Oznaczenie tantalu. Właściwości prostych substancji i związków

Historia

Tantal został odkryty w 1802 roku przez szwedzkiego chemika AG Ekeberga w dwóch minerałach znalezionych w Finlandii i Szwecji. Nie udało się jednak wyizolować go w czystej postaci. Ze względu na trudność pozyskania tego pierwiastka nazwano go na cześć bohatera mitologii starożytnej Grecji, Tantala.

Następnie tantal i „columbium” (niob) uznano za identyczne. Dopiero w 1844 roku niemiecki chemik Heinrich Rose udowodnił, że minerał kolumbit-tantalit zawiera dwa różne pierwiastki - niob i tantal.

Znanych jest około 20 rodzimych minerałów tantalu - seria kolumbit-tantalit, wojinit, loparyt, manganotantalit i inne, a także ponad 60 minerałów zawierających tantal. Wszystkie z nich są związane z endogenicznymi formacjami mineralnymi. W minerałach tantal zawsze występuje razem z niobem ze względu na podobieństwo ich właściwości fizycznych i chemicznych. Tantal jest pierwiastkiem typowo rozproszonym, ponieważ jest izomorficzny z wieloma pierwiastkami chemicznymi. Złoża tantalu są ograniczone do granitowych pegmatytów, karbonatytów i alkalicznych intruzji warstwowych.

Miejsce urodzenia

Największe złoża rud tantalu znajdują się we Francji, Egipcie, Tajlandii i Chinach. Istnieją również złoża rud tantalu w Mozambiku, Australii, Nigerii, Kanadzie, Brazylii, WNP, DRK, Malezji.

Największe na świecie złoże rud tantalu, Greenbushes, znajduje się w Australii w stanie Australia Zachodnia, 250 km na południe od Perth.

Właściwości fizyczne

W temperaturach poniżej 4,45 K przechodzi w stan nadprzewodzący.

Właściwości chemiczne

W normalnych warunkach tantal jest nieaktywny, utlenia się w powietrzu tylko w temperaturach powyżej 280 ° C, pokrywając się warstwą tlenku Ta 2 O 5; reaguje z halogenami w temperaturze powyżej 250 °C. Po podgrzaniu reaguje z C, B, Si, P, Se, Te, H 2 O, CO, CO 2, NO, HCl, H 2 S.

Chemicznie czysty tantal jest wyjątkowo odporny na ciekłe metale alkaliczne, większość kwasów nieorganicznych i organicznych oraz wiele innych agresywnych mediów (z wyjątkiem stopionych zasad).

Pod względem odporności chemicznej na działanie odczynników tantal jest podobny do szkła. Tantal jest nierozpuszczalny w kwasach i ich mieszaninach, z wyjątkiem mieszaniny kwasu fluorowodorowego i azotowego; nawet woda królewska go nie rozpuszcza. Reakcja z kwasem fluorowodorowym zachodzi tylko z pyłem metalowym i towarzyszy jej wybuch. Bardzo odporny na kwas siarkowy o dowolnym stężeniu i temperaturze (przy 200°C metal koroduje w kwasie tylko o 0,006 milimetra rocznie), stabilny w odtlenionych stopionych metalach alkalicznych i ich przegrzanych parach (lit, sód, potas, rubid, cez) .

Toksykologia

Rozpowszechnienie

Paragon fiskalny

Głównymi surowcami do produkcji tantalu i jego stopów są koncentraty tantalitu i loparytu zawierające około 8% Ta 2 O 5 oraz 60% lub więcej Nb 2 O 5 . Koncentraty są rozkładane przez kwasy lub zasady, koncentraty loparytu są chlorowane. Oddzielenie Ta i Nb przeprowadza się przez ekstrakcję. Tantal metaliczny jest zwykle otrzymywany przez redukcję Ta 2 O 5 węglem lub elektrochemicznie ze stopów. Zwarty metal jest wytwarzany za pomocą łuku próżniowego, topienia plazmowego lub metalurgii proszków.

Aby uzyskać 1 tonę koncentratu tantalu, konieczne jest przetworzenie do 3000 ton rudy.

Cena £

Wniosek

Pierwotnie był używany do wyrobu drutu do lamp żarowych. Obecnie tantal i jego stopy są wykorzystywane do:

• stopy żaroodporne i odporne na korozję;
• sprzęt antykorozyjny dla przemysłu chemicznego, dysze przędzalnicze, szkło laboratoryjne i tygle do otrzymywania, topienia i odlewania pierwiastków ziem rzadkich oraz itru i skandu;
• wymienniki ciepła do systemów energetyki jądrowej (tantal jest najbardziej stabilny ze wszystkich metali w przegrzanych stopach i oparach cezu);
• w chirurgii tantalowe arkusze, folie i druty służą do mocowania tkanek, nerwów, szycia, wykonywania protez zastępujących uszkodzone części kości (ze względu na zgodność biologiczną);
• drut tantalowy jest stosowany w kriotronach - elementach nadprzewodzących instalowanych w technice komputerowej;
• w produkcji amunicji tantal jest używany do wykonywania metalowych okładzin zaawansowanych ładunków kumulacyjnych, co poprawia penetrację pancerza;
• tantal i niob są używane do produkcji kondensatorów elektrolitycznych (wyższej jakości niż aluminiowe kondensatory elektrolityczne, ale zaprojektowane dla niższego napięcia);
• tantal był używany w ostatnich latach jako metal jubilerski, ze względu na jego zdolność do tworzenia na powierzchni trwałych warstw tlenków o pięknych tęczowych kolorach;
• izomer jądrowy tantal-180m2, który gromadzi się w materiałach konstrukcyjnych reaktorów jądrowych, może wraz z hafnem-178m2 służyć jako źródło promieniowania gamma i energii w rozwoju broni i pojazdów specjalnych.
• US Bureau of Standards i International Bureau of Weights and Measures of France używają tantalu zamiast platyny do produkcji standardowych odważników analitycznych o wysokiej precyzji;
• berylid tantalu jest niezwykle twardy i odporny na utlenianie w powietrzu do 1650°C, stosowany w technice lotniczej;
• węglik tantalu (temperatura topnienia 3880°C, twardość zbliżona do diamentu) wykorzystywany jest do produkcji stopów twardych – mieszaniny węglików wolframu i tantalu (gatunki o indeksie TT), do najtrudniejszych warunków obróbki metali i udarowego wiercenia obrotowego najmocniejsze materiały (kamień, kompozyty), a także stosowane na dysze, dysze rakiet;
• Tlenek tantalu(V) jest stosowany w technice jądrowej do topienia szkła pochłaniającego promieniowanie gamma. Jeden z najczęściej stosowanych składów takiego szkła: dwutlenek krzemu - 2%, tlenek ołowiu (litharge) - 82%, tlenek boru - 14%, pięciotlenek tantalu - 2%;
• w numizmatyce. Od 2006

Bogowie ukarali frygijskiego króla Tantala za nieuzasadnione okrucieństwo. Skazali Tantala na wieczne męki pragnienia, głodu i strachu. Od tego czasu stoi w podziemnym świecie po gardło w czystej wodzie. Pod ciężarem dojrzałych owoców pochylają się ku niemu gałęzie drzew. Kiedy spragniony Tantal próbuje się upić, woda opada. Gdy tylko wyciąga rękę po soczyste owoce, wiatr unosi gałąź, a grzesznik, wyczerpany głodem, nie może jej dosięgnąć. A tuż nad jego głową wisiał kamień, który w każdej chwili groził zawaleniem.

Tak więc mity starożytnej Grecji opowiadają o mękach Tantala. Szwedzki chemik Ekeberg musiał nie raz pamiętać o mące tantalowej, kiedy bezskutecznie próbował rozpuścić odkrytą przez siebie w 1802 r. „ziemię” w kwasach i wyizolować z niej nowy pierwiastek. Ile razy wydawało się, że naukowiec był blisko celu, ale nie udało mu się wyizolować nowego metalu w czystej postaci. Stąd „męczeńska” nazwa elementu nr 73.

Kontrowersje i nieporozumienia

Po pewnym czasie okazało się, że tantal ma bliźniaka, który urodził się rok wcześniej. Ten bliźniak to pierwiastek nr 41, odkryty w 1801 roku i pierwotnie nazwany Columbia. Później przemianowano go na niob. Podobieństwo niobu i tantalu zmyliło chemików. Po długich debatach doszli do wniosku, że tantal i kolumbia to jedno i to samo.

Z początku tego samego zdania był najsłynniejszy chemik tamtych czasów, Jene Jakob Berzelius, ale później w to wątpił. W liście do swojego ucznia, niemieckiego chemika Friedricha Wöhlera, Berzelius napisał:

„Odsyłam ci twój X, którego prosiłem najlepiej jak mogłem, ale od którego otrzymałem wymijające odpowiedzi. Czy jesteś tytanem? Zapytałam. Odpowiedział: Wöhler powiedział ci, że nie jestem Tytanem.

To też zainstalowałem.

Czy jesteś cyrkonem? - Nie - odpowiedział - rozpuszczam się w sodzie, czego nie robi ziemia cyrkonowa. - Czy jesteś puszką? „Zawieram cynę, ale bardzo mało. Czy jesteś tantalem? Jestem z nim spokrewniony - odpowiedział - ale rozpuszczam się w żrącym potażu i wytrąca się z niego żółtobrunatny osad. – Cóż, w takim razie jakim jesteś diabełkiem? Zapytałam. Wtedy wydawało mi się, że odpowiedział: nie dali mi imienia.

Nawiasem mówiąc, nie jestem pewien, czy naprawdę to słyszałem, ponieważ był po mojej prawej stronie, a nie słyszę zbyt dobrze na prawe ucho. Ponieważ twój słuch jest lepszy niż mój, odsyłam tę chłopczycę z powrotem do ciebie, aby zadać mu nowe przesłuchanie ... ”

Ten list dotyczył analogu tantalu, pierwiastka odkrytego przez Anglika Charlesa Hatcheta w 1801 roku.

Ale Wöhlerowi nie udało się wyjaśnić związku między tantalem a Kolumbią. Naukowcy byli skazani na błądzenie przez ponad czterdzieści lat. Dopiero w 1844 roku niemiecki chemik Heinrich Rosa zdołał rozwiązać zagmatwany problem i udowodnić, że Kolumbia, podobnie jak tantal, ma pełne prawo do „chemicznej suwerenności”. A ponieważ istniały powiązania rodzinne tych pierwiastków, Rose nadała Kolumbii nową nazwę – niob, która podkreślała ich pokrewieństwo (w mitologii starożytnej Grecji Niobe – Córka Tantala).

Pierwsze kroki

Przez wiele dziesięcioleci projektanci i technolodzy nie interesowali się tantalem. Właściwie tantal jako taki po prostu nie istniał: w końcu naukowcom udało się uzyskać ten metal w jego czystej, zwartej postaci dopiero w XX wieku. Pierwszym, który to zrobił, był niemiecki chemik von Bolton w 1903 roku. Jeszcze wcześniej wielu naukowców, w szczególności Moissan, podejmowało próby wyizolowania czystego tantalu. Ale proszek metalu otrzymany przez Moissana, który zredukował pięciotlenek tantalu Ta 2 O 5 węglem w piecu elektrycznym, nie był czysty tantal proszek zawierał 0,5% węgla.

Tak więc na początku naszego stulecia czysty tantal wpadł w ręce badaczy, a teraz mogli już szczegółowo zbadać właściwości tego jasnoszarego metalu o lekko niebieskawym odcieniu.

Co on reprezentuje? Przede wszystkim jest metalem ciężkim: jego gęstość wynosi 16,6 g/cm 3 (zauważ, że do przetransportowania metra sześciennego tantalu potrzeba sześciu trzytonowych ciężarówek).

Wysoka wytrzymałość i twardość połączona jest w nim z doskonałymi właściwościami plastycznymi. Czysty tantal dobrze poddaje się obróbce skrawaniem, łatwemu tłoczeniu, obróbce na najcieńsze arkusze (około 0,04 mm grubości) i drut. Charakterystyczną cechą tantalu jest jego wysoka przewodność cieplna. Ale być może najważniejszą właściwością fizyczną tantalu jest jego ogniotrwałość: topi się w temperaturze prawie 3000°C (dokładniej w 2996°C), ustępując pod tym względem jedynie wolframowi i renowi.

Kiedy okazało się, że tantal jest bardzo ogniotrwały, naukowcy wpadli na pomysł wykorzystania go jako materiału na włókna lamp elektrycznych. Jednak kilka lat później tantal został zmuszony do ustąpienia miejsca temu polu jeszcze bardziej ogniotrwałego i nie tak drogiego wolframu.

Przez kilka kolejnych lat tantal nie znalazł praktycznego zastosowania. Dopiero w 1922 roku można go było zastosować w prostownikach prądu przemiennego (tantal, pokryty warstwą tlenku, przepuszcza prąd tylko w jednym kierunku), a rok później w lampach radiowych. W tym samym czasie rozpoczął się rozwój przemysłowych metod otrzymywania tego metalu. Pierwsza przemysłowa próbka tantalu, uzyskana przez jedną z amerykańskich firm w 1922 roku, była wielkości główki zapałki. Dwadzieścia lat później ta sama firma oddała do użytku wyspecjalizowany zakład do produkcji tantalu.

Jak tantal jest oddzielany od niobu

Skorupa ziemska zawiera tylko 0,0002% Ta, ale znanych jest wiele jej minerałów - ponad 130. Tantal w tych minerałach z reguły jest nierozłączny z niobem, co tłumaczy się skrajnym podobieństwem chemicznym pierwiastków i prawie identycznymi rozmiarami ich jonów.

Trudność w rozdzieleniu tych metali przez długi czas utrudniała rozwój przemysłu tantalu i niobu. Do niedawna były one izolowane jedynie metodą zaproponowaną już w 1866 roku przez szwajcarskiego chemika Marignaca, który wykorzystał różną rozpuszczalność tantalanu fluoru i niobianu fluoru potasu w rozcieńczonym kwasie fluorowodorowym.

W ostatnich latach ogromnego znaczenia nabrały również ekstrakcyjne metody separacji tantalu, oparte na różnych rozpuszczalnościach soli tantalu i niobu w niektórych rozpuszczalnikach organicznych. Z doświadczenia wynika, że ​​najlepsze właściwości ekstrakcyjne mają keton metylowo-etylowy i cykloheksanon.

Obecnie główną metodą otrzymywania metalicznego tantalu jest elektroliza stopionego tantalanu fluoru potasu w tyglach grafitowych, żeliwnych lub niklowych, które pełnią również funkcję katod. Proszek tantalu osadza się na ściankach tygla. Wydobyty z tygla proszek ten jest najpierw prasowany na prostokątne płyty (jeśli przedmiot obrabiany ma być walcowany na arkusze) lub kwadratowe pręty (do ciągnienia drutu), a następnie spiekany.

Pewne zastosowanie znajduje również metoda sodowo-termiczna do produkcji tantalu. Tantalan fluoru potasu i metaliczny sód oddziałują w tym procesie:

K 2 TaF 7 + 5Na → Ta + 2KF + 5NaF.

Produktem końcowym reakcji jest sproszkowany tantal, który następnie jest spiekany. W ostatnich dwóch dekadach stosowano również inne metody przetwarzania proszków – topienie łukiem próżniowym lub indukcyjnym oraz topienie wiązką elektronów.

W służbie chemii

Niewątpliwie najcenniejszą właściwością tantalu jest jego wyjątkowa odporność chemiczna: pod tym względem ustępuje jedynie metalom szlachetnym, i to nie zawsze.

Tantal nie rozpuszcza się nawet w tak agresywnym chemicznie środowisku jak woda królewska, która łatwo rozpuszcza złoto, platynę i inne metale szlachetne. Poniższe fakty świadczą o najwyższej odporności na korozję tantalu. W 200°C nie jest podatny na korozję w 70% kwasie azotowym, w kwasie siarkowym w 150°C nie obserwuje się również korozji tantalu, a w 200°C metal koroduje, ale tylko o 0,006 mm rocznie.

Ponadto tantal jest metalem ciągliwym, z którego można wytwarzać produkty cienkościenne i produkty o złożonym kształcie. Nic dziwnego, że stał się nieodzownym materiałem konstrukcyjnym dla przemysłu chemicznego.

Urządzenia tantalowe wykorzystywane są do produkcji wielu kwasów (sól, siarka, azot, fosfor, oct), bromu, chloru, nadtlenku wodoru. W jednym zakładzie wykorzystującym gazowy chlorowodór części ze stali nierdzewnej uległy awarii po dwóch miesiącach. Ale gdy tylko stal została zastąpiona tantalem, nawet najcieńsze części (o grubości 0,3 ... 0,5 mm) okazały się praktycznie nieokreślone - ich żywotność wzrosła do 20 lat.

Spośród wszystkich kwasów tylko kwas fluorowodorowy jest w stanie rozpuścić tantal (zwłaszcza w wysokich temperaturach). Wykonuje się z niego wężownice, destylatory, zawory, mieszadła, napowietrzacze i wiele innych części aparatury chemicznej. Rzadziej - urządzenia w całości.

Wiele materiałów konstrukcyjnych szybko traci przewodność cieplną: na ich powierzchni tworzy się słabo przewodzący ciepło film tlenkowy lub solny. Sprzęt tantalowy jest wolny od tej wady, a raczej może tworzyć się na nim warstwa tlenku, ale jest cienki i dobrze przewodzi ciepło. Nawiasem mówiąc, to wysoka przewodność cieplna połączona z plastycznością sprawiła, że ​​tantal jest doskonałym materiałem na wymienniki ciepła.

Katody tantalowe są stosowane w elektrolitycznej separacji złota i srebra. Zaletą tych katod jest to, że osady złota i srebra można z nich zmyć wodą królewską, co nie szkodzi tantalowi.

Tantal jest ważny nie tylko dla przemysłu chemicznego. Również wielu chemików-badaczy spotyka się z nim w swojej codziennej praktyce laboratoryjnej. Tantalowe tygle, kubki, szpatułki nie są rzadkością.

„Trzeba mieć tantalowe nerwy…”

Wyjątkową cechą tantalu jest jego wysoka zgodność biologiczna, tj. zdolność zakorzeniania się w organizmie bez powodowania podrażnień otaczających tkanek. Właściwość ta jest podstawą szerokiego zastosowania tantalu w medycynie, głównie w chirurgii rekonstrukcyjnej - do naprawy organizmu człowieka. Płytki z tego metalu stosuje się np. w przypadku uszkodzenia czaszki – zamykają pęknięcia czaszki. W literaturze opisano przypadek, gdy z płytki tantalowej wykonano sztuczne ucho, a skóra przeszczepiona z uda tak dobrze się ukorzeniła, że ​​wkrótce trudno było odróżnić ucho tantalowe od prawdziwego.

Przędza tantalowa jest czasami używana do kompensacji utraty tkanki mięśniowej. Za pomocą cienkich płytek tantalowych chirurdzy wzmacniają ściany jamy brzusznej po operacji. Zszywki tantalowe, podobne do tych używanych do szycia zeszytów, bezpiecznie łączą naczynia krwionośne. Siatki wykonane z tantalu wykorzystywane są do produkcji protez ocznych. Ścięgna są zastępowane nićmi z tego metalu, a nawet włókna nerwowe są zszywane. A jeśli zwykle używamy wyrażenia „żelazne nerwy” w sensie przenośnym, być może spotkałeś ludzi z nerwami tantalowymi.

Rzeczywiście, jest coś symbolicznego w fakcie, że to właśnie na udział metalu, nazwanego na cześć mitologicznego męczennika, spadła humanitarna misja – ulżyć ludzkiemu cierpieniu…

Głównym odbiorcą jest metalurgia

Jednak tylko 5% tantalu produkowanego na świecie jest wydawane na potrzeby medyczne, około 20% zużywa przemysł chemiczny. Główna część tantalu - ponad 45% - trafia do hutnictwa. W ostatnich latach tantal jest coraz częściej stosowany jako pierwiastek stopowy w stalach specjalnych - wytrzymałych, odpornych na korozję, żaroodpornych. Działanie tantalu na stal jest podobne do działania niobu. Dodatek tych pierwiastków do konwencjonalnych stali chromowych zwiększa ich wytrzymałość oraz zmniejsza kruchość po hartowaniu i wyżarzaniu.

Bardzo ważnym obszarem zastosowań tantalu jest produkcja stopów żaroodpornych, które są coraz bardziej potrzebne technologii rakietowej i kosmicznej. Stop składający się w 90% z tantalu i w 10% z wolframu ma niezwykłe właściwości. W postaci arkuszy taki stop jest skuteczny w temperaturach do 2500°C, a bardziej masywne części wytrzymują ponad 3300°C! Za granicą stop ten jest uważany za dość niezawodny do produkcji dysz, rur wydechowych, części układów sterowania i regulacji gazu oraz wielu innych krytycznych elementów statków kosmicznych. W przypadkach, gdy dysze rakietowe są chłodzone ciekłym metalem, który może powodować korozję (lit lub sód), po prostu nie można obejść się bez stopu tantalu i wolframu.

Jeszcze większą odporność cieplną części wykonanych ze stopu tantalowo-wolframowego uzyskuje się, jeśli osadza się na nich warstwę węglika tantalu (temperatura topnienia tej powłoki wynosi ponad 4000°C). Podczas eksperymentalnych startów rakiet takie dysze wytrzymywały ogromne temperatury, w których sam stop szybko koroduje i zapada się.

Kolejna zaleta węglika tantalu – jego twardość zbliżona do diamentu – skłoniła ten materiał do produkcji narzędzi węglikowych do szybkiego skrawania metalu.

Praca w stresie

Około jedna czwarta światowej produkcji tantalu trafia do przemysłu elektrycznego i próżniowego. Ze względu na wysoką obojętność chemiczną zarówno samego tantalu, jak i jego warstwy tlenkowej, elektrolityczne kondensatory tantalowe są bardzo stabilne w działaniu, niezawodne i trwałe: ich żywotność sięga 12 lat, a czasem więcej. Miniaturowe kondensatory tantalowe stosowane są w nadajnikach radiowych, instalacjach radarowych i innych układach elektronicznych. To ciekawe, że te kondensatory potrafią się same naprawiać: załóżmy, że iskra, która pojawiła się przy wysokim napięciu, zniszczyła izolację - natychmiast w miejscu awarii ponownie tworzy się izolująca warstwa tlenku, a kondensator nadal działa, jakby nic się nie stało.

Tlenek tantalu ma najcenniejszą właściwość dla elektrotechniki: jeśli zmienny prąd elektryczny przepuści się przez roztwór, w którym zanurzony jest tantal, pokryty najcieńszą (zaledwie kilka mikronów!) warstwą tlenku, będzie płynął tylko w jednym kierunku - od rozwiązanie dla metalu. Na tej zasadzie działają prostowniki tantalowe, które znajdują zastosowanie np. w sygnalizacji kolejowej, centralach telefonicznych, systemach sygnalizacji pożaru.

Tantal służy jako materiał na różne części urządzeń elektropróżniowych. Podobnie jak niob, doskonale sprawdza się jako getter, tj. rębacz. Tak więc w temperaturze 800°C tantal jest w stanie wchłonąć ilość gazu, która jest 740 razy większa od jego własnej objętości. Wykonują również gorące okucia do lamp z tantalu - anody, siatki, pośrednio ogrzewane katody i inne ogrzewane części. Tantal jest szczególnie potrzebny do lamp, które pracując w wysokich temperaturach i napięciach muszą przez długi czas zachowywać dokładne charakterystyki. Drut tantalowy stosowany jest w kenotronach - elementach nadprzewodzących potrzebnych np. w technice komputerowej.

Boczne „specjalności” tantalu

Tantal dość często gości w pracowniach jubilerskich, w wielu przypadkach zastępuje go platyna. Tantal jest używany do produkcji kopert zegarków, bransoletek i innej biżuterii. A w innej dziedzinie pierwiastek nr 73 konkuruje z platyną: standardowe odważniki analityczne wykonane z tego metalu nie są gorszej jakości od platynowych. Tantal jest używany jako zamiennik droższego irydu w produkcji stalówek do piór automatycznych. Ale ta historia tantalu nie jest wyczerpana. Specjaliści technologii wojskowej uważają, że celowe jest wytwarzanie niektórych części pocisków kierowanych i silników odrzutowych z tantalu.

Powszechnie stosowane są również związki tantalu. Tak więc fluorotantalan potasu jest stosowany jako katalizator w produkcji kauczuku syntetycznego. Pięciotlenek tantalu odgrywa również taką samą rolę w produkcji butadienu z alkoholu etylowego.

Tlenek tantalu jest czasami używany również w szklarstwie - do produkcji szkieł o wysokim współczynniku załamania światła. Proponuje się zastosowanie mieszaniny pięciu tlenków tantalu Ta 2 O 5 z niewielką ilością trójtlenku żelaza w celu przyspieszenia krzepnięcia krwi. Wodorki tantalu są z powodzeniem stosowane do lutowania styków na półprzewodnikach krzemowych.

Zapotrzebowanie na tantal stale rośnie, dlatego nie ma wątpliwości, że w najbliższych latach produkcja tego wspaniałego metalu będzie rosła szybciej niż obecnie.

Tantal jest twardszy… tantal

Powłoki tantalowe są nie mniej atrakcyjne niż, powiedzmy, powłoki niklowe i chromowe. Atrakcyjny nie tylko zewnętrznie. Opracowano metody pozwalające na powlekanie wyrobów wielkogabarytowych (tygle, rury, blachy, dysze rakietowe) warstwą tantalu o różnej grubości, a powłoka może być nakładana na bardzo różnorodne materiały – stal, żelazo, miedź, nikiel, molibden, tlenek glinu, grafit, kwarc, szkło, porcelana i inne. Charakterystyczne jest, że twardość powłoki tantalowej według Brinella wynosi 180...200 kg/mm ​​2 , natomiast twardość tantalu technicznego w postaci wyżarzonych prętów lub arkuszy waha się w granicach 50...80 kg/mm ​​​2.

Tańsze niż platyna, droższe niż srebro

Zastąpienie platyny tantalem jest z reguły bardzo opłacalne - jest od niego kilkakrotnie tańsze. Niemniej jednak tantalu nie można nazwać tanim. Stosunkowo wysoki koszt tantalu tłumaczy się wysoką ceną materiałów użytych do jego produkcji oraz złożonością technologii otrzymywania pierwiastka nr 73: aby otrzymać tonę koncentratu tantalu, trzeba przetworzyć do 3 tys. Ruda.

Granit metalowy

Poszukiwania surowców tantalu trwają do dziś. Cenne pierwiastki, w tym tantal, znajdują się w zwykłym granicie. W Brazylii próbowano już wydobywać tantal z granitów. To prawda, że ​​\u200b\u200bten proces otrzymywania tantalu i innych pierwiastków nie ma jeszcze znaczenia przemysłowego - jest bardzo skomplikowany i kosztowny, ale udało im się uzyskać tantal z tak niezwykłych surowców.

Tylko jeden tlenek

Wcześniej sądzono, że tantal, podobnie jak wiele innych metali przejściowych, w reakcji z tlenem może tworzyć kilka tlenków o różnym składzie. Jednak późniejsze badania wykazały, że tlen zawsze utlenia tantal do pięciotlenku Ta 2 O 5. Istniejące zamieszanie tłumaczy się tworzeniem stałych roztworów tlenu w tantalu. Rozpuszczony tlen jest usuwany przez ogrzewanie powyżej 2200°C pod próżnią. Tworzenie stałych roztworów tlenu silnie wpływa na właściwości fizyczne tantalu. Zwiększa się jego wytrzymałość, twardość, opór elektryczny, ale maleje podatność magnetyczna i odporność na korozję.

Tantal- jasnoszary metal z lekko niebieskawym odcieniem. Pod względem ogniotrwałości (temperatura topnienia około 3000°C) ustępuje jedynie wolframowi i renowi. Wysoka wytrzymałość i twardość połączona jest w nim z doskonałymi właściwościami plastycznymi. Czysty tantal dobrze poddaje się różnorodnej obróbce mechanicznej, jest łatwy do tłoczenia, przetwarzany na najcieńsze arkusze (o grubości około 0,04 mm) i drut.

Tantal ma sześcienną siatkę skupioną na ciele (a = 3,296 Å); promień atomowy 1,46 Å, promień jonowy Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å; gęstość 16,6 g/cm3 w 20°C; tpl 2996°C; Tbp 5300°C; ciepło właściwe w 0-100°C 0,142 kJ/(kg·K); przewodność cieplna w temp. 20-100°C 54,47 W/(mK). Współczynnik temperaturowy rozszerzalności liniowej 8,0 10 -6 (20-1500 °C); rezystywność elektryczna w 0 °C 13,2 10 -8 omów m, w 2000 °C 87 10 -8 omów m.

Przy 4,38 K staje się nadprzewodnikiem. Tantal jest paramagnetykiem, specyficzna podatność magnetyczna wynosi 0,849 · 10 -6 (18 °C). Czysty tantal to ciągliwy metal, obrabiany pod ciśnieniem na zimno bez znacznego utwardzania przez zgniot. Można go odkształcać do współczynnika redukcji 99% bez pośredniego wyżarzania. Nie wykryto przejścia tantalu ze stanu ciągliwego do kruchego po schłodzeniu do -196°C.

Moduł sprężystości tantalu wynosi 190 Gn / m2 (190 · 10 2 kgf / mm2) w temperaturze 25 ° C. Wytrzymałość na rozciąganie wyżarzonego tantalu o wysokiej czystości wynosi 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) w 27°C i 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) w 490°C; wydłużenie 36% (27°C) i 20% (490°C). Twardość Brinella czystego rekrystalizowanego tantalu wynosi 500 MN/m2 (50 kgf/mm2). Właściwości tantalu w dużej mierze zależą od jego czystości; zanieczyszczenia wodoru, azotu, tlenu i węgla powodują, że metal staje się kruchy.

W branżach naukowo-intensywnych i strategicznych wiodących krajów świata następuje ciągły wzrost. Dynamika tego wzrostu wynika z dwóch powiązanych ze sobą przyczyn. Pierwszym z nich jest potrzeba poprawy cech jakościowych produktów high-tech do celów cywilnych i wojskowych. Po drugie, tantal najlepiej nadaje się do rozwiązania pierwszego problemu, ponieważ ma imponującą listę najcenniejszych właściwości, w tym:

• wyjątkowa odporność na korozję;
• wyjątkowa odporność na działanie chemiczne gazów i kwasów;
• wysoka gęstość (16,6 g / cm 3) i właściwa pojemność elektryczna;
• nadtwardość i plastyczność;
• dobra przetwarzalność (obrabialność, spawalność);
• odporność na ciepło i odporność na ciepło (temperatura topnienia 3000°C);
• zdolność pochłaniania gazów (setki razy większa od własnej objętości);
• wysoki współczynnik przenikania ciepła;
• wyjątkowa kompatybilność biologiczna i wiele więcej.

Formy uwalniania tantalu

Do produkcji produktów zaawansowanych technologicznie tantal jest stosowany zarówno w czystej postaci, jak iw postaci stopów. Szerokie spektrum jego zastosowania wynika z dużego wyboru półproduktów tantalowych i zawierających tantal. Do dalszej obróbki produkowane są pręty i taśmy tantalowe, płyty, dyski, wlewki (gatunki ELP-1, ELP-2, ELP-3). Najbardziej poszukiwane są druty i arkusze tantalowe, a także folie (marki TVCh i TVCh-1) oraz proszek metalowy o kwalifikacjach kondensatorów. Proszek ten stanowi około 60% światowej produkcji tantalu, który jest zużywany przez przemysł radioelektroniczny do tworzenia bazy elementarnej nowoczesnej „inteligentnej” technologii. Około 25% rynku zajmuje blacha i drut tantalowy oraz folia.

Rysunek 1. Produkty z tantalu.

Zastosowania tantalu

• produkcja urządzeń elektropróżniowych;
• elektryka i elektronika;
• telekomunikacja i łączność;
• przemysł lotniczy;
• Inżynieria chemiczna;
• przemysł jądrowy;
• metalurgia stopów twardych;
• medycyna itp.

Tantal w urządzeniach elektropróżniowych

Przestrzeń robocza urządzeń elektropróżniowych jest wypełniona specjalnym gazem lub próżnią, w której znajdują się dwie (anoda i katoda) lub więcej elektrod, które wytwarzają prąd emisyjny w przestrzeni. Do takich urządzeń należą elektropróżniowe urządzenia mikrofalowe typu magnetron, urządzenia do stacji radarowych, nawigacyjnych i hydroakustycznych, oscyloskopy, liczniki cząstek elementarnych, fotokomórki elektropróżniowe, sprzęt rentgenowski, lampy próżniowe i wiele innych. W wielu urządzeniach elektropróżniowych tantal służy jako materiał na gettery - gettery utrzymujące stan głębokiej próżni w komorach. W niektórych urządzeniach elektrody nagrzewają się bardzo szybko i mocno, dlatego w nich jako „hot fit” stosuje się cienką taśmę tantalową (marka T lub HDTV) lub drut (marka HDTV), które mogą pracować przez długi czas czas (dziesiątki tysięcy godzin) i pracują stabilnie w wysokich temperaturach, napięciach i wahaniach temperatur.

Tantal w metalurgii stopów twardych

W przemyśle metalurgicznym tantal jest wykorzystywany do tworzenia supertwardych stopów ogniotrwałych, których składnikami są węgliki tantalu (klasa TT) i wolfram. Ze stopów tantalu i wolframu (marki TV-15, TV-10, TV-5) produkują narzędzia do cięcia i obróbki metali, wytrzymałe „korony” do wiercenia otworów w kamieniu i kompozytach. Stopy tantalu i węglika niklu z łatwością obrabiają powierzchnię diamentów, nie ustępując im pod względem twardości. Tantal (twardość Brinella do 1250-3500 MPa) jest wykorzystywany do produkcji części instalacji kriogenicznych, dysz przędzalniczych i tygli do topienia i oczyszczania metali ziem rzadkich oraz zbiorników do tłoczenia na zimno proszków metali.

Tantal w inżynierii chemicznej

W inżynierii chemicznej rury i blachy tantalowe bez szwu zimnogięte (marka HFC) wykorzystywane są do budowy urządzeń odpornych na korozję, pracujących w środowisku agresywnym chemicznie. Z tantalu wytwarzane są różne konstrukcje kwasoodporne (cewki, mieszadła, destylatory, aeratory, rurociągi), sprzęt laboratoryjny, urządzenia grzewcze i chłodnicze pracujące w kontakcie z kwasami, w tym substancjami skoncentrowanymi. Folia tantalowa stosowana jest do powlekania (cienka powłoka termomechaniczna) powierzchni części i urządzeń na liniach do produkcji kwasu siarkowego, amoniaku itp.

Tantal w medycynie

Tantal ma wyjątkową kompatybilność z żywymi tkankami i nie jest przez nie odrzucany. W medycynie drut tantalowy jest stosowany w postaci nici i zszywek do mocowania tkanek mięśniowych, ścięgien, włókien nerwowych i naczyń krwionośnych. Wykonuje się z niego również siatki na protezy oczu, a z blachy - korpus rozruszników serca. W chirurgii rekonstrukcyjnej pręt tantalowy i taśma są uważane za niealternatywne materiały do ​​protetyki i wymiany kości. Wyjątkowe znaczenie ma blacha tantalowa jako materiał „naprawczy” urazów czaszki.

Tantal w przemyśle lotniczym

Jako wysokotemperaturowy materiał konstrukcyjny blacha tantalowa jest wykorzystywana w przemyśle lotniczym do produkcji krytycznych komponentów do rakiet i samolotów. Na przykład tantal jest używany do produkcji przednich części rakiet i żaroodpornych łopatek turbin gazowych silników turboodrzutowych na paliwo ciekłe. Części dysz, dopalacze itp. produkowane są ze stopów tantalu.

Tantal w przemyśle jądrowym

Rury tantalowe (marka TVCh) są wykorzystywane do produkcji wymienników ciepła do systemów energetyki jądrowej odpornych na działanie przegrzanych stopów i oparów cezu. Bariery dyfuzyjne dla nadprzewodników reaktorów termojądrowych są produkowane z tantalu. Radioaktywny izotop tantal-182 jest stosowany w radioterapii. Cienki drut tantalowy (50-100 mikronów) pokryty platyną jest używany jako śródmiąższowe źródło promieniowania gamma, które ma punktowy wpływ na komórki rakowe. Na początku 2018 roku w mediach pojawiła się informacja, że ​​chińscy naukowcy prowadzą eksperymenty z tantalem-182 do celów wojskowych. Istota eksperymentów nie została ujawniona, ale najprawdopodobniej można mówić o wykorzystaniu izotopu tantalu jako czynnika „rozmnażającego” do „brudnych” bomb.

Tantal w elektrotechnice i elektronice

Proszek tantalowy (TU95.250-74) jest wykorzystywany do produkcji nowoczesnych kondensatorów dla telekomunikacji, mikroelektroniki i sprzętu komputerowego. Dzięki miniaturowym wymiarom przewyższają większość innych kondensatorów elektrolitycznych pod względem pojemności właściwej na jednostkę objętości, wyróżniają się dużym zakresem temperatur pracy oraz dużą niezawodnością. Kondensatory tantalowe zachowują swoje właściwości do 25 lat w trybie przechowywania, aw trybie pracy mogą pracować do 150 tysięcy godzin. Dziś kondensatory tantalowe są obecne w mikroukładach prawie każdego smartfona, komputera, konsoli do gier, a także w sprzęcie wojskowym. Tantal jest stosowany w prostownikach prądu elektrycznego, ponieważ ma zdolność przepuszczania go tylko w jednym kierunku.

Rysunek 2. Kondensator tantalowy.

Wniosek

Oprócz powyższego pręt i blacha tantalowa, folia, drut, proszek służą do rozwiązywania dziesiątek i setek innych problemów. W metalurgii tantal jest stosowany jako stopowy składnik stabilizujący do produkcji wytrzymałych, odpornych na korozję, żaroodpornych stali i stopów. Związki tantalu działają jako katalizatory w chemicznych procesach produkcyjnych, takich jak kauczuk syntetyczny. Tantal wykazał wysoką skuteczność w optyce, ponieważ dodany do szkła zwiększa jego współczynnik załamania światła, co umożliwia wytwarzanie soczewek nie sferycznych, ale cieńszych i bardziej płaskich, nawet przy wysokich dioptriach. W jubilerstwie tantal jest używany wraz z platyną do produkcji bransoletek, zegarków i stalówek do piór wiecznych. Nie ulega wątpliwości, że tantal jest jednym z najbardziej poszukiwanych i obiecujących metali stosowanych w branżach high-tech i jak widać nie tylko w nich.

Tantal (Ta) to pierwiastek o liczbie atomowej 73 i masie atomowej 180,948. Jest elementem drugorzędnej podgrupy piątej grupy, szóstego okresu układu okresowego Dmitrija Iwanowicza Mendelejewa. Tantal w stanie wolnym w normalnych warunkach jest platynowoszarym metalem z lekko ołowianym odcieniem, co jest konsekwencją tworzenia się warstewki tlenku (Ta 2 O 5). Tantal jest metalem ciężkim, ogniotrwałym, dość twardym, ale nie kruchym, jednocześnie bardzo plastycznym, dobrze obrabialnym, zwłaszcza w czystej postaci.

W naturze tantal występuje w postaci dwóch izotopów: trwałego 181 Ta (99,99%) i radioaktywnego 180 Ta (0,012%) o okresie półtrwania 10 12 lat. Ze sztucznie otrzymanego radioaktywnego 182 Ta (okres półtrwania 115,1 dni) służy jako znacznik izotopowy.

Pierwiastek został odkryty w 1802 roku przez szwedzkiego chemika AG Ekeberga w dwóch minerałach znalezionych w Finlandii i Szwecji. Został nazwany na cześć bohatera starożytnych mitów greckich Tantala ze względu na trudność w jego identyfikacji. Przez długi czas kolumbit zawierający kolumb (niob) i tantalit zawierający tantal były uważane za to samo. W końcu te dwa elementy są częstymi towarzyszami i są do siebie podobne pod wieloma względami. Ta opinia była przez długi czas uważana za prawdziwą wśród chemików wszystkich krajów, dopiero w 1844 roku niemiecki chemik Heinrich Rose ponownie zbadał kolumbity i tantality z różnych miejsc i znalazł w nich nowy metal, podobny właściwościami do tantalu. To był niob. Plastikowy czysty metaliczny tantal został po raz pierwszy uzyskany przez niemieckiego naukowca W. von Boltona w 1903 roku.

Główne złoża minerałów tantalu znajdują się w Finlandii, Skandynawii, Ameryce Północnej, Brazylii, Australii, Francji, Chinach i wielu innych krajach.

Ze względu na to, że tantal ma szereg cennych właściwości - dobrą ciągliwość, wysoką wytrzymałość, spawalność, odporność na korozję w umiarkowanych temperaturach, ogniotrwałość i szereg innych ważnych cech - zastosowanie siedemdziesiątego trzeciego pierwiastka jest bardzo szerokie. Najważniejszymi obszarami zastosowań tantalu są elektronika i budowa maszyn. Około jedna czwarta światowej produkcji tantalu trafia do przemysłu elektrycznego i próżniowego. W elektronice służy do produkcji kondensatorów elektrolitycznych, anod do lamp dużej mocy, siatek. W przemyśle chemicznym tantal jest wykorzystywany do wyrobu części maszyn służących do produkcji kwasów, ponieważ pierwiastek ten posiada wyjątkową odporność chemiczną. Tantal nie rozpuszcza się nawet w tak agresywnym chemicznie środowisku jak woda królewska! W tyglach tantalowych topi się metale, takie jak pierwiastki ziem rzadkich. Wykonane są z niego grzejniki pieców wysokotemperaturowych. Ze względu na to, że tantal nie wchodzi w interakcje z żywymi tkankami ludzkiego ciała i nie uszkadza ich, jest stosowany w chirurgii do łączenia kości w przypadku złamań. Jednak głównym konsumentem tak cennego metalu jest hutnictwo (ponad 45%). W ostatnich latach tantal jest coraz częściej stosowany jako pierwiastek stopowy w stalach specjalnych - wytrzymałych, odpornych na korozję, żaroodpornych. Ponadto wiele materiałów konstrukcyjnych szybko traci przewodność cieplną: na ich powierzchni tworzy się słabo przewodzący ciepło film tlenkowy lub solny. Konstrukcje wykonane z tantalu i jego stopów nie mają takich problemów. Tworzący się na nich film tlenkowy jest cienki i dobrze przewodzi ciepło, ponadto posiada ochronne właściwości antykorozyjne.

Cenny jest nie tylko czysty tantal, ale także jego związki. Tak więc wysoka twardość węglika tantalu jest wykorzystywana do produkcji narzędzi z węglików spiekanych do szybkiego cięcia metalu. Stopy tantalu i wolframu nadają wykonanym z nich częściom odporność na ciepło.

Właściwości biologiczne

Ze względu na dużą zgodność biologiczną – zdolność dogadywania się z żywymi tkankami bez powodowania podrażnień i odrzucania organizmu – tantal znalazł szerokie zastosowanie w medycynie, głównie w chirurgii rekonstrukcyjnej – do odbudowy organizmu człowieka. Cienkie płytki tantalu służą do uszkodzenia czaszki - zamykają pęknięcia w czaszce. Medycynie znany jest przypadek, gdy sztuczne ucho wykonano z płytki tantalowej, a skóra przeszczepiona z uda zakorzeniła się tak dobrze i szybko, że wkrótce sztucznego narządu nie można było odróżnić od prawdziwego. Nici tantalowe stosowane są w odbudowie uszkodzonej tkanki mięśniowej. Chirurdzy po operacjach mocują ściany jamy brzusznej płytkami tantalowymi. Nawet naczynia krwionośne można łączyć za pomocą zszywek tantalowych. Siatki z tego wyjątkowego materiału wykorzystywane są do produkcji protez ocznych. Ścięgna są zastępowane nićmi z tego metalu, a nawet włókna nerwowe są zszywane.

Nie mniej szeroko stosowany jest pięciotlenek tantalu Ta 2 O 5 - proponuje się jego mieszaninę z niewielką ilością trójtlenku żelaza w celu przyspieszenia krzepnięcia krwi.

W ostatniej dekadzie rozwija się nowa dziedzina medycyny, oparta na wykorzystaniu statycznych pól elektrycznych krótkiego zasięgu do stymulowania pozytywnych procesów biologicznych w organizmie człowieka. Co więcej, pola elektryczne nie są wytwarzane przez tradycyjne źródła energii elektrycznej zasilane z sieci lub baterii, ale przez autonomicznie funkcjonujące powłoki elektretowe (dielektryk utrzymujący przez długi czas nieskompensowany ładunek elektryczny) nanoszone na implanty w różnych celach, powszechnie stosowane w medycynie.

Obecnie pozytywne wyniki zastosowania elektretowych filmów pięciotlenku tantalu uzyskano w następujących obszarach medycyny: chirurgia szczękowo-twarzowa (zastosowanie implantów pokrytych Ta 2 O 5 eliminuje występowanie procesów zapalnych, skraca czas wszczepienia implant); stomatologia ortopedyczna (pokrycie protez wykonanych z tworzyw akrylowych warstwą pięciotlenku tantalu eliminuje wszelkie możliwe objawy patologiczne spowodowane nietolerancją akrylanów); chirurgia (zastosowanie aplikatora elektretowego w leczeniu ubytków skóry i tkanki łącznej z długotrwałymi niegojącymi się procesami ran, odleżyn, owrzodzeń neurotroficznych, zmian termicznych); traumatologii i ortopedii (przyspieszenie rozwoju tkanki kostnej w leczeniu złamań i chorób narządu ruchu człowieka pod wpływem pola statycznego wytwarzanego przez powłokę elektretową).

Wszystkie te wyjątkowe osiągnięcia naukowe stały się możliwe dzięki pracy naukowej specjalistów z Państwowego Uniwersytetu Elektrotechnicznego w Petersburgu (LETI).

Oprócz powyższych obszarów, w których już stosuje się lub wprowadza unikalne powłoki z pięciotlenku tantalu, istnieją prace rozwojowe, które są na bardzo początkowym etapie. Należą do nich opracowania dla następujących dziedzin medycyny: kosmetologia (wytwarzanie materiału na bazie powłok pięciotlenku tantalu, który zastąpi „złote nici”); kardiochirurgia (nakładanie warstw elektretowych na wewnętrzną powierzchnię sztucznych naczyń krwionośnych, zapobiega powstawaniu zakrzepów); artroplastyka (zmniejszająca ryzyko odrzucenia protez pozostających w ciągłej interakcji z tkanką kostną). Ponadto powstaje narzędzie chirurgiczne pokryte warstwą pięciotlenku tantalu.

Wiadomo, że tantal jest bardzo odporny na agresywne media, świadczy o tym szereg faktów. Tak więc w temperaturze 200 ° C na ten metal nie ma wpływu siedemdziesięcioprocentowy kwas azotowy! W kwasie siarkowym w temperaturze 150°C nie obserwuje się również korozji tantalu, a przy 200°C metal koroduje, ale tylko o 0,006 mm rocznie!

Znany jest przypadek, gdy w jednym przedsiębiorstwie stosującym gazowy chlorowodór części ze stali nierdzewnej zepsuły się po kilku miesiącach. Jednak gdy tylko stal zastąpiono tantalem, nawet najcieńsze części (o grubości 0,3 ... 0,5 mm) okazały się praktycznie nieskończone - ich żywotność wzrosła do 20 lat!

Tantal wraz z niklem i chromem jest szeroko stosowany jako powłoka antykorozyjna. Obejmują one części o różnych kształtach i rozmiarach: tygle, rury, arkusze, dysze rakietowe i wiele innych. Ponadto materiał, na który nakładana jest powłoka tantalowa, może być bardzo różnorodny: żelazo, miedź, grafit, kwarc, szkło i inne. Co najciekawsze, twardość powłoki tantalowej jest trzy do czterech razy większa niż twardość technicznego tantalu w stanie wyżarzonym!

Ze względu na to, że tantal jest bardzo cennym metalem, poszukiwania jego surowca trwają do dziś. Mineralogowie odkryli, że zwykłe granity oprócz innych cennych pierwiastków zawierają także tantal. Próbę wydobycia tantalu ze skał granitowych podjęto w Brazylii, uzyskano metal, ale taka produkcja nie osiągnęła skali przemysłowej - proces okazał się niezwykle kosztowny i skomplikowany.

Nowoczesne elektrolityczne kondensatory tantalowe są stabilne w działaniu, niezawodne i trwałe. Miniaturowe kondensatory wykonane z tego materiału, stosowane w różnych układach elektronicznych, poza powyższymi zaletami, mają jedną wyjątkową cechę: mogą same dokonywać własnych napraw! Jak to się stało? Załóżmy, że integralność izolacji została naruszona z powodu spadku napięcia lub z innego powodu - natychmiast w miejscu awarii ponownie tworzy się izolacyjna warstwa tlenku, a kondensator nadal działa, jakby nic się nie stało!

Niewątpliwie termin „inteligentny metal”, który pojawił się w połowie XX wieku, czyli metal, który pomaga w pracy inteligentnych maszyn, słusznie można przypisać tantalu.

W niektórych obszarach tantal zastępuje platynę, a czasem nawet z nią konkuruje! Tak więc w jubilerstwie tantal często zastępuje droższy metal szlachetny w produkcji bransoletek, kopert zegarków i innej biżuterii. W innej dziedzinie tantal z powodzeniem konkuruje z platyną – standardowe odważniki analityczne wykonane z tego metalu nie ustępują jakością platynie.

Ponadto tantal jest stosowany jako zamiennik droższego irydu w produkcji stalówek do piór automatycznych.

Ze względu na swoje unikalne właściwości chemiczne tantal znalazł zastosowanie jako materiał na katody. Tak więc katody tantalowe są używane do elektrolitycznej separacji złota i srebra. Ich wartość polega na tym, że osad metali szlachetnych można zmyć wodą królewską, która nie szkodzi tantalowi.

Zdecydowanie można mówić o tym, że jest coś symbolicznego, jeśli nie wręcz mistycznego, w tym, że szwedzki chemik Ekeberg, próbując nasycić nową substancję kwasami, poczuł „pragnienie” i nazwał nowy pierwiastek na cześć mitycznego złoczyńcy, który zabił własnego syna i zdradził bogów. A dwieście lat później okazało się, że ten pierwiastek jest w stanie dosłownie „zszyć” człowieka, a nawet „zastąpić” jego ścięgna i nerwy! Okazuje się, że męczennik gnijący w podziemiach, odpokutowując swoją winę przy pomocy osoby, próbuje błagać bogów o przebaczenie ...

Historia

Tantal jest bohaterem starożytnych mitów greckich, królem lidyjskim lub frygijskim, synem Zeusa. Zdradził tajemnice olimpijskich bogów, ukradł ambrozję z ich uczty i poczęstował olimpijczyków potrawą przygotowaną z ciała jego własnego syna Pelopsa, którego również zabił. Za swoje okrucieństwa Tantal został skazany przez bogów na wieczne męki głodu, pragnienia i strachu w podziemnym świecie Hadesu. Od tego czasu stoi po szyję w przejrzystej, krystalicznie czystej wodzie, gałęzie pochylają się ku jego głowie pod ciężarem dojrzałych owoców. Tylko że nie może ugasić ani pragnienia, ani głodu - woda opada, gdy tylko próbuje się upić, a gałęzie unosi wiatr, rękami wygłodniałego zabójcy. Nad głową Tantala wisi kamień, który w każdej chwili może się zawalić, zmuszając nieszczęsnego grzesznika do wiecznego cierpienia ze strachu. Dzięki temu mitowi powstało określenie „męka tantalowa”, oznaczające cierpienie nie do zniesienia, bezcielesne próby uwolnienia się od udręki. Najwyraźniej w trakcie nieudanych prób szwedzkiego chemika Ekeberga rozpuszczenia odkrytej przez niego w 1802 r. „ziemi” w kwasach i wyodrębnienia z niej nowego pierwiastka, właśnie to określenie przyszło mu do głowy. Nieraz naukowcowi wydawało się, że jest blisko celu, ale nie udało mu się wyizolować nowego metalu w czystej postaci. W ten sposób pojawiła się nazwa „męczennika” nowego żywiołu.

Odkrycie tantalu jest ściśle związane z odkryciem innego pierwiastka – niobu, który pojawił się rok wcześniej i pierwotnie nosił nazwę Columbia, którą nadał mu odkrywca Gatchet. Ten pierwiastek jest bliźniaczym tantalem zbliżonym do niego pod względem wielu właściwości. To właśnie ta bliskość zmyliła chemików, którzy po długich debatach doszli do błędnego wniosku, że tantal i kolumb to jeden i ten sam pierwiastek. To złudzenie trwało ponad czterdzieści lat, aż w 1844 roku słynny niemiecki chemik Heinrich Rose, w trakcie ponownego badania kolumbitów i tantalitów z różnych złóż, udowodnił, że kolumb jest pierwiastkiem niezależnym. Kolumbią badaną przez Gatcheta był niob z dużą zawartością tantalu, który sprowadził świat naukowy na manowce. Na cześć takiej rodzinnej bliskości dwóch żywiołów Rosa nadała Kolumbii nową nazwę, Niobium - na cześć córki króla frygijskiego Tantala Niobii. I choć Rose popełnił również błąd, odkrywając rzekomo inny nowy pierwiastek, który nazwał Pelopiusem (na cześć syna Tantala, Pelopsa), to jego praca stała się podstawą do ścisłego rozróżnienia między niobem (Columbium) a tantalem. Tyle tylko, że nawet po dowodach Rose, tantal i niob były przez długi czas mylone. Tak więc tantal nazywano kolumbem, w Rosji kolumbem. Hess w swoich Foundations of Pure Chemistry, aż do ich szóstego wydania (1845), mówi tylko o tantalu, nie wspominając o Kolumbii; Dvigubsky (1824) ma nazwę - tantal. Takie pomyłki i zastrzeżenia są zrozumiałe – metodę oddzielania tantalu od niobu opracował dopiero w 1866 roku szwajcarski chemik Marignac i jako taki czysty pierwiastkowy tantal jeszcze nie istniał: wszak naukowcom udało się otrzymać ten metal w czystej postaci zwartą formę dopiero w XX wieku. Pierwszym, któremu udało się uzyskać metaliczny tantal, był niemiecki chemik von Bolton, a stało się to dopiero w 1903 roku. Wcześniej oczywiście podejmowano próby uzyskania czystego metalicznego tantalu, ale wszystkie wysiłki chemików zakończyły się niepowodzeniem. Na przykład francuski chemik Moissan otrzymał według niego proszek metalu - czysty tantal. Jednak ten proszek, otrzymany przez redukcję pięciotlenku tantalu Ta 2 O 5 węglem w piecu elektrycznym, nie był czystym tantalem, proszek zawierał 0,5% węgla.

W rezultacie szczegółowe badanie właściwości fizykochemicznych siedemdziesiątego trzeciego pierwiastka stało się możliwe dopiero na początku XX wieku. Przez kilka kolejnych lat tantal nie znalazł praktycznego zastosowania. Dopiero w 1922 roku można go było stosować w prostownikach prądu przemiennego.

Będąc w naturze

Średnia zawartość siedemdziesiątego trzeciego pierwiastka w skorupie ziemskiej (clarke) wynosi 2,5∙10 -4% wagowych. Tantal jest pierwiastkiem charakterystycznym dla skał kwaśnych – granitów i muszli osadowych, w których jego średnia zawartość sięga 3,5 ∙ 10 -4%, natomiast dla skał ultrazasadowych i zasadowych – górnych partii płaszcza i głębokich partii skorupy ziemskiej, koncentracja tantalu jest znacznie niższy: 1,8∙10 -6%. W skałach pochodzenia magmowego tantal jest rozproszony, podobnie jak w biosferze, ponieważ jest izomorficzny z wieloma pierwiastkami chemicznymi.

Pomimo niskiej zawartości tantalu w skorupie ziemskiej, jego minerały są bardzo rozpowszechnione – jest ich ponad sto, zarówno minerałów tantalu właściwego, jak i rud zawierających tantal, wszystkie powstały w związku z działalnością magmową (tantalit, kolumbit , loparyt, pirochlor i inne). We wszystkich minerałach tantalowi towarzyszy niob, co tłumaczy się skrajnym podobieństwem chemicznym pierwiastków i niemal identycznymi rozmiarami ich jonów.

Właściwie rudy tantalu mają stosunek Ta 2 O 5: Nb 2 O 5 ≥1. Głównymi minerałami rud tantalu są kolumbit-tantalit (zawartość Ta 2 O 5 30-45%), tantalit i manganotantalit (Ta 2 O 5 45-80%), wojinit (Ta, Mn, Sn) 3 O 6 (Ta 2 O 5 60-85%), mikrolit Ca 2 (Ta, Nb) 2 O 6 (F, OH) (Ta 2 O 5 50-80%) i inne. Tantalit (Fe, Mn)(Ta, Nb) 2 O 6 ma kilka odmian: ferrotantalit (FeO>MnO), manganotantalit (MnO>FeO). Tantalit występuje w wielu odcieniach od czarnego do czerwono-brązowego. Głównymi minerałami rud tantalu i niobu, z których wraz z niobem wydobywa się znacznie droższy tantal, są kolumbit (Ta 2 O 5 5-30%), pirochlor zawierający tantal (Ta 2 O 5 1-4%) , loparyt (Ta 2 O 5 0,4-0,8%), tochettolit (Ca, Tr, U) 2 (Nb, Ta) 2 O 6 (F, OH)∙nH 2 O (Ta 2 O 5 8-28%), iksjolit (Nb , Ta, Sn, W, Sc) 3 O 6 i kilka innych. Tantalo-niobiany zawierające U, Th, TR są metamaktyczne, wysoce radioaktywne i zawierają różne ilości wody; modyfikacje polimorficzne są powszechne. Tantalo-niobiany tworzą małe rozsiewania, duże segregacje są rzadkie (kryształy są typowe głównie dla loparytu, pirochloru i kolumbitu-tantalitu). Ubarwienie czarne, ciemnobrązowe, brązowożółte. Zwykle półprzezroczyste lub lekko półprzezroczyste.

Istnieje kilka głównych przemysłowych i genetycznych typów złóż rud tantalu. Pegmatyty metali rzadkich typu natrolitu są reprezentowane przez strefowe żyły składające się z albitu, mikrokliny, kwarcu oraz w mniejszym stopniu spodumenu lub płatka. Granity zawierające tantal z metali rzadkich (apogranity) są reprezentowane przez małe pokłady i kopuły granitów mikroklinowo-kwarcowo-albitowych, często wzbogaconych w miki topazowe i litowe, zawierające drobne rozsiewy kolumbitu-tantalitu i mikrolitu. Skorupy wietrzeniowe, placery deluwialno-aluwialne i aluwialne, powstające w związku z niszczeniem pegmatytów, zawierają kasyteryt i minerały z grupy kolumbitowo-tantalitowej. Loparytowe sjenity nefelinowe o składzie lujavrite i foyalite.

Ponadto złoża złożonych rud tantalu i niobu, reprezentowane przez karbonatyty i związane z nimi skały forsterytowo-apatytowo-magnetytowe, są wykorzystywane przemysłowo; mikroklinowo-albitowe riebekity alkaliczne granity i granosyenity i inne. Pewne ilości tantalu wydobywa się z wolframitów ze złóż Greisena.

Największe złoża rud tytanu znajdują się w Kanadzie (Manitoba, Jezioro Bernick), Australii (Greenbushes, Pilbara), Malezji i Tajlandii (placki cyny zawierające tantal), Brazylii (Paraiba, Rio Grande do Norte), szeregu państw afrykańskich (Zair, Nigeria, Południowa Rodezja).

Wniosek

Tantal znalazł zastosowanie techniczne dość późno - na początku XX wieku był używany jako materiał na żarniki lamp elektrycznych, co wynikało z takiej jakości tego metalu, jak ogniotrwałość. Jednak szybko stracił na znaczeniu w tej dziedzinie, wyparty przez tańszy i bardziej ogniotrwały wolfram. Ponownie tantal stał się „technicznie nieprzydatny” aż do lat dwudziestych XX wieku, kiedy zaczęto go stosować w prostownikach AC (tantal pokryty warstwą tlenku przepuszcza prąd tylko w jednym kierunku), a rok później w lampach radiowych . Potem metal zyskał uznanie i wkrótce zaczął podbijać coraz to nowe dziedziny przemysłu.

Obecnie tantal ze względu na swoje unikalne właściwości znajduje zastosowanie w elektronice (produkcja kondensatorów o dużej pojemności właściwej). Około jedna czwarta światowej produkcji tantalu trafia do przemysłu elektrycznego i próżniowego. Ze względu na wysoką obojętność chemiczną zarówno samego tantalu, jak i jego warstwy tlenkowej, elektrolityczne kondensatory tantalowe są bardzo stabilne w działaniu, niezawodne i trwałe: ich żywotność może sięgać ponad dwunastu lat. W inżynierii radiowej tantal jest używany w urządzeniach radarowych. Minikondensatory tantalowe stosowane są w nadajnikach radiowych, instalacjach radarowych i innych układach elektronicznych.

Głównym konsumentem tantalu jest metalurgia, która zużywa ponad 45% produkowanego metalu. Tantal jest aktywnie wykorzystywany jako pierwiastek stopowy w stalach specjalnych - wytrzymałych, odpornych na korozję, żaroodpornych. Dodatek tego pierwiastka do zwykłych stali chromowych zwiększa ich wytrzymałość oraz zmniejsza kruchość po hartowaniu i wyżarzaniu. Produkcja stopów żaroodpornych jest wielką koniecznością dla technologii rakietowej i kosmicznej. W przypadkach, gdy dysze rakietowe są chłodzone ciekłym metalem, który może powodować korozję (lit lub sód), po prostu nie można obejść się bez stopu tantalu i wolframu. Ponadto stale żaroodporne wykorzystywane są do produkcji grzałek do wysokotemperaturowych pieców próżniowych, grzałek, mieszadeł. Węglik tantalu (temperatura topnienia 3880 °C) stosowany jest do produkcji stopów twardych (mieszanek węglików wolframu i tantalu - gatunki z indeksem TT, do najtrudniejszych warunków obróbki metali oraz udarowego wiercenia obrotowego najmocniejszych materiałów (kamień, kompozyty) .

Stale stopowe z tantalem są szeroko stosowane na przykład w inżynierii chemicznej. W końcu takie stopy mają wyjątkową odporność chemiczną, są plastyczne, żaroodporne i żaroodporne, to dzięki tym właściwościom tantal stał się nieodzownym materiałem konstrukcyjnym dla przemysłu chemicznego. Urządzenia tantalowe wykorzystywane są do produkcji wielu kwasów: solnego, siarkowego, azotowego, fosforowego, octowego, a także bromu, chloru i nadtlenku wodoru. Wykonuje się z niego wężownice, destylatory, zawory, mieszadła, napowietrzacze i wiele innych części aparatury chemicznej. Czasami - cały aparat. Katody tantalowe są stosowane w elektrolitycznej separacji złota i srebra. Zaletą tych katod jest to, że osady złota i srebra można z nich zmyć wodą królewską, co nie szkodzi tantalowi.

Ponadto tantal jest używany w oprzyrządowaniu (sprzęt rentgenowski, instrumenty kontrolne, przepony); w medycynie (materiał do chirurgii rekonstrukcyjnej); w energetyce jądrowej - jako wymiennik ciepła dla systemów energetyki jądrowej (tantal jest najbardziej stabilny ze wszystkich metali w przegrzanych stopach i oparach cezu-133). Wysoka zdolność tantalu do pochłaniania gazów wykorzystywana jest do utrzymywania głębokiej próżni (urządzenia elektropróżniowe).

W ostatnich latach tantal był używany jako materiał jubilerski, ze względu na jego zdolność do tworzenia trwałych warstw tlenków o dowolnym kolorze na powierzchni.

Powszechnie stosowane są również związki tantalu. Pięciotlenek tantalu jest stosowany w technice jądrowej do topienia szkła pochłaniającego promieniowanie gamma. Fluorotantalan potasu jest stosowany jako katalizator w produkcji kauczuku syntetycznego. Pięciotlenek tantalu odgrywa również taką samą rolę w produkcji butadienu z alkoholu etylowego.

Produkcja

Wiadomo, że rudy zawierające tantal są rzadkie i ubogie w ten pierwiastek. Głównymi surowcami do produkcji tantalu i jego stopów są koncentraty tantalitu i loparytu zawierające tylko 8% Ta 2 O 5 i ponad 60% Nb 2 O 5 . Ponadto przetwarzane są nawet te rudy, które zawierają tylko setne części procenta (Ta, Nb) 2 O 5!

Technologia produkcji tantalu jest dość złożona i przebiega w trzech etapach: otwieranie lub rozkład; oddzielanie tantalu od niobu i otrzymywanie ich czystych związków chemicznych; odzysku i rafinacji tantalu.

Otwarcie koncentratu tantalu, czyli ekstrakcja tantalu z rud, odbywa się za pomocą zasad (fuzja) lub za pomocą kwasu fluorowodorowego (rozkład) lub mieszaniny kwasu fluorowodorowego i siarkowego. Następnie przechodzą do drugiego etapu produkcji - ekstrakcji ekstrakcyjnej i separacji tantalu i niobu. To ostatnie zadanie jest bardzo trudne ze względu na podobieństwo właściwości chemicznych tych metali i niemal identyczną wielkość ich jonów. Do niedawna rozdzielanie metali odbywało się jedynie metodą zaproponowaną już w 1866 roku przez szwajcarskiego chemika Marignaca, który wykorzystywał różną rozpuszczalność fluorotantalanu potasu i fluoroniobianu potasu w rozcieńczonym kwasie fluorowodorowym. We współczesnym przemyśle stosuje się kilka metod rozdzielania tantalu i niobu: ekstrakcję rozpuszczalnikami organicznymi, selektywną redukcję pięciochlorku niobu, krystalizację frakcyjną złożonych soli fluorkowych, rozdzielanie za pomocą żywic jonowymiennych i rektyfikacja chlorków. Obecnie najczęściej stosowaną metodą separacji (jest ona zarazem najdoskonalszą) jest ekstrakcja z roztworów związków fluorku tantalu i niobu zawierających kwasy fluorowodorowy i siarkowy. Jednocześnie tantal i niob są również oczyszczane z zanieczyszczeń innymi pierwiastkami: krzemem, tytanem, żelazem, manganem i innymi pierwiastkami pokrewnymi. W przypadku rud loparytu ich koncentraty przetwarzane są metodą chlorową, z wytworzeniem kondensatu chlorków tantalu i niobu, które następnie rozdziela się metodą rektyfikacyjną. Separacja mieszaniny chlorków składa się z następujących etapów: wstępnej rektyfikacji (oddzielenie chlorków tantalu i niobu od towarzyszących zanieczyszczeń), głównej rektyfikacji (do uzyskania czystego koncentratu NbCl 5 i TaCl 5) oraz końcowej rektyfikacji frakcji tantalowej (otrzymanie czystego TaCl 5). Po oddzieleniu powiązanych metali faza tantalowa jest wytrącana i oczyszczana w celu uzyskania fluorotantalanu potasu o wysokiej czystości (przy użyciu KCl).

Tantal metaliczny otrzymuje się przez redukcję jego związków o wysokiej czystości, do czego można zastosować kilka metod. Jest to albo redukcja tantalu z pięciotlenku sadzą w temperaturze 1800–2000 ° C (metoda karbotermiczna), redukcja fluorotantalanu potasu sodem po podgrzaniu (metoda termiczna sodowa) lub redukcja elektrochemiczna ze stopu zawierającego fluorotantalan potasu i tlenek tantalu (metoda elektrolityczna). Tak czy inaczej metal otrzymuje się w postaci proszku o czystości 98-99%. W celu uzyskania metalu we wlewkach jest on spiekany w postaci półfabrykatów wstępnie sprasowanych z proszku. Spiekanie zachodzi przez przepuszczanie prądu w temperaturze 2500–2700 ° C lub przez ogrzewanie w próżni w temperaturze 2200–2500 ° C. Następnie czystość metalu znacznie wzrasta, stając się równa 99,9-99,95%.

Do dalszego rafinacji i otrzymywania wlewków tantalu stosuje się elektryczne topienie próżniowe w piecach łukowych z elektrodą topliwą, a do rafinacji głębszej stosuje się topienie wiązką elektronów, co znacznie zmniejsza zawartość zanieczyszczeń w tantalu, zwiększa jego plastyczność i obniża temperaturę przejścia do stanu łamliwego. Tantal o takiej czystości zachowuje wysoką plastyczność w temperaturach bliskich zeru bezwzględnemu! Powierzchnia wlewka tantalu jest topiona (w celu uzyskania wymaganych wskaźników na powierzchni wlewka) lub obrabiana na tokarce.

Właściwości fizyczne

Dopiero na początku XX wieku naukowcy dostali w swoje ręce czysty metaliczny tantal i mogli szczegółowo zbadać właściwości tego jasnoszarego metalu z lekko niebieskawym odcieniem ołowiu. Jakie są właściwości tego pierwiastka? Zdecydowanie tantal jest metalem ciężkim: jego gęstość wynosi 16,6 g/cm3 w temperaturze 20°C (dla porównania żelazo ma gęstość 7,87 g/cm3, gęstość ołowiu to 11,34 g/cm3), a do transportu jednego metra sześciennego tego elementu wymagałoby sześciu trzytonowych ciężarówek. Wysoka wytrzymałość i twardość połączona jest w nim z doskonałymi właściwościami plastycznymi. Czysty tantal dobrze poddaje się obróbce skrawaniem, łatwo go odkuwać, przetwarzać na najcieńsze arkusze (o grubości około 0,04 mm) i drut (moduł sprężystości tantalu wynosi 190 Gn/m 2 lub 190 10 2 kgf/mm 2 w temperaturze 25°C). Na zimno metal można obrabiać bez znacznego utwardzenia przez zgniot, poddaje się go odkształceniu przy stopniu sprężania 99% bez wypalania pośredniego. Przejścia tantalu ze stanu plastycznego do kruchego nie obserwuje się nawet po schłodzeniu do -196°C. Wytrzymałość na rozciąganie wyżarzonego tantalu o wysokiej czystości wynosi 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) w temperaturze 27°C i 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) w temperaturze 490°C; wydłużenie 36% (przy 27°C) i 20% (przy 490°C). Tantal ma sześcienną siatkę skupioną na ciele (a = 3,296 A); promień atomowy 1,46 A, promień jonowy Ta 2+ 0,88 A, Ta 5+ 0,66 A.

Jak wspomniano wcześniej, tantal jest bardzo twardym metalem (twardość Brinella blachy tantalu w stanie wyżarzonym wynosi 450-1250 MPa, w stanie odkształconym 1250-3500 MPa). Ponadto możliwe jest zwiększenie twardości metalu poprzez dodanie do niego szeregu zanieczyszczeń, takich jak węgiel czy azot (twardość Brinella blachy tantalowej po absorpcji gazów podczas ogrzewania wzrasta do 6000 MPa). W rezultacie zanieczyszczenia śródmiąższowe przyczyniają się do wzrostu twardości Brinella, wytrzymałości na rozciąganie i granicy plastyczności, ale zmniejszają charakterystykę plastyczności i zwiększają kruchość na zimno, innymi słowy, sprawiają, że metal staje się kruchy. Innymi charakterystycznymi cechami siedemdziesiątego trzeciego pierwiastka jest jego wysoka przewodność cieplna, w temperaturze 20-100°C wartość ta wynosi 54,47 W/(m∙K) lub 0,13 cal/(cm·s°C) oraz ogniotrwałość (być może najważniejsza właściwość fizyczna tantalu) - topi się on w temperaturze prawie 3000°C (dokładniej w 2996°C), ustępując w tym jedynie wolframowi i renowi. Temperatura wrzenia tantalu jest również bardzo wysoka: 5300 °C.

Jeśli chodzi o inne właściwości fizyczne tantalu, jego ciepło właściwe w temperaturach od 0 do 100 ° C wynosi 0,142 kJ / (kg K) lub 0,034 cal / (g ° C); współczynnik temperaturowy rozszerzalności liniowej tantalu 8,0 · 10 -6 (w temperaturach 20-1500 °C). Specyficzna rezystancja elektryczna siedemdziesiątego trzeciego elementu w temperaturze 0 ° C wynosi 13,2 10-8 omów, w temperaturze 2000 ° C 87 10-8 omów. W temperaturze 4,38 K metal staje się nadprzewodnikiem. Tantal jest paramagnetykiem, specyficzna podatność magnetyczna wynosi 0,849 · 10 -6 (przy 18 ° C).

Tak więc tantal ma unikalny zestaw właściwości fizycznych: wysoki współczynnik przenikania ciepła, wysoka zdolność pochłaniania gazów, odporność na ciepło, ogniotrwałość, twardość, plastyczność. Ponadto wyróżnia się dużą wytrzymałością - dobrze poddaje się obróbce ciśnieniowej wszystkimi istniejącymi metodami: kuciem, tłoczeniem, walcowaniem, ciągnieniem, skręcaniem. Tantal charakteryzuje się dobrą spawalnością (spawanie i lutowanie w argonie, helu lub w próżni). Ponadto tantal ma wyjątkową odporność chemiczną i korozyjną (z tworzeniem się warstewki anodowej), niską prężność par i małą pracę elektronów, a ponadto dobrze dogaduje się z żywą tkanką organizmu.

Właściwości chemiczne

Zdecydowanie jedną z najcenniejszych właściwości tantalu jest jego wyjątkowa odporność chemiczna: pod tym względem ustępuje tylko metalom szlachetnym, i to nie zawsze. Jest odporny na kwasy solny, siarkowy, azotowy, fosforowy i organiczny we wszystkich stężeniach (do temperatury 150°C). Pod względem stabilności chemicznej tantal jest podobny do szkła - nie rozpuszcza się w kwasach i ich mieszaninach, nie rozpuszcza go nawet woda królewska, wobec której złoto i platyna oraz szereg innych cennych metali są bezsilne. Siedemdziesiąty trzeci pierwiastek jest rozpuszczalny tylko w mieszaninie kwasu fluorowodorowego i azotowego. Co więcej, reakcja z kwasem fluorowodorowym zachodzi tylko z pyłem metalowym i towarzyszy jej wybuch. Nawet w gorącym kwasie solnym i siarkowym tantal jest bardziej stabilny niż jego brat bliźniak niob. Jednak tantal jest mniej odporny na alkalia - gorące roztwory żrących zasad korodują metal. Sole kwasów tantalowych (tantalanów) wyraża się ogólnym wzorem: xMe 2 O yTa 2 O 5 H 2 O, należą do nich metatantalany MeTaO 3, ortotantalany Me 3 TaO 4, sole typu Me 5 TaO 5, gdzie Me jest metal alkaliczny; w obecności nadtlenku wodoru powstają również nadtantalany. Najważniejsze to tantalany metali alkalicznych - KTaO 3 i NaTaO 3; sole te są ferroelektrykami.

Na wysoką odporność korozyjną tantalu wskazuje również jego oddziaływanie z tlenem atmosferycznym, a raczej wysoka odporność na to działanie. Metal zaczyna się utleniać dopiero w temperaturze 280 ° C, pokryty warstwą ochronną Ta 2 O 5 (pięciotlenek tantalu jest jedynym stabilnym tlenkiem metalu), który chroni metal przed działaniem odczynników chemicznych i zapobiega przepływowi prądu elektrycznego od metalu do elektrolitu. Jednak wraz ze wzrostem temperatury do 500°C warstwa tlenku stopniowo staje się porowata, rozwarstwia się i oddziela od metalu, pozbawiając powierzchnię warstwy ochronnej przed korozją. Dlatego wskazane jest przeprowadzenie obróbki na gorąco w próżni, ponieważ metal utlenia się na znacznej głębokości w powietrzu. Obecność azotu i tlenu zwiększa twardość i wytrzymałość tantalu, jednocześnie zmniejszając jego plastyczność i powodując, że metal staje się kruchy, a jak wspomniano wcześniej, tantal tworzy stały roztwór i utlenia Ta 2 O 5 z tlenem (przy wzroście O 2 w tantalu następuje gwałtowny wzrost właściwości wytrzymałościowych i silny spadek ciągliwości i odporności na korozję). Tantal reaguje z azotem tworząc trzy fazy – stały roztwór azotu w tantalu, azotki tantalu: Ta 2 N i TaN – w zakresie temperatur od 300 do 1100°C. Możliwe jest pozbycie się azotu i tlenu w tantalu w warunkach wysokiej próżni (w temperaturach powyżej 2000 °C).

Tantal słabo reaguje z wodorem aż do ogrzania do 350°C, szybkość reakcji znacznie wzrasta dopiero od 450°C (powstaje wodorek tantalu i tantal staje się kruchy). Samo ogrzewanie w próżni (ponad 800°C) pomaga pozbyć się wodoru, podczas którego przywracane są właściwości mechaniczne tantalu, a wodór jest całkowicie usuwany.

Fluor działa na tantal już w temperaturze pokojowej, fluorowodór reaguje również z metalem. Suchy chlor, brom i jod mają wpływ chemiczny na tantal w temperaturze 150 °C i wyższej. Chlor zaczyna aktywnie oddziaływać z metalem w temperaturze 250°C, brom i jod w temperaturze 300°C. Tantal zaczyna oddziaływać z węglem w bardzo wysokich temperaturach: 1200–1400°C, w tym przypadku powstają ogniotrwałe węgliki tantalu, które są bardzo odporne na kwasy. Z borem tantal łączy się, tworząc borki - stałe związki ogniotrwałe odporne na wodę królewską. Z wieloma metalami tantal tworzy ciągłe roztwory stałe (molibden, niob, tytan, wolfram, wanad i inne). Ze złotem, aluminium, niklem, berylem i krzemem tantal tworzy ograniczone roztwory stałe. Nie tworzy związków tantalu z magnezem, litem, potasem, sodem i niektórymi innymi pierwiastkami. Czysty tantal jest odporny na wiele ciekłych metali (stopy Na, K, Li, Pb, U-Mg i Pu-Mg).