Tantalus -Struktur, Eigenschaften, Verwendungen, Erhalten

Er Tantalo, auch bekannt als Tantalio, Es ist ein Übergangsmetall, dessen chemisches Symbol TA ist. Es ist dunkle, metallische Helligkeit, duktile, formbare, harte und hohe Dichte. Das vielleicht markanteste Merkmal ist seine Resistenz gegen die meisten chemischen Verbindungen.

Der Tantalus wurde 1802 vom schwedischen Chemiker Anders Gustaf Ekenberg entdeckt, der den Namen in Erinnerung an den griechischen mygo -tanthologischen Charakter zugute.

Tantalo -Metallfragmente. Quelle: Hi-Res-Bilder von chemischen Elementen, CC von 3.0, über Wikimedia Commons

Da es jedoch die Tantalo und das Niob sehr ähnliche Metalle waren, wurde angenommen, dass Ekenberg das Niobium isoliert hatte. Aber 1844 zeigte der deutsche Chemiker Heinrich Rose, dass das Niobium und die Tantal unterschiedliche Metalle sind, was den Kredit an Ekenberg für seine Entdeckung zurückgab.

Der Tantalus ist ein Metall, dessen Hauptnutzung in der Ausarbeitung von Kondensatoren kleiner Größen liegt, die in Mobiltelefonen, Laptops, elektronischen Kameras usw. verwendet werden. Außerdem wird der Tantalus für medizinische Zwecke in Knochenimplantaten und bei der Reparatur der Schädelknochen verwendet.

Viele ihrer Erze befinden sich im Zentrum des afrikanischen Kontinents. Seine Erhöhung bedeutete bewaffnete Konflikte zwischen mehreren Ländern, die darum kämpfen, die Steinbrüche zu nehmen, aus denen die Tantalo -Mineralien extrahiert werden. Es kann daher gesagt werden, dass es eines der widersprüchlichsten Metalle der modernen Ära ist.

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Struktur des Tantalus

Das Tantal kann bei Raumtemperatur zwei kristalline Strukturen annehmen: die Kubik im Körper (BCC), die als Phase α (α-TA) bezeichnet und für seine Duktilität verantwortlich ist; und das metastabile tetragonale oder Phase β (β-TA) liefert Härte und verwandelt sich in die α-Phase, wenn die Kristalle zwischen 750 und 775 ° C erhitzt werden.

Einige Quellen berichten auch über die Existenz einer dritten kristallinen Struktur: die Kubik, die auf den Gesichtern (FCC) zentriert ist, die als anomal angesehen wird und nur in sehr dünnen Blättern von Tantalus beobachtet werden konnten. Somit zeigt diese Struktur (FCC-TA), wie ein drittes Alotropic.

Elektronische Konfiguration

Der Tantalus hat die folgende elektronische Konfiguration:

[Xe] 4f¹⁴ 5 d³ 6s²

Die 4F -Orbitalelektronen sind in Bezug auf Energie sehr „im Inneren“ des tantalen Atoms; Das heißt, sie nehmen an keiner ihrer chemischen Reaktionen teil. Daher kann der Tantal nur die Elektronen der 5D- und 6S -Orbitale verwenden, um sie zu verlieren und sie in Kationen zu verwandeln, so dass sie mit anderen Atomen oder Anionen interagieren, um ihre Verbindungen zu entstehen.

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Wenn der Tantalo die fünf Elektronen dieser 5D- und 6S -Orbitale verliert, wird es zum Pentavalent Cation Ta⁵⁺, das ist sehr stabil elektronisch; Merkmal, das tatsächlich mit Ihren Kollegen V teilt v⁵⁺ Und mo⁵⁺. Dies ist der Grund, warum Tantal (V) oder +5 Verbindungen für dieses Metall am häufigsten sind.

Tantalus -Eigenschaften

Aussehen

Es ist ein helles, aber dunkles Metall, und das kann bläuliche oder lila Visos auftreten. Diese Farben sind auf die Schichten mit unterschiedlicher Dicke ihres Oxids zurückzuführen, die die Metalloberfläche bedecken.

Tantalus -Stücke sind sehr duktil und formbar, obwohl sie abhängig von ihrem erhaltenen Prozess auch sehr hart und spröde sein können.

Es ist ein guter Leiter von Strom und Wärme. Es hat einen sehr hohen Schmelzpunkt (3017 ºC), der nur vom Wolfram, dem Renio und dem Osmium übertroffen wird. Darüber hinaus ist es eines der wenigen feuerfesten Metalle; Das heißt, es ist sehr resistent gegen Hitze und Verschleiß.

Der Tantal hat zwei allotropische Formen: das Alpha, duktil und weich; und die Beta, hart und spröde. Es ist ein Korrosionsresistantes Metall aufgrund eines Oxidfilms, der es abdeckt. Der Tantalus in Staubform kann spontan in der Luft abfeuern.

Ordnungszahl

73

Molmasse

180.947 g/mol

Schmelzpunkt

3017 ºC

Siedepunkt

5458 ºC

Dichte

16.69 g/cm³

Fusionshitze

36.57 kJ/mol

Verdampfungswärme

753 kJ/mol

Molkalorienkapazität

25.36 J/(mol · k)

Zündungspunkt

> 250 ºC

Brechungsindex

2.05

Härte

6.5 auf der MOHS -Skala

Oxidationszustände

Tantalo -Atome können an ihren Verbindungen mit folgenden Oxidationszuständen teilnehmen: -3, -1, +1, +2, +3, +4 und +5, wobei letztere am vorherrschendsten ist. Daher sind Tantal (V) oder +5 Verbindungen (V) häufiger und stabil (TA⁵⁺).

Elektronegativität

1.5 Pauling -Skala.

Ionisationsenergien

Erstens: 761 kJ/mol

Zweitens: 1500 kJ/mol

Reaktivität

Das Tantal bei Temperaturen unter 150 ° C ist eine der chemischsten oder niedrigersten Reaktivitätsmetalle. Bei Umgebungstemperatur wird es nicht durch verdünnte oder konzentrierte Säuren angegriffen, sondern auch gegen die Wirkung von königlicher Wasser resistent. Es kann nur durch Fluorhorsäure gelöst werden.

Der Tantalus wird nicht von den meisten in Wasser gelösten Alkalis angegriffen, sondern durch geschmolzene Alkalis und Kaliumhydroxid. Bei hohen Temperaturen können mit Fluor, Chlor und Sauerstoff reagieren.

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Der Tantalus wird oxidiert, um ein Pentoxid zu bilden (Ta₂ENTWEDER₅), Verbindung mit mehreren Anwendungen. Nitruro und Tantalo -Carbid sind Verbindungen großer Härte, die in Schneidwerkzeugen verwendet werden. Darüber hinaus kann der Tantal Teil einiger organometallischer Verbindungen sein, wie z. B. Pentamethyltalo, TA (CH₃)₅.

Anwendungen

Stücke, die in Strom und Elektronik verwendet werden

Tantalo -Kondensator in einer elektronischen Schaltung. Quelle: Epop, Public Domain, über Wikimedia Commons

Die mit Tantalo gebauten Kondensatoren oder Kondensatoren haben einen höheren Wert der Beziehung zwischen der Kapazität und dem Volumen, das jeder andere Kondensatortyp, sodass sie in Instrumenten mit Mikrozahnen verwendet werden können. wie Mobiltelefone, Laptops, elektronische Kameras usw.

Der Tantalus wurde zur Herstellung von Ultra -Hochfrequenzelektronen für Funksender verwendet. Der Tantalo reagiert mit Stickstoff und Sauerstoff, um die hohe Leere in den Röhren zu halten, die bei Verwendung interner Stücke wie Grille und Platten erforderlich sind.

Es wird auch für die Herstellung von Elektroden für Neonlichter und AC/DC -Gleichrichter verwendet. Der Tantalus wird aufgrund seiner Duktilität verwendet, um sehr dünne Drähte herzustellen, die bei der Verdunstung von Aluminium verwendet werden.

Große Härtestücke

Der Tantalus ist ein hartes und widerstandsfähiges Metall, daher wurde er in Form von Carbid in Metallarbeit und Arbeitstools verwendet. Es wurde auch zur Herstellung von Reaktionsmotoren, Kernreaktoren, Raketenteilen, Turbinenblättern und Flugzeug -Tapas verwendet.

Chemische Artikel mit hoher Resistenz

Weil der Tantalus ein Inert ist.

Darüber hinaus wird es aufgrund seines hohen Schmelzpunkts und seiner Oxidationsbeständigkeit bei der Herstellung von Tiegel für Destillationen in Vakuumöfen verwendet.

Medizinische Anwendungen

Der Tantalus ist ein nicht reizendes und resistierendes Metall gegen Körperflüssigkeiten, so dass es in orthopädischen Knochenimplantaten verwendet wurde. Und außerdem wurden aufgrund seiner Formbarkeit Metallblätter gebaut, die bei der Reparatur beschädigter Teile des Schädels verwendet wurden. Diese Blätter werden auch im Zusammenhang mit zerrissenen Nerven verwendet.

Der Tantalus wird zur Ausarbeitung des Trabekelmetalls verwendet, das einem Knochenmaterial ähnelt und seine physikalischen Eigenschaften nähert. Seine trabekulare und poröse Konfiguration begünstigt die Bildung von Knochen- und Schnellgewebeinfiltration.

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Dieses Verfahren wird in der Hüft- und Kniearthroplastik und bei der Behandlung der Knochengewebenekrose des Oberschenkelkopfes angewendet.

Hyalurorano ist ein Gel, das zum Transport von Medikamenten durch einen perkutanen Katheter verwendet wird. Der Tantalus ist in das Gel eingebaut, um es zu den X -Strahlen undurchsichtig zu machen und seinen Eintritt in den Körper zu beobachten.

Ebenso wurde die Tantal zur Vorbeugung von Arthrinstitis und jugendlicher idiopathischer Skoliose untersucht.

Andere

Der Tantalus wird in der Cauchera -Industrie als Katalysator in der Synthese des Butadieno verwendet. Es wird auch bei der Ausarbeitung von Stiften, Analysemessgrößen sowie chirurgischen und zahnärztlichen Instrumenten zum Austausch von Platin verwendet.

Tantalusoxid wird zur Herstellung eines hohen Brechungsindex für Kameraslinsen verwendet.

Erhalten

Der Tantalus hat eine Fülle zwischen 1 und 2 ppm in der Erdkruste, nicht im Freistaat. Es wird kommerziell aus dem Tantalita -Mineral ausgenutzt, obwohl es auch in der Columbita und dem Coltán vorkommt.

Das Mineral zu Quetsch ist mit Fluorhorsäure mit Schwefel oder Salzsäure gemischt, wodurch ein Tantalus- und Fluoridkomplex erzeugt wird, h₂[Taf₇]. Dieser Komplex wird unter Verwendung von organischen Lösungsmitteln eine Flüssigkeits-Flüssigkeits-Extraktion unterzogen.

Die h₂[Taf₇] Kaliumfluorid wird so behandelt₂[Taf₇], was schließlich durch Erhitzen in einem elektrischen Ofen mit metallischem Natrium reduziert wird, wodurch der metallische Tantalus erhältlich ist.

Isotope

Der Tantalus hat insgesamt 38 Isotope, von denen man nur als stabil angesehen werden kann: die ¹⁸¹Ta. Dieses Isotop hat eine Fülle von 99.98 % des Tantalus, während 0.12% verbleibende werden durch die dargestellt ^{180 m}Ta.

Das Isotop mit dem geringsten halben Leben ist das ¹⁹¹Ta, mit einem Wert von mehr als 300 Nanosekunden; während der mit dem größten halben Leben der oben genannte ist ^{180 m}Ta 2.0 · 10¹⁶ . Der Teil des radioaktiven Zerfalls wird durch elektronische Einfassung und Emission von α- und β -Partikeln erzeugt^-.

Verweise

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