Танта́л (лат. Tantalum, по имени мифического Тантала), Та (читается «тантал»), химический элемент с атомным номером 73, атомная масса 180, 9479. Природный тантал состоит из стабильного изотопа 181Ta (99, 988 % по массе) и радиоактивного 180Ta (0, 0123%, Т1/2 1013 лет). Конфигурация двух внешних электронных слоев 5s2p6d36s2. 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) Та5+ — 0, 078 нм, Та4+ — 0, 082 нм, иона Та3+— 0, 086 нм. Энергии последовательной ионизации 7, 89, 16, 2 эВ. Работа выхода электронов 4, 12 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1, 5.
Открыт в 1802 шведским химиком А. Экебергом. До 1844 тантал считали разновидностью колумбия, когда немецкий химик Г. Розе установил, что речь идет о двух разных, близких по свойствам элементах.
Металлический тантал впервые получил в 1903-1905 В. фон Болтону.
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.
Промышленное получение тантала начинается с обогащения сырья. Приготовленные танталитовые (колумбитовые) или пирохлоровые концентраты с суммарным содержанием Та2О5 и Nb2O5 до 50% далее растворяют в плавиковой кислоте и затем получают фтортанталат K2TaF7 и фторниобат K2NbF7 Эти соли затем разделяют многократной дробной кристаллизацией. В последнее время для разделения ниобия и тантала все более широко используют экстракцию.
Для получения металла из K2TaF7 применяют натрийтермию:
K2TaF7+5Na=Та+2КF+5NaF.
Полученный порошкообразный тантал далее спекают в вакууме в электродуговых или электроннолучевых печах.
Блестящий серебристо-серый металл, с кубической объемно-центрированной решеткой типа α-Fe (а=0, 3296 нм). Температура плавления 3014°C, кипения 5500°C, плотность 16, 60 кг/дм3 . Характеризуется высокой химической инертностью, тяжелый металл. При комнатной температуре не реагирует с кислородом, галогенами, кислотами и щелочами. Окисляется кислородом только при температуре выше 300°C, образуя оксид Та2О5.
При сплавлении Та2О5 с различными оксидами получают танталаты — соли гипотетических мета-НТаО3, орто-Н3ТаО4 и политанталовых кислот Н2О·хТа2О5.
Кроме оксида Та2О5, тантал образует также диоксид ТаО2.
С галогенами тантал при нагревании образует пентагалогениды ТаHal5. Восстановлением ТаHal5 (Hal=Cl, Br или I) получают тетрагалогениды ТаHal4. Пентагалогениды тантала (кроме пентафторида) легко гидролизуются водой. Уже при температурах выше 200-250°C эти пентагалогениды сублимируют.
В присутствии паров воды и кислорода ТаCl5 образует оксихлорид ТаOCl3.
Вcаимодействуя с графитом, образует карбиды Та2C 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: ТаS2 и ТаS3.
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. Танталат лития — хороший сегнетоэлектрик.
Авторы: С.С. Бердоносов, П.С. Бердоносов
- Горощенко Я. Г. Химия ниобия и тантала. Киев, 1965.
- Фейрбротер Ф. Химия ниобия и тантала / Пер. с англ. М., 1968.
- Зуев М. Г. Танталовые рентгеноконтрастные вещества. - Екатеринбург: УрО РАН, 2002.
- Палатников М. Н. Сегнетоэлектрические твердые растворы на основе оксидных соединений ниобия и тантала. - СПб.: Наука, 2001.
- Ниобий, тантал и цирконий в минералах. - М.: Ин-т минералогии, геохимии и кристаллохимии ред. элементов, 1999.