Die Geschichte des Taxis. Kabardino-Balkarien: Religion, Geschichte und interessante Fakten. Hauptaktivitäten der Abteilung

Tantal ist ein „intelligentes Metall“

Tantal, dessen Eigenschaften und Eigenschaften sich als wirklich einzigartig erwiesen, wird mittlerweile als „intelligentes Metall“ bezeichnet.

Eine kleine Geschichte

Tantal wurde 1802 entdeckt. Schwedischer Chemiker A.G. Ekeberg untersuchte die gefundenen Mineralien und entdeckte, dass sie ein damals unbekanntes Element enthielten, das er jedoch nicht in reiner Form isolieren konnte. Ein unbekanntes Metall wurde nach dem antiken Griechen benannt mythologischer Held Tantalus. Vier Jahrzehnte lang glaubten Chemiker fälschlicherweise, dass Tantal und das damals bekannte Niob ein und dasselbe seien Chemisches Element. Deutschen Chemikern gelang es 1903, es in reiner Form zu erhalten, und während des Zweiten Weltkriegs begann es aktiv für industrielle Zwecke genutzt zu werden.

Beschreibung und Eigenschaften von Tantal

IN Periodensystem dieses Metall nimmt den 73. Platz ein und wird mit Ta bezeichnet.

Bei normale Bedingungen hat eine silbrige Farbe, die im Aussehen Silber und einigen anderen Edelmetallen ähnelt. Aufgrund der Oxidation in der Luft wird es mit einem Oxidfilm bedeckt, verdunkelt sich und ähnelt eher Blei. Bei Zimmertemperatur Die Oxidation verläuft sehr langsam, sodass das Metall seine charakteristische Farbe lange behält. Die aktive Oxidation an der Luft beginnt bei Temperaturen über 280 °C.

Das Metall reagiert mit Halogenen niedrige Temperaturen, wird aber sofort mit einem Oberflächenfilm überzogen, der es im gesamten Volumen vor weiteren Reaktionen schützt.

Der Schmelzpunkt ist mit 3017 °C relativ hoch. Sie ist viel höher als die vieler Metalle. Zum Vergleich:

• Blei – 327°C;
• Aluminium – 660°C;
• Messing – bis 1000°C;
• Gold – 1064°C;
• Kupfer – 1083°C;
• Eisen – 1540°C.

Aufgrund der höchsten Festigkeit von Tantalmetall wird es in vielen Branchen eingesetzt

Unter den in der Industrie weit verbreiteten Materialien hat Tantal einen schlechteren Schmelzpunkt als Wolfram, dessen Wert bei 3420 °C liegt.

Die Dichte von Tantal beträgt 16.700 kg/m3; dieses Metall ist viel dichter als gewöhnliches Eisen und Kupfer, für die sie 7870 bzw. 8940 kg/m3 beträgt. Von der Dichte her ist es mit Gold vergleichbar, dessen Dichte 19320 kg/m3 beträgt. Tantal hat eine hohe Härte. Trotz seiner Eigenschaften ist es ein sehr duktiles Metall. Das Material kann bis zu einer Dicke von 1 Mikrometer ausgerollt werden. Nur Gold hat eine solche Plastizität.

Das Material wird ohne Erhitzen gewalzt, was die Verarbeitung erheblich vereinfacht. Die mechanische Festigkeit kann durch Kalthärten erhöht werden. Bei Temperaturen unter - 196°C verschwindet die Eigenschaft der Plastizität und das Metall wird spröde.

Von magnetische Eigenschaften Tantal wird als paramagnetisch eingestuft. Die Eigenschaften eines paramagnetischen Materials kommen bei Temperaturen unter 3420 °C gut zur Geltung, dann wird das Metall ferromagnetisch.

Tantal hat die höchste Beständigkeit gegen aggressive Handlungen Umfeld. Es wird durch Salpetersäure in einer Konzentration von 70 % nicht zerstört. Funktioniert bei ihm nicht Schwefelsäure, auf 150 °C erhitzt, aber wenn die Temperatur der Säure auf 200 °C ansteigt, beginnt die langsame Zerstörung des Metalls.

Diese Korrosionsbeständigkeit des Metalls, die die von Edelstahl übertrifft, hat es in zahlreichen Produktionsprozessen unverzichtbar gemacht.

Zum Highlight Edelmetalle Die Elektrolyse erfolgt aus Lösungen und Schmelzen ihrer Salze. Doch die Kathoden, auf denen sich Edelmetalle ablagern, werden schnell zerstört. Der Ersatz von Kathoden aus herkömmlichen Metallen durch Tantal machte den Elektrolyseprozess deutlich effizienter und kostengünstiger. Diese Methode wird auch verwendet, um Seltenerdelemente aus Erzen zu isolieren.

Tantal weist eine hohe biologische Verträglichkeit auf und wurde daher erhalten Breite Anwendung In Behandlung. Daraus hergestellte Prothesen und Implantate haben keine chemische Wirkung auf den Körper, oxidieren nicht und werden daher vom Körper nicht abgestoßen.

ZU gute Führer elektrischer Strom Tantal kann nicht zugeschrieben werden, es Widerstand bei 20°C beträgt er 0,13 Ohm*mm²/m und ist damit größer als der von Eisen (0,1 Ohm*mm²/m). Allerdings hat es eine relativ hohe Übergangstemperatur in den supraleitenden Zustand, sie beträgt 4,5 K. Mit mehr hohe Temperatur Vanadium (5,3 K), Blei (7,2 K) und sein „Zwilling“ Niob (9,2 K) gehen in den Zustand der Supraleitung über. Diese Eigenschaft von Tantal hat dazu geführt, dass es bei der Herstellung von Kryoton-Supraleitern für die elektronische Computertechnologie gefragt ist. In der Funkelektronik werden Kondensatoren mit Tantalplatten verwendet. Sie erwiesen sich als die effektivsten, können aber auch bei niedrigen Spannungswerten arbeiten.

IN Militärindustrie Tantallegierungen werden verwendet, um die Durchschlagskraft von Projektilen zu erhöhen.

Für wissenschaftliche und militärische Zwecke werden radioaktive Isotope zur Erzeugung von Gammastrahlungsquellen verwendet. Radioaktive Isotope sind Teil von Fossilien, kommen aber in viel höheren Konzentrationen im Abfall nach der Arbeit vor. Kernreaktoren.

Tantal wird beim Bau von Schutzvorrichtungen für Kernreaktoren verwendet, da es eines der wenigen Elemente ist, das durch die Einwirkung von Cäsiumdampf nicht zerstört wird.

Auf die Oberfläche des Schneidwerkzeugs wird Tantalkarbid aufgebracht, um ihm eine besondere Festigkeit zu verleihen. Dieses Werkzeug wird zum Schneiden und Bohren besonders haltbarer Materialien beim Bohren von Tiefbrunnen in hartem Gestein verwendet.

Aufgrund seiner hohen Festigkeit, Oxidationsbeständigkeit und seines hohen Schmelzpunkts wird Tantal bei der Herstellung von Flugzeug- und Raketentriebwerken verwendet.

Teile aus Tantal halten in aggressiven Umgebungen zehn Jahre länger als Teile aus anderen Materialien mit hoher Korrosionsbeständigkeit.

Alle physikalische Eigenschaften Durch die Zugabe von Legierungszusätzen kann das Material verändert werden.

Tantalabbau

Dank Erkundungsarbeiten wurden neue Vorkommen des Metalls Tantal entdeckt

Die Erdkruste enthält etwa 0,0002 % Tantal und wird daher als seltenes Element eingestuft. Aber fast alle Länder verfügen über Vorkommen seiner Verbindungen. In Europa befinden sich die größten und reichsten Vorkommen in Frankreich, kleinere Vorkommen gibt es in den meisten Ländern ehemalige UdSSR. Unter Afrikanische LänderÄgypten verfügt über die größten Rohstoffreserven. Aber die größten und ergiebigsten Vorkommen, die bisher bekannt und erschlossen sind, befinden sich in Australien.

Das Element kommt in Form seiner eigenen Salze vor oder ist Bestandteil anderer Mineralien. Im zweiten Fall ist es zwangsläufig von Niob begleitet. Mineralien können stabil oder radioaktiv sein.

Die Gewinnung dieses Metalls beträgt 420 Tonnen pro Jahr. Die führenden Produktions- und Verarbeitungsländer sind die USA und Deutschland.

Aufgrund der globalen Krise ging die Nachfrage nach Tantal leicht zurück, seit 2010 ist sie jedoch wieder gestiegen. IN In letzter Zeit Es werden aktive Erkundungsarbeiten durchgeführt. Dank ihnen wurden neue Vorkommen in den USA, Brasilien und Südafrika entdeckt.

(Tantal; benannt nach dem mythologischen phrygischen König Tantalus), Ta-khim. Element der Gruppe V Periodensystem Elemente; bei. N. 73, bei. m. 180,9479. Kunststoffmetall in grau-stahlfarbener Farbe mit bläulicher Tönung. Die typischste Oxidationsstufe für T. ist + 5; Es sind auch Verbindungen mit den Oxidationsstufen 1, + 1, + 2, + 3 und + 4 bekannt. Natürliches T. besteht aus stabiles Isotop 181Ta und das radioaktive Isotop 180Ta mit einer Halbwertszeit von 1012 Jahren. 15 erhalten radioaktive Isotope. T. wurde erstmals (1802) vom schwedischen Chemiker A. G. Ekeberg in Mineralien entdeckt Skandinavische Halbinsel. Aufgrund der Nähe von physikalisch-chemischen. St. in Tantal und begleiten sich immer, und sie galten lange Zeit als identisch. In seiner reinen Form erhielt T. (1903) Deutsch. Chemiker V. von Bolton. Abschlussball. Die Produktion von T. begann 1922 (USA).

Tantalgehalt in der Erdkruste 2< 10-4 %. Т. в природе встречается совместно с ниобием в виде изоморфных танталитов и ниобатов, Известно более 100 минералов, содержащих тантал. Основные из них: колумбит-танталит, микролит, некоторые титановые (напр., ильменорутил). Большинство танталовых руд содержит значительное количествониобия. Kristallzelle T. kubisch raumzentriert mit Periode a - 3,3025 A. Dichte 16,65 g/cm9; Schmelzpunkt 2996 °C; Siedepunkt 53009 C; Temperaturkoeffizient. lineare Erweiterung(Grad): 6,55 x 10-6 (Temperatur 0–100 °C); 6,6 x 10-6 (Temperatur 0–500° C) und 8,0 x 10-6 (Temperatur 20–1500° C); Koeffizient Wärmeleitfähigkeit (bei Raumtemperatur) 0,130 cal/cm x Sek. x Grad. Spezifische Wärmekapazität (cal/g-deg): 0,03322 (Temperatur 0 °C); 0,03364 (Temperatur 100 °C); 0,03495 (Temperatur 400 °C); 0,03679 (Temperatur 800 °C); 0,03873 (Temperatur 1200 °C); 0,04078 (Temperatur 1600 °C) und 0,044 (Temperatur 2000 °C). Spezifisch elektrischer Wiederstand(μΩ x cm), 12,4 (Temperatur 18° C); 54 (Temperatur 1000 °C); 71 (Temperatur 1500°C) und 87 (Temperatur 2000°C). Latente Schmelzwärme 6,9 ​​kcal/mol; die Verdampfungswärme beträgt 180 kcal/g-Atom. Härte 90–150 kgf/mm2 mit Reinheit 99,95–99,9 %; Die Härte nach dem Elektronenstrahl- oder Zonenschmelzen beträgt 70–90 kgf/mm2, bei einer Temperatur von 1200 °C beträgt sie 20 kgf/mm2. Zugfestigkeit von hoher Reinheit T. 19–23 kgf/mm2; Streckgrenze 18,4 kgf/mm2; relative Dehnung 36–38 %; Die relative Querschnittsverengung beträgt etwa 90 %. Abhängig vom Verunreinigungsgehalt erreicht die Zugfestigkeit 126 kgf/mm2. Mit steigender Temperatur sinkt die Zugfestigkeit auf 5 kgf/mm2 bei einer Temperatur von 1550 °C und auf 3,6 kgf/mm2 bei einer Temperatur von 1980 °C. Elastizitätsmodul 19.000 kgf/mm2; Schermodul 7000 kgf/mm2; Koeffizient Kompressibilität 0,52-10 6 cm2/kgf.

Der Übergang vom plastischen in den spröden Zustand konnte bis zu einer Temperatur von - 250 °C nicht festgestellt werden. Die Rekristallisationstemperatur liegt je nach Reinheit und Verformungsgrad bei 1050 - 1500 °C. Ionisationspotential 7,3 ± 0,3 eV. Elektronenaustrittsarbeit 4,1 eV. ena T-raÜbergang in den supraleitenden Zustand 4,38 K. Einfangquerschnitt für thermische Neutronen 21,3 Scheune/Atom. Metall-Tantal ist beständig gegen die meisten aggressiven Umgebungen, einschließlich. TL in „Royal Vodka“. Es interagiert mit Flusssäure, mit Alkalischmelzen, mit Schwefel- und Orthophosphorsäure bei Temperaturen von 50–100 °C. Die Beständigkeit von Metallsäure beruht auf dem Vorhandensein eines dünnen, haltbaren Films aus Ta205-Pentoxid auf der Oberfläche.

Fluorionen haben die Fähigkeit, einen solchen Film zu zerstören, Schwefelsäureanhydrid und Alkali schmilzt. T. absorbiert in erheblichen Mengen und. Beständig gegen kalte Luft. Beim Erhitzen auf über 300 °C beginnt es zu oxidieren und es bildet sich auf der Oberfläche eine poröse Schicht aus T-Pentoxid mit hauptsächlich amphoteren Eigenschaften. sauer. Mit Basen bildet T. Pentaoxid Salze, die Derivate der hypothetischen Tantalsäure sind – Tantalate. T. interagiert mit Fluor bei Raumtemperatur, mit Chlor – über einer Temperatur von 250 °C, mit Brom – über einer Temperatur von 300 °C und interagiert nicht mit Jod bis zu einer glühenden Temperatur. und kohlenstoffhaltige Gase bei einer Temperatur von 1200–1400 °C interagieren mit der Temperatur und bilden Karbide. Bei einer Temperatur von ~ 500° C entstehen Hydride. Tantal interagiert nicht mit Gasen Chlorwasserstoff bis zu einer Temperatur von 400 °C und mit Bromwasserstoff bis zu einer Temperatur von 375 °C. Bildet hauptsächlich intermetallische Verbindungen. mit Übergangsmetallen VII-VIII und Metallen Hie - IVe der Nebengruppen des Periodensystems der Elemente. T. ist beispielsweise resistent gegen die Einwirkung einiger geschmolzener Metalle. Wismut – bis zu einer Temperatur von 980° C, Blei – bis zu einer Temperatur von 1000° C.

Die Verarbeitung von Erzrohstoffen zu metallischem Tantal umfasst die Herstellung von Konzentraten mit einem Ta2Ob-Gehalt von bis zu 40–65 % (Schwerkraftanreicherung mit anschließender elektromagnetischer oder elektrostatischer Trennung, Flotation oder Verwendung komplexer magnetisch-chemischer Methoden); Öffnen von Konzentraten (durch Fusion mit Alkalien oder Zersetzung von Verbindungen, insbesondere Fluorid), wodurch Tantal und seine Begleitstoffe in Form von Oxiden, Chloriden oder Fluoridkomplexen erhalten werden. Salze; Trennung von Tantal- und Niobverbindungen (Flüssigkeitsextraktion mit organischen Reagenzien, fraktionierte Kristallisation komplexer Fluoridverbindungen, Rektifikation von Chloriden sowie Trennung mit Ionenaustauscherharze); Gewinnung von metallischem Metall aus seinen Verbindungen (durch Elektrolyse geschmolzener Fluoridmedien; Reduktion mit Natrium aus komplexen Fluoridsalzen, insbesondere aus K2TaF7; Reduktion von Halogeniden mit Magnesiumspänen oder Natrium; thermische Dissoziation von Halogeniden).

Typischerweise wird Tantal in Form von Tantalpulver mit einer Reinheit von 98–99 % gewonnen. Um Metall in kompakter Form zu erhalten, greifen sie auf das Sintern vorkomprimierter Rohlinge durch direktes Durchleiten von Strom bei einer Temperatur von 2500–2700 ° C oder durch indirektes Erhitzen bei einer Temperatur von 2200–2500 ° C im Vakuum zurück; gleichzeitig steigt die Reinheit des Metalls auf 99,9-99,95 %. J Zur Gewinnung großer Barren und zur Veredelung wird elektrisches Vakuumschmelzen in Lichtbogenöfen mit abschmelzender Elektrode und in Elektronenstrahlöfen eingesetzt. Beim Vakuumumschmelzen allgemeiner Inhalt Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff sinken von 0,1–0,5 auf 0,01–0,05 %. Zur Herstellung hochreiner Stäbe und zur Herstellung von Einkristallen wird das Zonenschmelzen eingesetzt. Tantal wird einer Kaltdruckverarbeitung (Schmieden, Walzen, Stanzen, Extrudieren, Ziehen) unterzogen, wodurch Stangen, Drähte, Bleche, Rohre und Formprodukte entstehen. Um Spannungen abzubauen, wird bei der Verformung der Produkte eine Zwischenglühung im Hochvakuum oder in einer gereinigten Umgebung durchgeführt. Inertgas bei einer Temperatur von 1200-1650° C. T. weist eine gute Schweißbarkeit auf und wird daher verwendet Verschiedene Arten Lichtbogenschweißen in Argon oder Helium; Elektronenstrahlschweißen ist vielversprechend.

Sonderlötung möglich. Löten mit Vorsichtsmaßnahmen. T. können mit Edelstählen beschichtet werden und Refraktäre Metalle und Legierungen, die durch Schneiden bearbeitet werden (in Anwesenheit von Schmierung). Die Einsatzgebiete von T. werden durch eine günstige Kombination aus hohem Schmelzpunkt, Duktilität, Festigkeit, Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Fähigkeit zur Gasaufnahme und niedrigem Dampfdruck bestimmt. Der Hauptanteil an T. (60–75 %) wird in der Elektrovakuumtechnik verwendet: Es dient als Material für Getter, Anoden, Gitter usw. und Teile elektronischer Röhren. In der Elektroindustrie werden Heizgeräte zur Herstellung von Heizgeräten für Strukturelemente (Siebe, Kontakte usw.) von Öfen verwendet, die bei Temperaturen über 1700 °C in einer Vakuum- oder Inertgasumgebung betrieben werden; zur Herstellung von Elektrolytkondensatoren, Gleichrichtern.

Etwa 20–30 % des Metalls werden für die Herstellung chemischer Teile verwendet. Ausrüstung. T. ist ein Ersatz für Platin bei der Herstellung von Laborglas und Analysenwaagen. Aus T. werden Spinnmatrizen hergestellt, die zur Herstellung von Kunstseidenfäden verwendet werden. T. wird als Legierungszusatz bei der Herstellung hochfester, korrosionsbeständiger und hitzebeständiger Stähle und Sonderstähle eingesetzt. Legierungen Als Katalysatoren werden Tantalverbindungen (z. B. Fluoridkomplexsalze) eingesetzt, Tantalpentoxid wird bei der Herstellung von Gläsern und Keramiken mit besonderen Eigenschaften eingesetzt. Eigenschaften. Siehe auch Tantalus.

Eigenschaften von Elementen

Tantal ist ein Metall, weist jedoch in der Oxidationsstufe +5 nichtmetallische Eigenschaften auf. Es bildet fast keine Kationen, ist aber durchaus bekannt große Menge komplexe Anionen, die dieses Element enthalten.

Eigenschaften einfacher Stoffe und Verbindungen

Durch seinen Freistaat und durch chemische Wechselwirkungen Mitglieder der Untergruppe VB – Tantal – unterscheiden sich stark von Antimon und Wismut.

Das Metall Tantal ist sehr feuerfest, hart und chemisch inaktiv. Kristallisiert in einem kubisch-raumzentrierten Gitter. Die chemische Aktivität ist ungefähr die gleiche wie die von Niob.

Weder , noch die meisten Säuren haben einen Einfluss darauf. An der Luft ist es mit einer dichten Oxidschicht bedeckt, die bei normalen Temperaturen deren weitere Wechselwirkung selbst mit solchen aktiven chemischen Reagenzien verhindert, Und . Nur durch eine erhebliche Erwärmung kann es aus diesem passiven Zustand herausgeholt werden. Selbst „Regia-Wodka“, eine lösliche Mischung, hat keinen Einfluss auf Tantal. Es kann sich nur in einer noch gefährlicheren Mischung aus Flusssäure und Salpetersäure auflösen. Die Wechselwirkung mit Wasserstoff erfolgt recht leicht. Wenn diese Metalle jedoch Wasserstoff absorbieren, werden bestimmte Verbindungen nicht gebildet. Die Zusammensetzung der maximal mit Wasserstoff gesättigten Produkte nähert sich der EN-Formel an, d. h. auf jedes Metallatom kommt ein Wasserstoffatom. Betrachtet man die Eigenschaften von Metallen im Zustand mit der Oxidationsstufe +5, ist folgendes zu beachten: Oxide sind dicht, stabil, inert. Hinsichtlich der Atom- und Ionengrößen liegen Tantal und Niob nahe beieinander. Dies spiegelt sich auch in den Eigenschaften von Oxiden wider, deren Bildungstemperatur bei Niob und Tantal hoch ist, ebenso wie die Schmelztemperatur der Oxide und höhere Oxide Nb2Os und Ta2O5 sind in Wasser praktisch unlöslich. Säureeigenschaften Hydroxide sind höher als in der Titan-Untergruppe und fallen von Vanadium zu Tantal. Vanadiumhydroxid- schwache Säure und Tantal sind amphotere Verbindungen. Da dieses Element nicht gefüllt istD -Orbitale, was bedeutet, dass es sich bilden kann komplexe Verbindungen. Wechselwirkung mit einer Mischung aus Stickstoff und Fluorwasserstoffsäure, es entstehen Komplexe wie H(TaF6] .

Erhalt und Verwendung

Tantal – besondere Art Metall, das zur edlen Gruppe gehört. Es wurde bereits 1802 entdeckt, gilt aber als junges Element. Trotz seiner Seltenheit wird es nicht nur in der Schmuckindustrie, sondern auch in der Industrie häufig verwendet. Besonders häufig kommt es in der Elektronik vor – fast jedes Gerät enthält es.

Der Masseneinsatz dieses Metalls begann in den 40er Jahren des letzten Jahrhunderts und dauert bis heute an. Seine Popularität erlangte es aufgrund seiner erhöhten Festigkeitseigenschaften. Gleichzeitig verfügt es über viele einzigartige physische und chemische Eigenschaften.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Unter den physikalischen Eigenschaften dieses Metalls ist der hohe Schmelzpunkt von 3017 Grad Celsius hervorzuheben, der es von vielen Analoga unterscheidet. Aus diesem Grund wird es in Bereichen eingesetzt, in denen ein erhöhter Widerstand besteht extreme Bedingungen. Gleichzeitig gehören zu den Eigenschaften von Tantal Duktilität und Härte, eine Kombination davon, die in der Natur recht selten vorkommt.

Der Schmelzpunkt von Tantal liegt bei 3017 °C.

Die oben genannten Eigenschaften von Tantal ermöglichen die Verarbeitung des Metalls ohne Tantal besondere Anstrengung, erstellen notwendigen Formulare und Größen. Die besondere Struktur des Atoms ist sehr wichtig für die Entstehung von Teilen und Mechanismen von Strukturen mit erhöhter Verantwortung. Tantal eignet sich gut zum Schmieden und Walzen. In diesem Fall kann auch das Kaltverformungsverfahren erfolgreich eingesetzt werden. Hervorzuheben ist die hohe Wärmeleitfähigkeit.

Dank an Hohe Dichte Aus dem Metall lassen sich kleine Zahnräder und Teile von Elektrogeräten herstellen, die verschleißfest sind und sich auch nach längerem Gebrauch nicht verschlechtern.

In manchen Fällen wird es als Gasabsorber eingesetzt. Es sollte hervorgehoben werden elektronische Konfiguration: Metall hat verschiedene Eigenschaften elektrische Leitfähigkeit in normale Vorraussetzungen und bei hohen Temperaturen.

Tantalteile können durch Löten, Schweißen oder Nieten verbunden werden. Das Schweißverfahren wird am häufigsten verwendet, da sich die Qualität der Schweißnaht durch hohe Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen physikalische Beanspruchung auszeichnet.

Unter den chemischen Eigenschaften ist seine hohe Oxidations- und Alkalibeständigkeit hervorzuheben. Im geschmolzenen Zustand ist es jedoch teilweise alkalianfällig. Bei Temperaturen unter 250 Grad ist eine Oxidation unmöglich.

Die chemischen Eigenschaften dieses Metalls sind denen von Glas sehr ähnlich. Es ist fast unmöglich, es in Säure aufzulösen, es sei denn, man verwendet Fluss- und Salpetersäure. Selbst die Einwirkung von Schwefelsäure hat keinen Einfluss auf die Struktur und Form des Metalls. Es darf sich nur ein kleiner Film auf der Oberfläche bilden. Es unterliegt auch keiner Zerstörung bei längerer Einwirkung von Meerwasser.

Vorkommen und Produktion von Tantal

Tantal kommt als chemisches Element in der Natur sehr selten vor und macht nur 0,0002 % aus Erdkruste. Es kommt sehr selten in reiner Form vor, am häufigsten in der Zusammensetzung verschiedener Mineralien, in der Nähe eines anderen Metalls – Niob.

Vorkommen dieses Elements gibt es in vielen Ländern. Große Vorkommen gibt es in Frankreich, Ägypten, China und Thailand. Die größten Vorkommen dieses Elements befinden sich jedoch in Australien. Tantal wird jährlich in Mengen von über 400 Tonnen abgebaut. Gleichzeitig wächst der Bedarf an seiner Verwendung stetig, was mit einer Zunahme der Menge an Elektrogeräten einhergeht, die aus diesem Metall hergestellt werden. Auf dieser Grundlage kommt es zu einer ständigen Erschließung neuer Lagerstätten.

In unserem Land konzentriert sich die Tantalproduktion auf das Magnesiumwerk Solikamsk. Das Metall wird nach der Verarbeitung von Loparitkonzentraten gewonnen. Auch andere Mineralien wie Rutil, Struverit, Tantalit und Columbit werden in anderen Ländern verwendet.

Die größten Produzenten dieses Metalls weltweit sind die USA, Japan und China. Die Zahl der globalen Hersteller beträgt nicht mehr als 40 Unternehmen. Kosten - ab 1000 Dollar pro kg.

Legierungen auf Tantalbasis

Vielen Dank an Special physikalische Eigenschaften Dieses Metall wird in seiner reinen Form sehr häufig in der Industrie verwendet. Zur Erhöhung der Festigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit können jedoch darauf basierende Legierungen eingesetzt und entsprechende Legierungsbestandteile zugesetzt werden.

Tantallegierungen können zurückhalten fester Zustand bei einer Temperatur von etwa 1700 Grad. Dies ist beim Einsatz von Tantalverbindungen im Energiebereich erforderlich, Chemieindustrie, Herstellung hochpräziser Instrumente und Metallurgie. Beim Bau von Weltraumraketen werden sehr häufig verschiedene Legierungen verwendet.

Die Art der verwendeten Legierungsbestandteile hängt von den gewünschten Endeigenschaften ab. Zur Verbesserung der Arbeitsqualität werden Elemente verwendet, die der Legierung verbesserte Duktilitätseigenschaften verleihen.

Es ist zu beachten, dass Tantal in Legierungen sehr oft nicht als Basis, sondern als Legierungsbestandteil verwendet wird. Seine Ergänzung zu Verschiedene Materialien ermöglicht eine erhöhte Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und Korrosion.

Tantal-Kondensatorschaltung

Tantal TAV-10 ist eine weit verbreitete Legierung auf Basis dieses Metalls. Es wird unter Zusatz von Wolfram hergestellt, dessen Anteil etwa 10 % beträgt. Dies führt zu einem Material mit verbesserter Hitzebeständigkeit. Es wird zur Herstellung von Heizelementen und in verwendet medizinische Zwecke, da seine Bestandteile die menschliche Haut nicht reizen.

Anwendungen von Tantal

Der Einsatz von Tantal ist nicht auf einen Bereich beschränkt. Es lohnt sich, die Bereiche hervorzuheben, in denen Tantalprodukte am häufigsten verwendet werden:

1. Metallurgie. Fast die Hälfte dieses Metalls wird in verwendet metallurgische Industrie. Dies liegt daran, dass sich damit problemlos verschiedene Legierungen herstellen lassen, insbesondere hochtemperaturbeständige korrosionsbeständige Stahlsorten. Tantaldraht wird verwendet verschiedene Gebiete wo erhöhte Festigkeit und Hitzebeständigkeit erforderlich sind. Tantalcarbid wird auch häufig bei der Herstellung von Tiegeln für feuerfeste Metalle verwendet.
2. Elektrotechnik. Etwa 25 % werden für die Produktion von Elektrotechnik und Elektrogeräten verwendet. Kondensatoren mit diesem Element zeichnen sich durch eine erhöhte Betriebsstabilität aus. Darüber hinaus bildet sich bei Zerstörung der Oberfläche des Kondensators ein Film aus Tantaloxid, der ihn schützt. Sie sollten auch Elemente wie Anoden, Kathoden, Lampen und andere hervorheben Metallteile, die ebenfalls auf seiner Basis hergestellt werden.
3. Chemische Industrie. Ein Fünftel der produzierten Menge wird in der chemischen Industrie verwendet. Dies liegt daran, dass es gegen die meisten Säuren, Salze und Laugen beständig ist.
4. Medizin. Tantal wird in der Medizin unter anderem in der Knochen- und plastischen Chirurgie eingesetzt. Elemente aus diesem Material werden zur Befestigung von Knochen verwendet, um eine erhöhte Festigkeit zu erreichen, ohne das organische Gewebe zu reizen.
5. Militärischer Bereich. IN militärischer Bereich produzieren Tantalziele und Granaten für kumulative Projektile.
6. Instrumentierung. Dieses Metall wird zur Herstellung von Präzisionsinstrumenten, Steuergeräten und verschiedenen Membranen sowie Vakuuminstrumenten verwendet, da es sich durch seine Gasabsorptionseigenschaften auszeichnet.
7. Kernenergie. In diesem Bereich fungiert das Metall als Wärmetauscher.

Es ist zu beachten, dass der Anwendungsbereich von Tantal nur durch das geringe Produktionsvolumen begrenzt ist. Steigt die Produktionsmenge, erweitert sich der Anwendungsbereich erheblich.

Tantal- hellgraues Metall mit leicht bläulicher Tönung. In Bezug auf die Feuerfestigkeit (Schmelzpunkt etwa 3000 °C) liegt es nach Wolfram und Rhenium an zweiter Stelle. Hohe Festigkeit und Härte werden mit hervorragenden plastischen Eigenschaften kombiniert. Reines Tantal eignet sich gut für verschiedene Zwecke Bearbeitung, leicht stanzbar, zu dünnsten Blechen (ca. 0,04 Millimeter dick) und Draht verarbeitet.

Tantal hat ein kubisch raumzentriertes Gitter (a = 3,296 Å); Atomradius 1,46 Å, Ionenradien Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; Dichte 16,6 g/cm 3 bei 20 °C; t pl 2996 °C; Kipptemperatur 5300 °C; spezifische Wärme bei 0-100°C 0,142 kJ/(kg K); Wärmeleitfähigkeit bei 20-100 °C 54,47 W/(m·K). Temperaturkoeffizient lineare Ausdehnung 8,0·10 -6 (20-1500 °C); spezifischer elektrischer Widerstand bei 0 °C 13,2·10 -8 Ohm·m, bei 2000 °С 87·10 -8 Ohm·m.

Bei 4,38 K wird es zum Supraleiter. Tantal ist paramagnetisch, die spezifische magnetische Suszeptibilität beträgt 0,849·10 -6 (18 °C). Reines Tantal ist ein duktiles Metall, das ohne nennenswerte Aushärtung durch Druck in der Kälte verarbeitet werden kann. Es kann ohne Zwischenglühen mit einer Reduktionsrate von 99 % verformt werden. Der Übergang von Tantal vom duktilen in den spröden Zustand beim Abkühlen auf -196 °C wurde nicht festgestellt.

Der Elastizitätsmodul von Tantal beträgt 190 H/m 2 (190·10 2 kgf/mm 2) bei 25 °C. Die Zugfestigkeit von geglühtem hochreinem Tantal beträgt 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) bei 27 °C und 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) bei 490 °C; relative Dehnung 36 % (27 °C) und 20 % (490 °C). Die Brinellhärte von reinem rekristallisiertem Tantal beträgt 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Die Eigenschaften von Tantal hängen weitgehend von seiner Reinheit ab; Verunreinigungen aus Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff machen das Metall spröde.

Die wertvollste Eigenschaft von Tantal ist zweifellos seine außergewöhnliche chemische Beständigkeit: In dieser Hinsicht steht es an zweiter Stelle Edelmetalle, und zwar nicht immer. löst sich nicht einmal in einer solchen Chemikalie aggressive Umgebung, wie Königswasser, das sowohl Platin als auch andere leicht auflöst. Auch die folgenden Fakten belegen die höchste Korrosionsbeständigkeit von Tantal. Bei 200°MITes ist 70 % korrosionsbeständig Salpetersäure, in Schwefelsäure bei 150°Auch eine Korrosion von Tantal wird nicht beobachtet, und bei 200 °C korrodiert das Metall, allerdings nur um 0,006 mm pro Jahr.

ZU Darüber hinaus ist das Metall duktil, dünnwandige Produkte und daraus können Produkte hergestellt werden Komplexe Form. Es ist nicht verwunderlich, dass es zu einem unverzichtbaren Baustoff für die chemische Industrie geworden ist.Tantalanlagen werden bei der Herstellung vieler Säuren (Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Essigsäure), Brom, Chlor und Wasserstoffperoxid verwendet. In einem der Betriebe, die gasförmiges Chlorid verwenden, versagten Edelstahlteile bereits nach zwei Monaten. Aber sobald Stahl durch Tantal ersetzt wurde, wurden auch die dünnsten Teile (Dicke 0,3-0,5) zerstörtmm)erwies sich als praktisch unbegrenzt – ihre Lebensdauer erhöhte sich auf 20 Jahre.

Von allen Säuren ist nur Flusssäure in der Lage, sich aufzulösen (insbesondere bei hohen Temperaturen). Daraus werden Spulen, Brennereien, Ventile, Rührer, Belüfter und viele andere Teile hergestellt. chemischer Apparat. Seltener verlieren ganze Geräte schnell ihre Wärmeleitfähigkeit: Auf ihrer Oberfläche bildet sich ein Oxid- oder Salzfilm, der die Wärme schlecht leitet. Tantalgeräte haben diesen Nachteil nicht, bzw. es kann sich darauf ein Oxidfilm bilden, sie sind aber dünn und leiten die Wärme gut.

Übrigens war es die hohe Wärmeleitfähigkeit in Kombination mit der Plastizität, die Tantal zu einem hervorragenden Material für Wärmetauscher machte, die in elektrolytischen Prozessen eingesetzt werden.Aufteilung von Gold und Silber. Der Vorteil dieser Kathoden besteht darin, dass die Abscheidung von Gold und Silber erfolgen kannWaschen Sie sie mit Königswasser ab, was Tantal nicht schadet. Tantal ist nicht nur für die chemische Industrie wichtig. Viele forschende Chemiker begegnen ihm auch in ihrer täglichen Laborpraxis. Tantaltiegel, -becher und -spatel sind keine Seltenheit. „Man muss Tantalnerven haben …“ Die einzigartige Qualität von Tantal ist seine hohe biologische Verträglichkeit, das heißt die Fähigkeit, sich im Körper festzusetzen, ohne das umliegende Gewebe zu reizen . Diese Eigenschaft ist die Grundlage für die weit verbreitete Verwendung von Tantal in der Medizin, vor allem in der rekonstruktiven Chirurgie – zur Reparatur des menschlichen Körpers.

Platten aus diesem Metall werden beispielsweise bei Verletzungen des Schädels eingesetzt – sie decken Brüche im Schädel ab.INIn der Literatur wird ein Fall beschrieben, bei dem ein künstliches Ohr aus einer Tantalplatte hergestellt wurde und die vom Oberschenkel transplantierte Haut so gut wurzelte, dass das Tantalohr bald nur noch schwer zu entfernen warvon der Gegenwart unterscheiden.Tantalgarn wird manchmal verwendet, um den Verlust von Muskelgewebe auszugleichen. Mit dünnen Tantalplatten verstärken Chirurgen die Wände nach der Operation Bauchhöhle. Tantal-Büroklammern, ähnliche Themen, mit denen Notizbücher zusammengenäht werden, sicher verbinden Blutgefäße. Tantalnetze werden bei der Herstellung von Augenprothesen verwendet. Gewinde aus diesem Metall werden ersetztSehnenund sogar Nerven zusammennähen Fasern. UND wenn Ausdruck Normalerweise verwenden wir „eiserne Nerven“. tragbar Sinn, Menschen mit Tantal-Nerven zu sein Vielleicht, Sie mussten sich treffen. Tatsächlich liegt etwas Symbolisches darin, dass es der Anteil des nach dem mythologischen Märtyrer benannten Metalls war, das der humanen Mission zufiel – menschliches Leid zu lindern. ..

Wie Tantal von Niob getrennt wird.

Die Erdkruste enthält nur 0,0002 % Ta, aber viele ihrer Mineralien sind bekannt – über 130. Tantal ist in diesen Mineralien in der Regel untrennbar mit Niob verbunden, was durch die extreme chemische Ähnlichkeit der Elemente und fast alle erklärt wird gleiche Größen ihre Ionen lange Zeit verlangsamte die Entwicklung der Tantal- und Niobindustrie. Bis vor Kurzem wurden sie nur mit der bereits 1866 vom Schweizer Chemiker Marignac vorgeschlagenen Methode isoliert, die sich die unterschiedliche Löslichkeit von Kaliumfluortantalat und Fluorniobat in verdünnter Flusssäure zunutze machte.

IN letzten Jahren wichtig Sie eigneten sich auch Extraktionsmethoden zur Isolierung von Tantal an, die auf der unterschiedlichen Löslichkeit von Tantal- und Niobsalzen in bestimmten organischen Lösungsmitteln basieren. Die Erfahrung hat gezeigt, dass Methylisobutylketon und Cyclohexanon die besten Extraktionseigenschaften aufweisen. Heutzutage wird Tantalmetall hauptsächlich durch geschmolzenes Kaliumfluortantatal in Graphit-, Gusseisen- oder Nickeltiegeln hergestellt, die auch als Kathoden dienen. An den Wänden des Tiegels lagert sich Tantalpulver ab.

Dieses aus dem Tiegel entnommene Pulver wird zunächst zu rechteckigen Platten (wenn das Werkstück zum Walzen zu Blechen bestimmt ist) oder zu quadratischen Stangen (zum Drahtziehen) gepresst und anschließend gesintert. Auch das natriumthermische Verfahren zur Herstellung von Tantal ist von Nutzen . Dabei interagieren Kaliumfluortantalat und Metallfluortantalat:

K2 TaF 7 + 5Na → Ta + 2KF + 5NaF.

Das Endprodukt der Reaktion ist pulverisiertes Tantal, das anschließend gesintert wird. In den letzten zwei Jahrzehnten wurden andere Methoden der Pulververarbeitung eingesetzt: Lichtbogen- oder Induktionsschmelzen im Vakuum und Elektronenstrahlschmelzen.

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