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/см 3 ;
• температура плавления - 3015 0 С;
• температура кипения вещества составляет 5300 0 С.

Свойства металла

Благодаря указанным характеристикам тантал, несомненно, обладает следующими преимущественными свойствами:

1. Тантал является тугоплавким металлом, и, как следствие, элемент имеет следующие свойства:

• небольшой показатель линейного расширения;
• хороший уровень теплопроводности;
• высокая механическая прочность и пластичность.

1. 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.
2. 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.

1. 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 0 С.
2. Тантал достаточно устойчив к воздействию металлов жидкой структуры, имеющих низкую температуру расплавления.
3. Тантал имеет прекрасные характеристики устойчивости на воздухе при температуре до 400 0 С, при этом появляется защитная пленка из окисла, возникающая в процессе хранения или обработки.
4. Тантал, выплавленный электроннолучевым способом, обладает увеличенным свойством пластичности, которое при деформации металла позволяет выполнять большую степень сжатий.
5. Хорошо преобразуется в листовой прокат, который хорошо поддается ковке.
6. 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.
7. 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:

1. азотная;
2. оляная;
3. серная;
4. фосфорная;
5. уксусная.

• изготовление перекиси водорода, брома и хлора;
• изготовление химоборудования следующих видов:

1. аэраторы;
2. дистилляционные установки;
3. змеевики разных видов;
4. мешалки;
5. 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.

ТАНТАЛ (химический элемент) ТАНТАЛ (химический элемент)

ТАНТА́Л (лат. Tantalum, по имени мифического Тантала (см. ТАНТАЛ (в мифологии)) ), Та (читается «тантал»), химический элемент с атомным номером 73, атомная масса 180,9479. Природный тантал состоит из стабильного изотопа 181 Ta (99,988 % по массе) и радиоактивного 180 Ta (0,0123%, Т 1/2 10 13 лет). Конфигурация двух внешних электронных слоев 5s 2 p 6 d 3 6s 2 . Степень окисления +5, реже +4, +3, +2 (валентность V, IV, III и II). Расположен в группе VВ, в 6 периоде периодической системы элементов.
Радиус атома 0,146 нм, радиус ионов (координационное число 6) Та 5+ - 0,078 нм, Та 4+ - 0,082 нм, иона Та 3+ - 0,086 нм. Энергии последовательной ионизации 7,89, 16,2 эВ. Работа выхода электронов 4,12 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,5.
История открытия
Открыт в 1802 шведским химиком А. Экебергом (см. ЭКЕБЕРГ Андерс Густав) . До 1844 тантал считали разновидностью колумбия, когда немецкий химик Г. Розе (см. РОЗЕ (немецкие ученые, братья)) установил, что речь идет о двух разных, близких по свойствам элементах.
Металлический тантал впервые получил в 1903-1905 В. фон Болтону.
Нахождение в природе
Содержание в земной коре 2,5·10 -4 % по массе. В свободном виде не встречается, обычно сопутствует ниобию. Входит в состав минералов: танталит-колумбит и пирохлор. Как примесь содержится в касситерите (см. КАССИТЕРИТ) .
Получение
Промышленное получение тантала начинается с обогащения сырья. Приготовленные танталитовые (колумбитовые) или пирохлоровые концентраты с суммарным содержанием Та 2 О 5 и Nb 2 O 5 до 50% далее растворяют в плавиковой кислоте и затем получают фтортанталат K 2 TaF 7 и фторниобат K 2 NbF 7 Эти соли затем разделяют многократной дробной кристаллизацией. В последнее время для разделения ниобия и тантала все более широко используют экстракцию.
Для получения металла из K 2 TaF 7 применяют натрийтермию:
K 2 TaF 7 +5Na=Та+2КF+5NaF.
Полученный порошкообразный тантал далее спекают в вакууме в электродуговых или электроннолучевых печах.
Физические и химические свойства
Блестящий серебристо-серый металл, с кубической объемно-центрированной решеткой типа a-Fe (а =0,3296 нм). Температура плавления 3014°C, кипения 5500°C, плотность 16,60 кг/дм 3 . Характеризуется высокой химической инертностью, тяжелый металл. При комнатной температуре не реагирует с кислородом (см. КИСЛОРОД) , галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) , кислотами (см. КИСЛОТЫ) и щелочами (см. ЩЕЛОЧИ) . Окисляется кислородом только при температуре выше 300°C, образуя оксид Та 2 О 5 .
При сплавлении Та 2 О 5 с различными оксидами получают танталаты - соли гипотетических мета-НТаО 3 , орто-Н 3 ТаО 4 и политанталовых кислот Н 2 О·х Та 2 О 5 .
Кроме оксида Та 2 О 5 , тантал образует также диоксид ТаО 2 .
С галогенами тантал при нагревании образует пентагалогениды ТаHal 5 . Восстановлением ТаHal 5 (Hal=Cl, Br или I) получают тетрагалогениды ТаHal 4 . Пентагалогениды тантала (кроме пентафторида) легко гидролизуются водой. Уже при температурах выше 200-250°C эти пентагалогениды сублимируют.
В присутствии паров воды и кислорода ТаCl 5 образует оксихлорид ТаOCl 3 .
Вcаимодействуя с графитом, образует карбиды Та 2 C и ТаC - твердые, химически стойкие и очень жаропрочные соединения. В системе Тl - С установлены три фазы переменного состава. Сходным образом ведет себя тантал в системах с фосфором,азотом и мышьяком. При взаимодействии тантала с серой синтезированы сульфиды: ТаS 2 и ТаS 3 .
Применение
Из тантала изготовляют теплообменники, нагреватели, тигли для вакуумной плавки металлов. Применяют при изготовлении электролитических конденсаторов и ответственных деталей электронных приборов.
Благодаря хорошей биосовместимости с живыми тканями человека, используют для костного протезирования. Из нитрида тантала TaN возможно создание устойчивых к истиранию покрытий. Служит легирующей добавкой к некоторым сталям (см. СТАЛЬ) . Танталат лития - хороший сегнетоэлектрик (см. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ) .

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "ТАНТАЛ (химический элемент)" в других словарях:

Тантал (латинское Tantalum), Та, химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 73, атомная масса 180,948; металл серого цвета со слегка свинцовым оттенком. В природе находится в виде двух изотопов: стабильного 181Та… … Большая советская энциклопедия

Тантал: Тантал химический элемент. Тантал царь Сипила во Фригии. Тантал внук старшего Тантала. ОАО «Тантал» завод в Саратове. Тантал одна из резиденций президента Российской Федерации на берегу реки Волги в… … Википедия

- (лат. Tantalus, греч. Tantalos). В мифологии: царь фригийский, допущенный Юпитером к столу богов, но за разглашение божеских тайн в преисподнем царстве наказанный тем, что висящие над ним плоды и доходящая до его подбородка вода, как скоро он их… … Словарь иностранных слов русского языка

Тантал (элемент) химический элемент. Тантал (мифология) царь Сипила во Фригии. Тантал (сын Бротея) (либо Фиеста) внук старшего Тантала. ОАО «Тантал» завод в Саратове … Википедия

- (Tantalum), Ta, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 73, атомная масса 180,9479; металл, tпл 3014шC. Используют в химическом машиностроении, медицине для костного протезирования (биосовместимый материал) и др. Тантал… … Современная энциклопедия

- (символ Та), редко встречающийся блестящий голубовато серый металл, химический элемент, открытый в 1802 г. Его основной источник колумбит танталит. Твердый, но пластичный, тантал используется в виде проволоки, а также в электрических элементах, в … Научно-технический энциклопедический словарь

Тантал (хим.) - ТАНТАЛ (Tantalum), Ta, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 73, атомная масса 180,9479; металл, tпл 3014°C. Используют в химическом машиностроении, медицине для костного протезирования (биосовместимый материал) и др.… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

тантал - Та Химический элемент; напр. используется при изготовлении ядерных реакторов, в качестве радиоактивного индикатора и др. [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы Та EN tantalum … Справочник технического переводчика

73 Гафний ← Тантал → Вольфрам … Википедия

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. ● Герой… … Энциклопедический словарь

Тантал занимает особое место в группе известных химических элементов. Данный металл не относится к благородным, однако эксплуатационные качества делают его востребованным в самых разных сферах. Причем это касается не только строительных и производственных отраслей, но и ювелирного искусства. На сегодняшний день само применение тантала весьма ограничено в силу его редкости. И все же на рынке представлен широкий ассортимент изделий из этого материала.

Общие сведения о металле

В природе не существует тантала в чистом виде. Обычно его добывают вместе с другими минералами, схожими с ним по характеристикам. Эта особенность элемента и обусловила его довольно позднее открытие. Но в наши дни существуют эффективные способы выделения тантала, одним из которых является экстракционный метод. Специально для получения металлического материала применяется также электролиз. С помощью графитового тигля основу с содержанием элемента расплавляют, после чего на стенках емкости остается порошок. Дальнейшая технология обработки исходного сырья зависит от того, каким будет применение тантала: ему можно придавать вид слитка, проволоки, листа, детали определенной формы или же оставить в форме смеси для распыления. Популярны и технологии формирования сплавов из порошка тантала. Комбинация с легирующими веществами позволяет усилить отдельные свойства материала.

Физические свойства

Металл отличается повышенной температурой плавления порядка 3017 °C, что позволяет его использовать в экстремальных термических условиях на производствах. В то же время он обладает редкой комбинацией свойств пластичности и твердости. Что касается первого, то он мягкий как золото. При этом твердость тантала составляет 16,65 г/см 3 . Такое сочетание физических качеств позволяет с легкостью обрабатывать материал, придавая ему разные формы и размеры, а также использовать в ответственных механизмах и конструкциях. Мелкие элементы хорошо себя проявляются в качестве шестеренок и деталей электроприборов. Тантал стоек к износу и долговечен, поэтому из него делают расходные компоненты с расчетом на длительную эксплуатацию. Кроме того, этот металл может выступать эффективным поглотителем газа. При высоких температурах у деталей из тантала также раскрываются высокие токопроводящие свойства.

Химические свойства

В чистом виде металл эффективно противостоит воздействию щелочей, органических и неорганических кислотных веществ, а также влиянию других активных сред. Разве что в расплавленном виде щелочи оказывают на тантал заметное воздействие. Процессы окисления происходят при температурном режиме не ниже 280 °C, а с галогенными компонентами он вступает в реакцию при 250 °C. Химические свойства тантала в контактах с реагентами можно сравнить со стеклом. Он не растворяется в кислотных средах за исключением азотной и плавиковой. Проявляет стойкость данный материал и к серной кислоте независимо от ее концентрации. Однако процессы активности в большинстве случаев оказывают несущественное влияние на структуру металла. Обычно изменения проявляются или в форме покрытия пленкой, или в виде корродирования.

Где применяется тантал?

Данный металл не является массовым, но сфер его использования очень много. В первую очередь это промышленность. Элемент задействуется в металлургии, в пищевом секторе, в обрабатывающих отраслях, радиотехнике, машиностроении и т. д. В строительной сфере этот металл не так востребован именно из-за ограниченности объемов добычи, но отдельные элементы конструкций все же выполняются из этого материала - как правило, метизы, предназначенные для ответственных задач усиления конструкций. Чтобы понять, где используется тантал, важно обращать внимание и на его эксплуатационные свойства. Уже отмечалось, что он может выступать неплохим проводником. Поэтому его используют в качестве сверхпроводника в электротехнике. С другой стороны, жаропрочность открывает возможности для его применения в термической обработке других металлов. Благодаря повышенной плотности тантал стал оптимальным решением и в оборонной промышленности. Из него делают снаряды, обладающие высокой пробивной мощностью.

Проволока из тантала

Металлопрокат в целом является наиболее обширной формой представления данного материала на рынке. Существенную нишу в сегменте занимает проволока. Она необычна тем, что благодаря скромным размерам может использоваться как нить. Это объясняет ценность тантала для медицинской сферы - изделия такого рода применяются для накладывания швов и повязок. Но это лишь пример, демонстрирующий одно из отличительных качеств такой проволоки. Более крупные форматы применяются в машино-, авиа-, станкостроении и капитальном строительстве. Причем в зависимости от назначения может использоваться мягкий и твердый металл. Тантал, благодаря податливости с точки зрения обработки, позволяет выпускать длинную проволоку от 1500 см при толщине от 0,15 мм и более. На готовых изделиях, как отмечают пользователи, редко встречаются заусенцы, трещины и прочие дефекты. Однако тонкая структура все же накладывает требования на условия хранения и транспортировки - в частности, проволоку не рекомендуется подвергать контактам с влагой и агрессивными средами.

Лента из тантала

Этот формат выпуска металлопроката также имеет широкое распространение. Ленты применяются в той же медицине, в нефтяной промышленности, машиностроении и даже в энергетической отрасли. Потребители ценят этот продукт за биосовместимость, высокую прочность при тонкой структуре, хорошую обрабатываемость и стойкость к процессам коррозии. Если сравнивать подобные изделия из тантала с аналогами из стали или алюминия, то на первый план выйдет износостойкость и долговечность. Лента способна выдерживать большие нагрузки на разрыв и химические воздействия. С другой стороны, высокая пластичность не позволяет таким изделиям стабильно поддерживать определенную форму. Даже незначительное давление приводит к деформации.

Сплавы на основе тантала

Модифицированные легирующими компонентами сплавы преимущественно обретают более высокие качества физической прочности и жаростойкости. Достаточно сказать, что среднее по характеристикам изделие сможет выдерживать температурные воздействия в режиме 1650 °С, не утрачивая своих эксплуатационных качеств. Собственно, это и позволяет применять сплавы тантала в химической промышленности, энергетике, металлургии и приборостроении. Более того, некоторые предприятия используют данный материал в изготовлении элементов для ракетно-космической сферы. В зависимости от направления использования, технологи разрабатывают разные составы для легирования тантала. В одних случаях модификация позволяет добиться более высокой пластичности, а в других, к примеру, сделать материал пригодным для выполнения сварочных операций электронно-лучевым методом. Также и сам тантал может выступать в качестве легирующего компонента. Обычно такой способ улучшения эксплуатационных свойств используют для придания основным металлам антикоррозийности и жаропрочности.

Тантал в радиотехнике

В сферах производства электротехнических устройств и деталей на первый план выходит возможность сохранения оптимальной токопроводности и поддержание частотных сигналов при сокращении размеров элементной базы. По этой причине тантал часто используется в изготовлении конденсаторов, тиристоров, транзисторов и семисторов. Прежде для тех же конденсаторов применялись рулоны листового алюминия. Это решение предполагало возможность повышения эксплуатационных параметров только в случае увеличения размеров самой детали. И это не говоря об обратном понижении других характеристик, связанных с наращиванием объема конденсатора. Увеличить электрический объем при сохранении размеров детали позволило применение тантала, который также отличается стойкостью к негативным процессам, в которых участвуют радиоэлектронные компоненты. Другое дело, что и алюминий не выходит из строя в этой области, поскольку он доступнее по цене.

Заключение

Этот металл вовсе не обладает уникальными или нестандартными свойствами. У него немало привлекательных качеств, среди которых та же антикоррозийность, твердость или жаростойкость. Но эти характеристики по отдельности присутствуют и в других металлах. Причем в некоторых они выражены гораздо сильнее. Однако сочетание, на первый взгляд, противоположных свойств в одном элементе действительно является уникальным. Технологи стремятся достигать особых комбинаций в рабочих качествах материалов искусственными способами, а в данном случае они обуславливаются природой происхождения. Например, применение тантала в медицине и в металлургии ставит целью совершенно разные задачи. В одном случае ценится высокая прочность при небольших размерах изделия, а во втором - податливость в обработке. Но есть и негативное свойство тантала, которое распространяется на все сферы его использования, - это высокая стоимость, а в некоторых случаях и физическая недоступность.

Тантал - светло-серый металл со слегка синеватым оттенком. По тугоплавкости (температура плавления около 3000°С) он уступает лишь вольфраму и рению. Высокая прочность и твердость сочетаются в нем с отличными пластическими характеристиками. Чистый тантал хорошо поддается различной механической обработке, легко штампуется, перерабатывается в тончайшие листы (толщиной около 0,04 миллиметра) и проволоку.

Тантал имеет кубическую объемноцентрированную решетку (а = 3,296 Å); атомный радиус 1,46 Å, ионные радиусы Та 2+ 0,88 Å, Та 5+ 0,66 Å; плотность 16,6 г/см 3 при 20 °С; t пл 2996 °С; Т кип 5300 °С; удельная теплоемкость при 0-100°С 0,142 кдж/(кг·К) ; теплопроводность при 20-100 °С 54,47 Вт/(м·К) . Температурный коэффициент линейного расширения 8,0·10 -6 (20-1500 °С); удельное электросопротивление при 0 °С 13,2·10 -8 ом·м, при 2000 °С 87·10 -8 ом·м.

При 4,38 К становится сверхпроводником. Тантал парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость 0,849·10 -6 (18 °С). Чистый тантал - пластичный металл, обрабатывается давлением на холоду без значительного наклепа. Его можно деформировать со степенью обжатия 99% без промежуточного отжига. Переход Тантала из пластичного в хрупкое состояние при охлаждении до -196 °С не обнаружен.

Модуль упругости тантала 190 Гн/м 2 (190·10 2 кгс/мм 2) при 25 °С. Предел прочности при растяжении отожженного Тантала высокой чистоты 206 Мн/м 2 (20,6 кгс/мм 2) при 27 °С и 190 Мн/м 2 (19 кгс/мм 2) при 490 °С; относительное удлинение 36% (27 °С) и 20% (490 °С). Твердость по Бринеллю чистого рекристаллизованного Тантала 500 Мн/м 2 (50 кгс/мм 2). Свойства тантала в большой степени зависят от его чистоты; примеси водорода, азота, кислорода и углерода делают металл хрупким.