: такой шлак дает до 20% металлического тантала.
Как выделяют тантал из руды? Сложным химическим процессом. Концентрат можно обработать кислотами — серной и плавиковой, получить раствор, где будет множество элементов — от урана и тория до тантала и ниобия; затем в несколько стадий раствор разделяют. А можно превратить тантал-ниобий-титан в газ за счет реакции с хлором и уже затем эти газы как разделять между собой, так и очищать от опасных примесей вроде того же тория. На выходе получается порошок металла, который либо сразу используют, либо сначала чистят, а потом пускают в дело.
Где применяют тантал? У него есть три большие области использования. Прежде всего, это электроника. Из тантала делают прекрасные электрические конденсаторы, при этом обкладками служит металлический тантал, а разделяющим их диэлектриком — его оксид. Миниатюрные — толщина слоя оксида исчисляется нанометрами, выдерживающие высокие вибрации, работающие при температуре от −55 до 200°C, они есть везде. Это слуховые аппараты, системы активации подушек безопасности автомобиля и прочая автоэлектроника, приемники GPS, ноутбуки, смартфоны, видеокамеры, телевизоры — список далеко не полон. Оксид титана входит в состав стекол для оптики — от видеокамер до тех же телефонов: у такого стекла высокие показатели преломления, что позволяет уменьшать толщину линз. Вторая важная область — химически стойкое оборудование. Из тантала делают трубопроводы, теплообменники, сосуды для химической промышленности — по своей стойкости он соперничает со стеклом, многократно превосходя его по механическим свойствам. Тантал же незаменимый компонент жаростойких никелевых сверхсплавов для турбин электростанций и реактивных двигателей, его содержание в них может достигать 10%. Еще тантал вместе с вольфрамом входит в состав быстрорежущих сплавов и других твердых материалов. А третья важная область — это медицина, а именно изготовление имплантов. Медиков в тантале привлекают два обстоятельства: его высочайшая коррозионная стойкость и способность ускорять развитие клеток, оказавшихся на его поверхности. Есть у тантала и отрицательная черта: он слишком жесткий. Поэтому целиком из него импланты для лечения как зубов, так и суставов конечностей не делают, а наносят пористое покрытие из спеченного танталового порошка. В таком качестве этот металл оказывается серьезным конкурентом титану — танталовый имплант вызывает меньше осложнений.
Чем вызвано благотворное влияние тантала на живые клетки? Этот вопрос пока остается без ответа. Вот один из экспериментов, в котором прямо была поставлена задача найти ответ. В принципе способность материала ускорять развитие помещенных на него клеток может зависеть от нескольких факторов, прежде всего от физико-химических свойств и от морфологии поверхности. Покрытия из обоих конкурентов — пористого тантала и пористого титана — очевидно, имеют разный рельеф поверхности. Чтобы убрать этот фактор из рассмотрения, исследователи из шанхайского Шестого народного госпиталя в 2018 году специально сделали образцы из отполированных до зеркального блеска титана и тантала. Такой чистый эксперимент показал: действительно, ускорять рост клеток — черта, присущая танталу как химическому элементу; по динамике развития живой ткани он опередил металл-конкурент на треть. Видимо, продолжая расследование, уже в 2019 году исследователи из того же госпиталя установили, что танталовое покрытие на титане обладает прекрасными антибактериальными свойствами, но только после вживления в организм: при исследовании в чашке Петри микробы чувствовали себя на нем вполне комфортно. Наблюдение показало, что покрытие активизирует систему врожденного иммунитета: усиливает способность нейтрофилов поглощать бактерии и увеличивает производство сигнальных молекул другими участниками иммунного ответа — макрофилами. Загадка же состоит в том, что тантал — коррозионностоек. И, более того, покрыт пленкой прочнейшего оксида. То есть никакое проникновение ионов или атомов тантала в живые клетки совершенно невозможно. И где же тот действующий фактор, который ускоряет развитие костной ткани на танталовом импланте? Единственное, что приходит в голову, — электрическая активность: танталовая подложка как-то по-своему сказывается на собственных электрических полях живой клетки, вызывая наблюдаемые последствия. Может быть, когда-нибудь медикам удастся проверить эту гипотезу.
Ожидает ли нас в будущем дефицит тантала? Скорее всего, нет: эксперты оценивают рост его потребления как умеренный. Более того, борьба с углекислым газом ведет к сокращению сжигания ископаемого топлива и, соответственно, к сокращению потребности в жаропрочных материалах, а это важная область использования тантала. Производство машин требует большого числа самых разных металлов, однако в будущем для защиты климата автомобили должны перейти с бензина на электропитание. А как показывает практика, время жизни электромобиля в полтора-два раза больше, чем у собрата с двигателем внутреннего сгорания. То есть потребность в новых автомобилях растет с меньшей скоростью, чем численность населения, и это накладывает ограничения на рост потребности в тантале. В результате если сейчас мир потребляет 1,2 тысяч т тантала в год, то в 2050-м ему потребуется 2,2–8,2 тысяч т, если борьба за климат останется на бумаге, и 2,3–6,3 тысяч т если все-таки удастся выполнить цели Парижского соглашения и удержать к этому времени потепление в пределах двух градусов. Так ли уж этот рост умерен? Сравним с неодимом, без которого в альтернативной энергетике не обойтись, — из сплава NdFeB делают постоянные магниты для электрогенераторов. Сейчас используют 23 тыс. тонн этого металла, а в 2050-м при относительно успешной борьбе с потеплением прогноз дает 78–450 тысяч тонн.
90000 Tantalum – Element information, properties and uses 90001 90002 Transcript: 90003 90004 Chemistry in its element: tantalum 90005 90002 90007 90008 (Promo) 90009 90010 90003 90002 You’re listening to Chemistry in its element brought to you by 90013 Chemistry World 90014, the magazine of the Royal Society of Chemistry. 90003 90002 90007 90008 (End promo) 90009 90010 90003 90002 90007 Meera Senthilingam 90010 90003 90002 This week we put down our portable game stations, stop taking photos and turn off our phones, to give some respect to the element that’s helped make our modern lifestyles possible.Here’s John Whitfield. 90003 90002 90007 John Whitfield 90010 90003 90002 Stop a minute. Check your pockets. Rummage in your bag. Chances are that somewhere in there you’ll turn up a mobile phone. Although it might take a few moments, and you might not even be sure where your phone has got to, so light and compact have these ubiquitous devices become. 90003 90002 We’ve got tantalum to thank for making our mobiles so easy to lose. It’s this element that’s allowed them to evolve from the house bricks of the nineteen eighties to the Star-trek style communicators of the noughties.90003 90002 A mixture of powdered tantalum and tantalum oxide is used in mobile phone capacitors, components that store electrical charge and control the flow of current. What makes the elements ideal for phones, and other dinky electronic devices, such as handheld game consoles, laptops and digital cameras, is that the metal is extremely good at conducting both heat and electricity, meaning that it can be used in small components that don ‘t crack up under pressure. 90003 90002 Tantalum, you might say, is the strong, silent type.Its properties have made it an element that gets inside things, hidden but influential. 90003 90002 The boom in mobile electronics means that tantalum is now more in demand, and probably more widely known than at any point since it was discovered in 1802. It’s also made tantalum one of those raw materials that fuel and provoke conflict, leading to some people talking about ‘blood tantalum’ 90003 90002 tantalum was discovered by the Swedish chemist Anders Ekeberg, who extracted the metal from mineral samples.Tantalus was a king in greek mythology who, after stealing secrets from the gods, was punished by being forced to stand in a pool of water that flowed away from him every time he bent his head to drink. The new metal’s refusal to react when immersed in acid reminded Ekeberg of the king’s plight. 90003 90002 After Ekeberg’s discovery, however, tantalum fell prey to a case of mistaken identity, with many chemists believing that it was one and the same as columbium, another metal described at around the same time.90003 90002 The two, which have similar chemical properties and nearly always occur together in nature, were not unequivocally shown to be different until the middle of the nineteenth century, when columbium was renamed niobium, after Niobe, the daughter of Tantalus. 90003 90002 Both are rare earth elements. Tantalum now sits below niobium in the periodic table. It has an atomic number of 73, and an atomic weight of just under 181. It always takes a valence of 5, so, for example, its oxide contains two atoms of tantalum and five of oxygen.90003 90002 In its pure state, tantalum is a grey-blue metal, which can be polished to a silvery sheen. You can hammer it into sheets, and draw it into wires. And, as Ekeberg discovered, it’s tough stuff. Tantalum alloys turn up in hot places such as jet engines and nuclear reactors because the metal’s melting point is around 3,000 degrees centigrade – among the metals, only tungsten and rhenium are higher. 90003 90002 Tantalum’s chemical inertness has also led to it being used in surgical instruments and implants such as pacemakers – it’s neither corroded by body fluids, nor does it irritate living tissue.90003 90002 One promising medical application is in replacement joints. A layer of metal about 50 micrometres thick is deposited onto a porous carbon skeleton to create a rigid material that has a similar structure to bone itself, meaning that once the new joint is in the body, the patient’s bone and soft tissue can bond with and grow into the implant. 90003 90002 Tantalum is relatively rare: it’s the fiftieth commonest element in the earth’s crust. There are only 40 miligrams of the stuff in a cell phone, but with there currently being about two phones for every three people on Earth, that’s still a lot of tantalum.Last year more than two-and-a-half million kilograms were used, two thirds of that in electronic devices. 90003 90002 Historically, the most important source of the metal was Australia, but in late 2008, the world’s largest mine in western Australia, which had supplied about 30% of the world’s total, was mothballed by it’s owners, citing slack demand from manufacturers in the global economic downturn, and cheaper sources of the metal elsewhere. 90003 90002 Elsewhere in this case means Central Africa.The Democratic Republic of Congo in particular contains large deposits of a mineral containing a mix of tantalum and niobium compounds, called columbite-tantalite, colloquially known as coltan. 90003 90002 Profits from coltan mining have helped fund the opposing sides in the DRC’s appalling civil war, which has killed more than 5 million people since 1998. The country’s neighbours have also been accused of smuggling the metal out of the DRC. Human rights groups, and the United Nations, have condemned the trade, meaning that although tantalum might be chemically inert, in the last decade it’s become politically explosive.90003 90002 90007 Meera Senthilingam 90010 90003 90002 So an element under political scrutiny due to its wide range of uses in mobile phones, jet engines, nuclear reactors and even replacement joints. That was John Whitfield with the tantalising story of Tantalum. Now next week, we’ve got an element whose founder is under question. 90003 90002 90007 Eric Scerri 90010 90003 90002 It was not until the twentieth century before protactinium was first discovered. Of course it depends on what one really means by the discovery of an element.Does it mean somebody realizing that a mineral contains a new element, or does it mean the first time an element is actually isolated? Depending on what choice is made the discovery of protactinium can be assigned to different scientists. And in the case of protactinium there is an even further complication. 90003 90002 90007 Meera Senthilingam 90010 90003 90002 So join UCLA’s Eric Scerri who will be revealing this complication in next week’s Chemistry in its element. Until then I’m Meera Senthilingam and thank you for listening.90003 90002 90007 90008 (Promo) 90009 90010 90003 90002 90007 90008 (End promo) 90009 90010 90003 .90000 Tantalum 90001 90002 The chemical element tantalum is classed as a transition metal. It was discovered in 1802 by Anders G. Ekeberg. 90003 90004 Data Zone 90005 90006 90007 90008 Classification: 90009 90008 Tantalum is a transition metal 90009 90012 90007 90008 Color: 90009 90008 gray 90009 90012 90007 90008 Atomic weight: 90009 90008 180.947 90009 90012 90007 90008 State: 90009 90008 solid 90009 90012 90007 90008 Melting point: 90009 90008 3020 90035 o 90036 C, 3293 K 90009 90012 90007 90008 Boiling point: 90009 90008 5560 90035 o 90036 C, 5833 K 90009 90012 90007 90008 Electrons: 90009 90008 73 90009 90012 90007 90008 Protons: 90009 90008 73 90009 90012 90007 90008 Neutrons in most abundant isotope: 90009 90008 108 90009 90012 90007 90008 Shells: 90009 90008 2,8,18,32,11,2 90009 90012 90007 90008 Electron configuration: 90009 90008 [Xe] 4f 90035 14 90036 5d 90035 3 90036 6s 90035 2 90036 90009 90012 90007 90008 Density при 20 90035 o 90036 C: 90009 90008 16.6 g / cm 90035 3 90036 90009 90012 90093 Show more, including: Heats, Energies, Oxidation, 90094 Reactions, Compounds, Radii, Conductivities 90006 90007 90008 Atomic volume: 90009 90008 10.90 cm 90035 3 90036 / mol 90009 90012 90007 90008 Structure: 90009 90008 bcc: body-centered cubic 90009 90012 90007 90008 Hardness: 90009 90008 6.5 mohs 90009 90012 90007 90008 Specific heat capacity 90009 90008 0.14 J g 90035 -1 90036 K 90035 -1 90036 90009 90012 90007 90008 Heat of fusion 90009 90008 36.57 kJ mol 90035 -1 90036 90009 90012 90007 90008 Heat of atomization 90009 90008 782 kJ mol 90035 -1 90036 90009 90012 90007 90008 Heat of vaporization 90009 90008 737 kJ mol 90035 -1 90036 90009 90012 90007 90008 1 90035 st 90036 ionization energy 90009 90008 761 kJ mol 90035 -1 90036 90009 90012 90007 90008 2 90035 nd 90036 ionization energy 90009 90008 1500 kJ mol 90035 -1 90036 90009 90012 90007 90008 3 90035 rd 90036 ionization energy 90009 90008 – 90009 90012 90007 90008 Electron affinity 90009 90008 31.1 kJ mol 90035 -1 90036 90009 90012 90007 90008 Minimum oxidation number 90009 90008 -1 90009 90012 90007 90008 Min. common oxidation no. 90009 90008 0 90009 90012 90007 90008 Maximum oxidation number 90009 90008 5 90009 90012 90007 90008 Max. common oxidation no. 90009 90008 5 90009 90012 90007 90008 Electronegativity (Pauling Scale) 90009 90008 1.5 90009 90012 90007 90008 Polarizability volume 90009 90008 13.1 Å 90035 3 90036 90009 90012 90007 90008 Reaction with air 90009 90008 none 90009 90012 90007 90008 Reaction with 15 M HNO 90232 3 90233 90009 90008 none 90009 90012 90007 90008 Reaction with 6 M HCl 90009 90008 none 90009 90012 90007 90008 Reaction with 6 M NaOH 90009 90008 none 90009 90012 90007 90008 Oxide (s) 90009 90008 TaO 90232 2 90233, Ta 90232 2 90233 O 90232 5 90233 90009 90012 90007 90008 Hydride (s) 90009 90008 Ta 90232 2 90233 H 90009 90012 90007 90008 Chloride (s) 90009 90008 TaCl 90232 3 90233, TaCl 90232 4 90233, TaCl 90232 5 90233 90009 90012 90007 90008 Atomic radius 90009 90008 146 pm 90009 90012 90007 90008 Ionic radius (1+ ion) 90009 90008 – 90009 90012 90007 90008 Ionic radius (2+ ion) 90009 90008 – 90009 90012 90007 90008 Ionic radius (3+ ion) 90009 90008 86 pm 90009 90012 90007 90008 Ionic radius (1 ion) 90009 90008 – 90009 90012 90007 90008 Ionic radius (2 ion) 90009 90008 – 90009 90012 90007 90008 Ionic radius (3 ion) 90009 90008 – 90009 90012 90007 90008 Thermal conductivity 90009 90008 57.5 W m 90035 -1 90036 K 90035 -1 90036 90009 90012 90007 90008 Electrical conductivity 90009 90008 8.1 x 10 90035 6 90036 S m 90035 -1 90036 90009 90012 90007 90008 Freezing / Melting point: 90009 90008 3020 90035 o 90036 C, 3293 K 90009 90012 90093 90002 High purity tantalum. Photo by Tomihahndorf. 90003 90002 Tantalum capacitors 90003 90004 Discovery of Tantalum 90005 90002 Author: Dr. Doug Stewart 90003 90002 Tantalum was discovered by Anders G. Ekeberg in 1802, in Uppsala, Sweden, in the minerals tantalite from Finland and yttrotantalite from Sweden.90003 90002 Unfortunately for Ekeberg, in 1809 the well-known English chemist Willian Wollaston said there had been no discovery and there was no new element. 90003 90002 Wollaston claimed Ekeberg’s new element was actually niobium, which had also been discovered in 1802. The scientific community came to believe Wollaston was right and that Ekeberg’s claim for a new element had been a mistake. 90003 90002 Tantalum and niobium are in fact hard to separate from one another, which led to Wollaston’s error.90003 90002 In 1846 German mineralogist Heinrich Rose finally proved beyond doubt that tantalum and niobium were different elements. 90003 90002 In 1903 Werner von Bolton refined tantalum metal for the first time. 90003 90002 The element name comes from the Greek mythological character Tantalos. Niobe (niobium) was the daughter of Tantalos. Ekeberg gave his new element the name tantalum because it had been a tantalizing element to find. 90003 90375 Appearance and Characteristics 90376 90002 90378 Harmful effects: 90379 90003 90002 Tantalum is considered to be non-toxic.90003 90002 90378 Characteristics: 90379 90003 90002 Tantalum is a rare, shiny, gray, dense metal. It is highly ductile and can be drawn into a thin wire. 90003 90002 Its chemical properties are very similar to those of niobium. Tantalum is highly corrosion resistant due to the formation of an oxide film. It is an excellent conductor of heat and electricity. 90003 90002 The metal has a melting point exceeded only by tungsten and rhenium. Tantalum is one of the five major refractory metals (metals with very high resistance to heat and wear).The other refractory metals are tungsten, molybdenum, rhenium and niobium. 90003 90004 Uses of Tantalum 90005 90002 Tantalum is used in the electronics industry for capacitors and high power resistors. 90003 90002 It is also used to make alloys to increase strength, ductility and corrosion resistance. 90003 90002 The metal is used in dental and surgical instruments and implants, as it causes no immune response. 90003 90004 Abundance and Isotopes 90005 90002 Abundance earth’s crust: 1.7 parts per million by weight, 0.2 parts per million by moles 90003 90002 Abundance solar system: 90003 90002 Cost, pure: $ 450 per 100g 90003 90002 Cost, bulk: $ 8.10 per 100g 90003 90002 Source: Tantalum is not found free in nature but in minerals such as columbite and tantalite. Minerals that contain tantalum often also contain niobium. Commercially, tantalum is extracted by first forming the oxide (Ta 90232 2 90233 O 90232 5 90233). The oxide is then reduced using carbon or hydrogen.90003 90002 Isotopes: Tantalum has 31 isotopes whose half-lives are known, with mass numbers from 156 to 186. Naturally occurring tantalum consists of its one stable isotope, 90035 181 90036 Ta. 90003 90002 90003 90423 References 90424 90423 Cite this Page 90424 90002 For online linking, please copy and paste one of the following: 90003 90429 Tantalum 90430 90002 or 90003 90429 Tantalum Element Facts 90430 90002 To cite this page in an academic document, please use 90003.90000 90001 Tantalum Facts 90002 90003 90004 In 1802, Anders Ekeberg of Sweden discovered tantalum. 90005 90006 90003 90004 The year before, the element columbium had been discovered by Charles Hatchett. 90005 90006 90003 90004 In 1809 another scientist, William Hyde Wollaston, compared both discoveries and realized they were both the same element. 90005 90006 90003 90004 Further dispute over the results in 1846 led to the discovery of niobium as well.90005 90006 90003 90004 Tantalum is highly ductile and highly conductive of both electricity and heat. 90005 90006 90003 90004 It is well known for its ability to resist corrosion by acid, even aqua regia, or the destructive nitrohydrochloric acid. 90005 90006 90003 90004 It is believed that tantalum is found in the Earth’s crust between one and two parts per million. 90005 90006 90003 90004 There are a wide variety of minerals that contain tantalum, but only five that are viable for commercial uses at the present: euxenite, microlite, polycrase, tantalite, and wodginite.90005 90006 90003 90004 Of these minerals, tantalite is the most important for tantalum mining. 90005 90006 90003 90004 Tantalite is almost identical to columbite, the mineral at the center of the early controversy about the element. 90005 90006 90003 90004 When tantalum exceeds niobium in the mineral, it is labeled tantalite; when the niobium content is greater than that tantalum content, the mineral is columbite.90005 90006 90003 90004 Due to tantalum’s high density, gravitational separation is the most common way to extract the element from minerals. 90005 90006 90003 90004 Tantalum has two naturally occurring isotopes, one of which is stable. 90005 90006 90003 90004 Tantalum’s unstable isotope, Ta-180m, is the scarcest isotope in the Universe. 90005 90006 90003 90004 Tantalum has been studied as a potential salting agent in nuclear weapons, which would increase the radioactive fallout and affect a wider area.90005 90006 90003 90004 Through the theoretical tantalum salting, the intensity of the gamma rays to over one million electron-volts each. 90005 90006 90003 90004 Most of the tantalum used commercially is in its powdered form for building electronics. 90005 90006 90003 90004 Tantalum is also widely used as an alloy due to its high melting point and anti-corrosion properties. 90005 90006 90003 90004 Tantalum is also biocompatible, making it used in medical implants and the coatings of implants.90005 90006 90079.90000 Tantalum | chemical element | Britannica 90001 90002 90003 Tantalum (Ta) 90004, chemical element, bright, very hard, silver-gray metal of Group 5 (Vb) of the periodic table, characterized by its high density, extremely high melting point, and excellent resistance to all acids except hydrofluoric at ordinary temperatures. 90005 90002 Britannica Quiz 90005 90002 118 Symbols and Names of the Periodic Table Quiz 90005 90002 Rn 90005 90002 Closely associated with niobium in ores and in properties, tantalum was discovered (1802) by the Swedish chemist Anders Gustaf Ekeberg and named after the mythological character Tantalus because of the tantalizing problem of dissolving the oxide in acids.Due to the great chemical similarity of niobium and tantalum, the establishment of the individual identities of the two elements was very difficult. Tantalum was soon identified with niobium (then called columbium), but in тисячу вісімсот сорок чотири the German chemist Heinrich Rose demonstrated their distinct characters. Although some of the impure metal was isolated earlier, the Russian chemist Werner Bolton prepared (1903) the first ductile tantalum, which was used briefly as incandescent lamp-filament material. 90005 90002 Relatively rare, tantalum is about as abundant as uranium.It occurs, with niobium, in the columbite-tantalite series (in which columbite [FeNb 90015 2 90016 O 90015 6 90016] and tantalite [FeTa 90015 2 90016 O 90015 6 90016] occur in highly variable ratios) and the pyrochlore-microlite series of minerals. Native tantalum metal with some niobium and traces of manganese and gold occurs sparingly in Russia in placers in the Ural Mountains and possibly the Altai Mountains in Central Asia. Rwanda is the world’s largest extractor of tantalum. (For mineralogical properties, 90023 see 90024 native element [table].) 90005 90002 Tantalum is separated from niobium compounds by solvent extraction in a liquid-liquid process and is then reduced to metallic tantalum powder. The massive metal is produced by powder metallurgy techniques. It can also be obtained by either electrolysis of fused salts or reduction of fluoro complexes with a very reactive metal such as sodium. The most important uses for tantalum are in electrolytic capacitors and corrosion-resistant chemical equipment. Tantalum capacitors have the highest capacitance per unit volume of any capacitors and are used extensively in miniaturized electrical circuitry.Other uses include getters and components in electron tubes, rectifiers, and prosthetic devices. 90005 Get exclusive access to content from our тисяча сімсот шістьдесят вісім First Edition with your subscription. Subscribe today 90002 Tantalum is chemically much like niobium because both have similar electronic configurations and because the radius of the tantalum ion is nearly the same as that of niobium as a result of the lanthanoid contraction. Tantalum is usually in the +5 oxidation state in its compounds; lower oxidation states, especially from +2 to +4, have been prepared.Tantalum compounds are relatively unimportant commercially, although the carbide TaC is used in cemented-carbide tools for machining hard metals. Nearly all naturally occurring tantalum is in one stable isotope, tantalum-181. However, a small amount, 0.012 percent, is tantalum-180, which has the unusual property of being found in its excited state. The tantalum-180 excited state has a half-life of more than 1.2 × 10 90029 15 90030 years; the ground state (the lowest energy state) has a half-life of only 8.154 hours. 90005 90032 90033 Element Properties 90034 90035 90036 90037 atomic number 90038 90039 73 90040 90041 90036 90037 atomic weight 90038 90039 180.94788 90040 90041 90036 90037 melting point 90038 90039 2,996 ° C (5,425 ° F) 90040 90041 90036 90037 boiling point 90038 90039 5,425 ° C (9,797 ° F) 90040 90041 90036 90037 specific gravity 90038 90039 16.6 at 20 ° C (68 ° F) 90040 90041 90036 90037 oxidation states 90038 90039 +2, +3, +4, +5 90040 90041 90036 90037 electron configuration 90038 90039 [Xe] 4 90023 f 90024 90029 90030 90029 14 90030 5 90023 d 90024 90029 3 90030 6 90023 s 90024 90029 2 90030 90040 90041 90092 90093 .