Тантал (елемент): Разлика между версии
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
Thepuglover (беседа | приноси) Разширена е статията |
Thepuglover (беседа | приноси) Разширена е статията |
||
Ред 142:
== Физични свойства ==
Танталът е сребристосив, плътен, ковък и много твърд метал. Наличието на примеси го прави крехък и трошлив.<ref name=":1">{{Цитат книга|last=Киркова|first=Елена|title=Химия на елементите и техните съединения|year=2013|publisher=Университетско издателство „Св. Климент Охридски“|location=София|isbn=978-954-07-3504-7|pages=495 – 504}}</ref> Високата температура на топене на тантала от 3017°С (температура на кипене 5458°C) е надмината единствено от [[Волфрам|волфрама]] и [[Рений|рения]]. Има атомно тегло 180,9479. Кристализира в кубична обемноцентрична кристална решетка. Танталът е парамагнитен и преминава в свръхпроводящо състояние при 4,45К.<ref name=":0" />
=== Изотопи ===
Ред 154:
Танталът взаимодейства с Br<sub>2</sub> и I<sub>2</sub> при 550°C, с Cl<sub>2</sub> при 200°С.<ref name=":0" />
Танталът взаимодейства с Br<sub>2</sub> и I<sub>2</sub> при 150°С, с Cl<sub>2</sub> – над 200°С, с H<sub>2</sub> – над 250°С. С въглерода образува карбиди Ta<sub>2</sub>C и TaC при 800 – 1000°С. С азота образува нитриди TaN и Ta<sub>2</sub>N. Под 150°С не се разтваря в [[царска вода]], а при обикновена температура не взаимодейства със [[Солна киселина|солна]], [[Фосфорна киселина|фосфорна]], [[Сярна киселина|сярна]] и повечето други киселини, воден разтвор на [[амоняк]] и соли. Разтваря се във [[флуороводородна киселина]], смесена с HNO<sub>3</sub>
=== Съединения ===▼
▲Танталът взаимодейства с Br<sub>2</sub> и I<sub>2</sub> при 150°С, с Cl<sub>2</sub> – над 200°С, с H<sub>2</sub> – над 250°С. С въглерода образува карбиди Ta<sub>2</sub>C и TaC при 800 – 1000°С. С азота образува нитриди TaN и Ta<sub>2</sub>N. Под 150°С не се разтваря в [[царска вода]], а при обикновена температура не взаимодейства със [[Солна киселина|солна]], [[Фосфорна киселина|фосфорна]], [[Сярна киселина|сярна]] и повечето други киселини, воден разтвор на [[амоняк]] и соли. Разтваря се във [[флуороводородна киселина]], смесена с HNO<sub>3</sub>, горещи концентрирани сярна и фосфорна киселина, разтопени основи и NH<sub>4</sub>HF<sub>2</sub>.
<chem>3Ta + 5HNO_3 + 21HF -> 3H_2[TaF_7] + 5NO + 10H_2O</chem>,<ref name=":1" />
горещи концентрирани сярна и фосфорна киселина, разтопени основи и NH<sub>4</sub>HF<sub>2</sub>.
В Националната лаборатория на Лос Аламос, учените са създали танталов карбид-графит композитен материал, който е един от най-твърдите материали синтезирани някога. Корейските изследователи са успели да разработят танталово-волфрамена-медна сплав, която е два или три пъти по здрава и гъвкава от стоманените сплави.
=== Оксиди, хидроксиди и соли ===
Танталовият пентаоксид (Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>) има практическо значение. Получава се при изгаряне на метален прах. Енталпията му на образуване е -1560 kJ/mol.<ref name=":1" /> Представлява бяло труднотопимо прахообразно вещество с висока плътност. Не се разтваря във вода и киселини, с изключение на концентрирана HF. Реагира със стопени алкални основи или карбонати до метатанталати:
<chem>Ta_2O_5 + 2KOH -> 2KTaO_3 + H2O</chem>.<ref name=":1" />
Това тяхно наименование е неправилно, защото в тяхната структура не се съдържа TaO{{Индекси|p=-|b=3}} – те се наричат танталати. Тези съединения имат перовскитова структура и провяват сенгето-, пиезо- и пироелектрични свойстава. Най използван е литиевият танталат.<ref name=":1" />
При стапяне с излишък на [[карбонат]] се получават орто- и пиротанталати:
<chem>Ta_2O_5 + 3Na_2CO_3 -> 2Na_3TaO_4 + 3CO_2</chem>.<ref name=":1" />
По сух път са получени сулфати и фосфати. Не са известни оксойони.
Диоксидът (TaO<sub>2</sub>) не е добре изучен.
=== Халогениди и оксохалогениди ===
{| class="wikitable"
|+Халогениди на Ta в различини степени на оксисленине<ref name=":1" />
!Степен на окисление
!F<sup>-</sup>
!Cl<sup>-</sup>
!Br<sup>-</sup>
!I<sup>-</sup>
|-
|Ta<sup>5+</sup>
|TaF<sub>5</sub>,
бял
|TaCl<sub>5</sub>,
бял
|TaBr<sub>5</sub>,
бледожълт
|TaI<sub>5</sub>,
черен
|-
|Ta<sup>4+</sup>
|–
|TaCl<sub>4</sub>,
черен
|TaBr<sub>4</sub>,
тъмносин
|TaI<sub>4</sub>
|-
|Ta<sup>3+</sup>
|(TaF<sub>3</sub>)
|TaCl<sub>3</sub>,
черен
|TaBr<sub>3</sub>
|–
|}
Някои халогениди не са добре изучени.
Пентахалогенидите се получават при пряка синтеза над 300°С. TaF<sub>5</sub> елеснолетлив и хиглоскопичен и се топи при 95°С. Молекулата му ететрамерна, състояща се от 4 октаедрични TaF<sub>6</sub> единици.Пентахлоридът и пентабромидът образуват димери с извити мостови връзки, а пентайодидът е мономер.<ref name=":1" /> Реагират с алкални флуориди до комплекси – Cs[TaF<sub>6</sub>] с координационно число 8. Смес от TaF<sub>5</sub> и [[Флуороводородна киселина|HF]] е много силен киселинен разтворител и се използва като катализатор при реакциите с ароматни въглеводороди:
<chem>TaF_5 + HF -> [H_2F]^- + [TaF_6]^-</chem>.<ref name=":1" />
От тетрахалогенидите най-добре е изучен тетрайодидът.<ref name=":1" /> Получава се от TaI<sub>5</sub> при редукция с тантал. Така се получават и другите тетрахалогениди при 300 – 400°С. Всичките са димерни с верижна структура, изградена от TaX<sub>6</sub>-октаедри. Воден разтвор на TaCl<sub>4</sub> търпи диспропорциониране до утайка от Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>•''n''H<sub>2</sub>O Tи зелен разтвор ТаCl<sub>3</sub>.
От трихалогенидите не е познат само TaI<sub>3</sub>. Всички са силни редуктори. Твърди, те са тъмни на цвят, но разтворите им са жълни, сини или зелени в зависимост от условията на получаването.<ref name=":1" />
При високотемпературна редукция до червена жар на TaX<sub>5</sub> се получава халогениди, в които Ta е от по-нисша степен на окисление. Те не са прости съединения, а имат състав Ta<sub>6</sub>X<sub>14</sub>, Ta<sub>6</sub>X<sub>15</sub>, Ta<sub>6</sub>X<sub>16</sub>, където X е Сl, Br или I. Тези съединения съдържат клъстерния катион [Ta<sub>6</sub>X<sub>12</sub>]<sup>2+</sup>, установен чрез рентгеноструктурен анализ.<ref name=":1" />
== Получаване ==
Line 165 ⟶ 231:
== Приложение ==
Главната употреба на тантала като метален прах е в производството на електронни компоненти, най-вече кондензаторите. Танаталовите електролитни кондензатори използват способността на тантала да образува защитен оксиден повърхностен слой, като единият електор е от танталово фолио, оксидът е диелектрик, а електролитния разтвор играе ролята на другия електрод. Тъй като диелектричния слой може да бъде много тънък (по-тънък от подобния слой в алуминиевия електролитен кондензатор, например) може да се получи висок капацитет в малък обем. Поради предимството в теглото и размера, танталовите кондензатори са много привлекателни за преносими телефони, пейджъри, персонални компютри, както и автомобилната електроника. Танталът може да замени [[Платина|платината]] при изготвяне на химическа апаратура.<ref name=":1" />
Танталът също така се използва за производство на различни сплави, които имат висока температура на топене и добра ковкост. Смесен с други метали, той също така се използва за направата на карбидни инструменти за металообработващи съоръжения в производството на сплави за реактивни двигатели, оборудване за химични процеси, ядрени реакции и снарядни части. Заради ковкостта си, танталът може да се изтегли на тънки жици или влакна, които се използват за изпаряването на метали, например алуминий.
Line 171 ⟶ 237:
Тъй като е резистентен към влиянието на телесните течности и не е дразнещ, танталът се използва за направата на хирургически инструменти. Танталовият оксид се използва за направата на специални стъкла с висок индекс на рефракция за лещите на камерите. Металът още се използва за части на вакуумни пещи.
Съединенията на тантала намират също широко приложение. Калиев флуоротанталат се използва като катализатор за производството на каучук.<ref name=":0" /> Танталовият пентаоксид се използва за получаването на стъкла с голям оптичен коефициент на пречупване и изготвяне на малогабаритни лещи за оптични прибори. Танталовият карбид (TaC) е много твърда керамика, използвана за режещи инструменти при обработката на твърди метали. Танталовият нитрид (TaN) е подходящ за устойчиви на изтриване покрития.<ref name=":0" /> Сплав от TaN и NbC има твърдост, доближваща се до диаманта.<ref name=":1" />
== Предпазни мерки ==
| |||