Ta
↓
Db
História
Tantal objavil v roku 1802 švédsky chemik A. G. Ekeberg v dvoch mineráloch nájdených vo Fínsku a Švédsku. V čistej forme ho však nebolo možné izolovať. Pre náročnosť získavania tohto prvku dostal meno po hrdinovi starogréckej mytológie Tantalovi.
Následne sa tantal a „kolumbium“ (niób) považovali za identické. Až v roku 1844 nemecký chemik Heinrich Rose dokázal, že minerál kolumbit-tantalit obsahuje dva rôzne prvky – niób a tantal.
Je známych asi 20 pôvodných minerálov tantalu - rad kolumbit-tantalit, wojinit, loparit, manganotantalit a ďalšie, ako aj viac ako 60 minerálov obsahujúcich tantal. Všetky sú spojené s endogénnou tvorbou minerálov. V mineráloch sa tantal vždy nachádza spolu s nióbom kvôli podobnosti ich fyzikálnych a chemických vlastností. Tantal je typicky rozptýlený prvok, pretože je izomorfný s mnohými chemickými prvkami. Ložiská tantalu sú obmedzené na granitové pegmatity, karbonatity a alkalické vrstvené intrúzie.
Miesto narodenia
Najväčšie ložiská tantalových rúd sa nachádzajú vo Francúzsku, Egypte, Thajsku a Číne. Existujú aj ložiská tantalových rúd v Mozambiku, Austrálii, Nigérii, Kanade, Brazílii, SNŠ, KDR, Malajzii.
Najväčšie svetové ložisko tantalových rúd Greenbushes sa nachádza v Austrálii v štáte Západná Austrália, 250 km južne od Perthu.
Fyzikálne vlastnosti
Pri teplotách pod 4,45 K prechádza do supravodivého stavu.
Chemické vlastnosti
Za normálnych podmienok je tantal neaktívny, na vzduchu oxiduje len pri teplotách nad 280 °C a pokryje sa oxidovým filmom Ta 2 O 5; reaguje s halogénmi pri teplotách nad 250 °C. Pri zahrievaní reaguje s C, B, Si, P, Se, Te, H 2 O, CO, CO 2, NO, HCl, H 2 S.
Chemicky čistý tantal je mimoriadne odolný voči tekutým alkalickým kovom, väčšine anorganických a organických kyselín a mnohým ďalším agresívnym médiám (s výnimkou roztavených zásad).
Z hľadiska chemickej odolnosti voči činidlám je tantal podobný sklu. Tantal je nerozpustný v kyselinách a ich zmesiach, okrem zmesi kyseliny fluorovodíkovej a dusičnej; ani aqua regia ho nerozpusti. Reakcia s kyselinou fluorovodíkovou prebieha iba s kovovým prachom a je sprevádzaná výbuchom. Veľmi odolný voči kyseline sírovej akejkoľvek koncentrácie a teploty (pri 200°C kov koroduje v kyseline len o 0,006 milimetra za rok), stabilný v odkysličených roztavených alkalických kovoch a ich prehriatych parách (lítium, sodík, draslík, rubídium, cézium) .
Toxikológia
Prevalencia
Potvrdenie
Hlavnými surovinami na výrobu tantalu a jeho zliatin sú koncentráty tantalitu a loparitu s obsahom okolo 8 % Ta 2 O 5, ako aj 60 % alebo viac Nb 2 O 5 . Koncentráty sa rozkladajú kyselinami alebo zásadami, koncentráty loparitu sa chlórujú. Separácia Ta a Nb sa uskutočňuje extrakciou. Kovový tantal sa zvyčajne získava redukciou Ta 2 O 5 uhlíkom, alebo elektrochemicky z tavenín. Kompaktný kov sa vyrába vákuovým oblúkom, plazmovým tavením alebo práškovou metalurgiou.
Na získanie 1 tony tantalového koncentrátu je potrebné spracovať až 3000 ton rudy.
cena
Aplikácia
Pôvodne sa používal na výrobu drôtu do žiaroviek. Dnes sa tantal a jeho zliatiny používajú na výrobu:
- zliatiny odolné voči teplu a korózii;
- zariadenia odolné voči korózii pre chemický priemysel, zvlákňovacie dýzy, laboratórne sklo a tégliky na získavanie, tavenie a odlievanie prvkov vzácnych zemín, ako aj ytria a skandia;
- výmenníky tepla pre systémy jadrovej energie (tantal je najstabilnejší zo všetkých kovov v prehriatych taveninách a výparoch cézia);
- v chirurgii sa tantalové pláty, fólia a drôt používajú na upevnenie tkanív, nervov, šitie, výrobu protéz, ktoré nahrádzajú poškodené časti kostí (kvôli biologickej kompatibilite);
- tantalový drôt sa používa v kryotrónoch - supravodivých prvkoch inštalovaných vo výpočtovej technike;
- pri výrobe streliva sa tantal používa na výrobu kovového obloženia moderných tvarovaných náloží, čo zlepšuje priebojnosť panciera;
- tantal a niób sa používajú na výrobu elektrolytických kondenzátorov (vyššia kvalita ako hliníkové elektrolytické kondenzátory, ale určené pre nižšie napätie);
- tantal sa v posledných rokoch používa ako šperkový kov, vďaka svojej schopnosti vytvárať na povrchu odolné oxidové filmy nádherných dúhových farieb;
- jadrový izomér tantal-180m2, ktorý sa hromadí v konštrukčných materiáloch jadrových reaktorov, môže spolu s hafniom-178m2 slúžiť ako zdroj gama žiarenia a energie pri vývoji zbraní a špeciálnych vozidiel.
- Americký úrad pre normy a Medzinárodný úrad pre miery a váhy Francúzska používajú na výrobu vysoko presných štandardných analytických závaží namiesto platiny tantal;
- Beryllid tantalu je extrémne tvrdý a odolný voči oxidácii na vzduchu až do 1650 °C, používaný v leteckej technike;
- karbid tantalu (teplota topenia 3880 °C, tvrdosť blízka diamantu) sa používa pri výrobe tvrdých zliatin - zmes karbidov volfrámu a tantalu (indexové stupne TT), pre najťažšie podmienky obrábania kovov a príklepové rotačné vŕtanie najpevnejšie materiály (kameň, kompozity), aplikované aj na dýzy, dýzy rakiet;
- Oxid tantalu(V) sa používa v jadrovej technológii na tavenie skla, ktoré absorbuje gama žiarenie. Jedno z najpoužívanejších zložení takéhoto skla: oxid kremičitý - 2%, oxid olovnatý (kát) - 82%, oxid bóru - 14%, oxid tantaličný - 2%;
- v numizmatike. Od roku 2006
Bohovia potrestali frýgskeho kráľa Tantala za neoprávnenú krutosť. Odsúdili Tantala na večné muky smädu, hladu a strachu. Odvtedy stojí v podsvetí po krk v čistej vode. Pod váhou dozretých plodov sa k nemu nakláňajú konáre stromov. Keď sa smädný Tantalum pokúsi opiť, voda klesne. Len čo natiahne ruku k šťavnatým plodom, vietor zodvihne konár a hriešnik, vyčerpaný od hladu, naň nedočiahne. A priamo nad jeho hlavou visel kameň, ktorý hrozil, že sa každú chvíľu zrúti.
Takže mýty starovekého Grécka hovoria o mukách Tantala. Švédsky chemik Ekeberg si musel neraz spomenúť na tantalovú múku, keď sa neúspešne pokúsil ním objavenú „zem“ v roku 1802 rozpustiť v kyselinách a izolovať z nej nový prvok. Koľkokrát sa zdalo, že vedec bol blízko cieľa, ale nepodarilo sa mu izolovať nový kov v jeho čistej forme. Odtiaľ pochádza „mučenícky“ názov prvku č. 73.
Kontroverzia a mylné predstavy
Po nejakom čase sa ukázalo, že tantal má dvojča, ktorý sa narodil o rok skôr. Toto dvojča je prvok #41, objavený v roku 1801 a pôvodne nazvaný Columbia. Neskôr bol premenovaný na niób. Podobnosť nióbu a tantalu zviedla chemikov do omylu. Po dlhých debatách dospeli k záveru, že tantal a Columbia sú jedno a to isté.
K rovnakému názoru sa spočiatku prikláňal aj najznámejší chemik tej doby Jene Jakob Berzelius, no neskôr o tom pochyboval. V liste svojmu študentovi, nemeckému chemikovi Friedrichovi Wöhlerovi, Berzelius napísal:
„Posielam vám späť vášho X, ktorého som sa pýtal, ako som mohol, ale od ktorého som dostal vyhýbavé odpovede. Si titán? Opýtal som sa. Odpovedal: Wöhler vám povedal, že nie som Titán.
Nainštaloval som aj toto.
Si zirkón? - Nie, - odpovedal, - rozpustil som sa v sóde, čo zirkónium nerobí. - Si plechovka? "Obsahujem cín, ale veľmi málo." Si tantal? Som s ním príbuzný, - odpovedal, - ale ja sa rozpúšťam v žieravine draselnej a vyzrážam sa z nej žltohnedo. "No, čo si potom za diabolka?" Opýtal som sa. Potom sa mi zdalo, že odpovedal: nedali mi meno.
Mimochodom, nie som si celkom istý, či som to naozaj počul, pretože bol po mojej pravici a na pravé ucho nepočujem veľmi dobre. Keďže máš lepší sluch ako ja, posielam ti toho chlapca späť, aby si ho znovu vypočul...“
Tento list bol o analógu tantalu, prvku, ktorý objavil Angličan Charles Hatchet v roku 1801.
Wöhlerovi sa však nepodarilo objasniť vzťah medzi tantalom a Kolumbiou. Vedcom bolo súdené mýliť sa viac ako štyridsať rokov. Až v roku 1844 sa nemeckému chemikovi Heinrichovi Rosovi podarilo vyriešiť mätúci problém a dokázať, že Kolumbia, podobne ako tantal, má plné právo na „chemickú suverenitu“. A keďže existovali rodinné väzby týchto prvkov, Rose dala Kolumbii nové meno - niób, ktoré zdôrazňovalo ich vzťah (v starogréckej mytológii Niobe - Tantalova dcéra).
Prvé kroky
Po mnoho desaťročí dizajnéri a technológovia neprejavili záujem o tantal. Tantal ako taký v skutočnosti jednoducho neexistoval: veď vedci dokázali tento kov získať v čistej kompaktnej forme až v 20. storočí. Prvý, kto to urobil, bol nemecký chemik von Bolton v roku 1903. Ešte skôr sa pokúšali izolovať čistý tantal mnohí vedci, najmä Moissan. Ale kovový prášok získaný Moissanom, ktorý redukoval oxid tantaličný Ta 2 O 5 uhlíkom v elektrickej peci, nebol čistý tantal prášok obsahoval 0,5 % uhlíka.
Takže na začiatku nášho storočia sa čistý tantal dostal do rúk výskumníkov a teraz už mohli podrobne študovať vlastnosti tohto svetlosivého kovu s mierne modrastým odtieňom.
Čo predstavuje? V prvom rade je to ťažký kov: jeho hustota je 16,6 g/cm 3 (všimnite si, že na prepravu kubického metra tantalu by bolo potrebných šesť trojtonových nákladných áut).
Spája sa v ňom vysoká pevnosť a tvrdosť s vynikajúcimi plastickými vlastnosťami. Čistý tantal sa dobre hodí na opracovanie, ľahké razenie, spracuje sa na najtenšie plechy (hrubé asi 0,04 mm) a drôt. Charakteristickým znakom tantalu je jeho vysoká tepelná vodivosť. Ale možno najdôležitejšou fyzikálnou vlastnosťou tantalu je jeho žiaruvzdornosť: taví sa pri takmer 3000 °C (presnejšie pri 2996 °C), v tomto je na druhom mieste po volfráme a réniu.
Keď sa zistilo, že tantal je veľmi žiaruvzdorný, vedci dostali nápad použiť ho ako materiál pre vlákna elektrických lámp. Avšak o niekoľko rokov neskôr bol tantal nútený ustúpiť tomuto poli ešte žiaruvzdornejšiemu a nie tak drahému volfrámu.
Ešte niekoľko rokov tantal nenašiel praktické využitie. Až v roku 1922 sa mohol použiť v striedavých usmerňovačoch (tantal, potiahnutý oxidovým filmom, prechádzajúci prúdom len jedným smerom) a o rok neskôr v rádiových elektrónkach. Zároveň sa začal vývoj priemyselných metód na získanie tohto kovu. Prvá priemyselná vzorka tantalu, ktorú získala jedna z amerických firiem v roku 1922, mala veľkosť hlavičky zápalky. O dvadsať rokov neskôr tá istá spoločnosť uviedla do prevádzky špecializovaný závod na výrobu tantalu.
Ako sa oddeľuje tantal od nióbu
Zemská kôra obsahuje iba 0,0002 % Ta, ale mnohé z jej minerálov sú známe - vyše 130. Tantal v týchto mineráloch je spravidla neoddeliteľný od nióbu, čo sa vysvetľuje extrémnou chemickou podobnosťou prvkov a takmer rovnakými veľkosťami. ich iónov.
Ťažkosti pri oddeľovaní týchto kovov po dlhú dobu bránili rozvoju priemyslu tantalu a nióbu. Donedávna sa izolovali len metódou, ktorú navrhol už v roku 1866 švajčiarsky chemik Marignac, ktorý využil rozdielnu rozpustnosť fluóru tantalátu a fluorniobátu draselného v zriedenej kyseline fluorovodíkovej.
V posledných rokoch nadobudli veľký význam aj extrakčné metódy na separáciu tantalu, založené na rozdielnej rozpustnosti solí tantalu a nióbu v určitých organických rozpúšťadlách. Skúsenosti ukázali, že najlepšie extrakčné vlastnosti majú metyletylketón a cyklohexanón.
V súčasnosti je hlavnou metódou výroby kovového tantalu elektrolýza roztaveného fluór tantalátu draselného v grafitových, liatinových alebo niklových téglikoch, ktoré zároveň slúžia ako katódy. Tantalový prášok je uložený na stenách téglika. Tento prášok sa extrahuje z téglika a najprv sa lisuje do obdĺžnikových dosiek (ak je obrobok určený na valcovanie do plechov) alebo štvorcových tyčí (na ťahanie drôtu) a potom sa speká.
Určité uplatnenie nachádza aj sodno-tepelná metóda na výrobu tantalu. Fluór tantalát draselný a kovový sodík v tomto procese interagujú:
K2TaF7 + 5Na → Ta + 2KF + 5NaF.
Konečným produktom reakcie je práškový tantal, ktorý sa potom speká. V posledných dvoch desaťročiach sa využívajú aj iné spôsoby spracovania prášku – vákuové oblúkové alebo indukčné tavenie a tavenie elektrónovým lúčom.
V službách chémie
Najcennejšou vlastnosťou tantalu je nepochybne jeho výnimočná chemická odolnosť: v tomto smere je na druhom mieste za ušľachtilými kovmi, a aj to nie vždy.
Tantal sa nerozpúšťa aj v takom chemicky agresívnom prostredí, akým je aqua regia, ktorá ľahko rozpúšťa zlato, platinu a iné drahé kovy. O najvyššej koróznej odolnosti tantalu svedčia nasledujúce skutočnosti. Pri 200°C nie je náchylný na koróziu v 70% kyseline dusičnej, v kyseline sírovej pri 150°C sa korózia tantalu tiež nepozoruje a pri 200°C kov koroduje, ale len o 0,006 mm za rok.
Okrem toho je tantal ťažný kov, možno z neho vyrábať tenkostenné výrobky a výrobky zložitého tvaru. Niet divu, že sa stal nepostrádateľným konštrukčným materiálom pre chemický priemysel.
Tantalové zariadenia sa používajú pri výrobe mnohých kyselín (chlorovodíková, sírová, dusičná, fosforečná, octová), brómu, chlóru, peroxidu vodíka. V jednom zariadení, ktoré používa plynný chlorovodík, časti z nehrdzavejúcej ocele zlyhali po dvoch mesiacoch. Ale hneď ako bola oceľ nahradená tantalom, dokonca aj tie najtenšie časti (hrúbka 0,3 ... 0,5 mm) sa ukázali byť prakticky neurčité - ich životnosť sa zvýšila na 20 rokov.
Zo všetkých kyselín je iba kyselina fluorovodíková schopná rozpúšťať tantal (najmä pri vysokých teplotách). Vyrábajú sa z neho cievky, destilátory, ventily, mixéry, prevzdušňovače a mnohé ďalšie časti chemických aparatúr. Menej často - zariadenia úplne.
Mnohé konštrukčné materiály rýchlo strácajú svoju tepelnú vodivosť: na ich povrchu sa vytvorí slabo tepelne vodivý oxid alebo soľný film. Tantalové zariadenie nemá tento nedostatok, respektíve sa na ňom môže vytvoriť oxidový film, ale je tenké a dobre vedie teplo. Mimochodom, práve vysoká tepelná vodivosť v kombinácii s plasticitou urobila z tantalu vynikajúci materiál pre výmenníky tepla.
Tantalové katódy sa používajú pri elektrolytickej separácii zlata a striebra. Výhodou týchto katód je, že nános zlata a striebra z nich možno zmyť pomocou aqua regia, ktorá tantalu neškodí.
Tantal je dôležitý nielen pre chemický priemysel. Mnoho výskumných chemikov sa s ním stretáva aj vo svojej každodennej laboratórnej praxi. Tantalové tégliky, poháre, špachtle nie sú nezvyčajné.
"Musíš mať tantalové nervy..."
Jedinečnou kvalitou tantalu je jeho vysoká biologická kompatibilita, t.j. schopnosť zakoreniť sa v tele bez podráždenia okolitých tkanív. Táto vlastnosť je základom pre široké využitie tantalu v medicíne, hlavne v rekonštrukčnej chirurgii - na opravu ľudského tela. Doštičky z tohto kovu sa používajú napríklad pri poškodení lebky – uzatvárajú zlomeniny lebky. V literatúre sa opisuje prípad, keď bolo vyrobené umelé ucho z tantalovej platničky a koža transplantovaná zo stehna sa tak dobre zakorenila, že bolo čoskoro ťažké rozlíšiť tantalové ucho od skutočného.
Tantalová priadza sa niekedy používa na kompenzáciu straty svalového tkaniva. Pomocou tenkých tantalových platničiek chirurgovia spevňujú steny brušnej dutiny po operácii. Tantalové sponky, podobné tým, ktoré sa používajú na šitie zošitov, bezpečne spájajú krvné cievy. Siete vyrobené z tantalu sa používajú pri výrobe očných protéz. Šľachy sú nahradené vláknami z tohto kovu a dokonca aj nervové vlákna sú zošité. A ak zvyčajne používame výraz „železné nervy“ v prenesenom význame, možno ste sa stretli s ľuďmi s tantalovými nervami.
V skutočnosti je niečo symbolické v tom, že práve na podiel kovu, pomenovaného po mytologickom mučeníkovi, padla humánna misia - zmierniť ľudské utrpenie ...
Hlavným odberateľom je hutníctvo
Len 5% tantalu vyrobeného na svete sa však minie na lekárske potreby, asi 20% spotrebuje chemický priemysel. Hlavná časť tantalu – vyše 45 % – ide do metalurgie. V posledných rokoch sa tantal stále viac používa ako legovací prvok v špeciálnych oceliach - ťažkých, odolných voči korózii, žiaruvzdorným. Účinok tantalu na oceľ je podobný účinku nióbu. Pridanie týchto prvkov do bežných chrómových ocelí zvyšuje ich pevnosť a znižuje krehkosť po kalení a žíhaní.
Veľmi dôležitou oblasťou použitia tantalu je výroba žiaruvzdorných zliatin, ktoré raketová a vesmírna technika stále viac potrebuje. Zliatina pozostávajúca z 90 % tantalu a 10 % volfrámu má pozoruhodné vlastnosti. Vo forme plechov je takáto zliatina účinná pri teplotách do 2500°C a masívnejšie diely znesú aj cez 3300°C! V zahraničí sa táto zliatina považuje za celkom spoľahlivú na výrobu dýz, výfukových potrubí, častí systémov riadenia a regulácie plynu a mnohých ďalších kritických komponentov kozmických lodí. V prípadoch, keď sú trysky rakiet chladené tekutým kovom, ktorý môže spôsobiť koróziu (lítium alebo sodík), je jednoducho nemožné zaobísť sa bez zliatiny tantalu a volfrámu.
Ešte väčšia tepelná odolnosť dielov vyrobených zo zliatiny tantal-volfrám sa získa, ak sa na ne nanesie vrstva karbidu tantalu (bod tavenia tohto povlaku je nad 4000 °C). Počas experimentálnych štartov rakiet takéto trysky odolávali obrovským teplotám, pri ktorých samotná zliatina rýchlo koroduje a kolabuje.
Ďalšia výhoda karbidu tantalu - jeho tvrdosť, blízka diamantu - viedla tento materiál k výrobe karbidových nástrojov na vysokorýchlostné rezanie kovu.
Práca pod stresom
Približne štvrtina svetovej produkcie tantalu smeruje do elektrotechnického a vákuového priemyslu. Vďaka vysokej chemickej inertnosti samotného tantalu a jeho oxidového filmu sú elektrolytické tantalové kondenzátory v prevádzke veľmi stabilné, spoľahlivé a odolné: ich životnosť dosahuje 12 rokov a niekedy aj viac. Miniatúrne tantalové kondenzátory sa používajú v rádiových vysielačoch, radarových inštaláciách a iných elektronických systémoch. Je zvláštne, že tieto kondenzátory sa dokážu samy opraviť: predpokladajme, že iskra, ktorá sa objavila pri vysokom napätí, zničila izoláciu - v mieste poruchy sa okamžite vytvorí izolačný oxidový film a kondenzátor pokračuje v práci, akoby sa nič nestalo.
Oxid tantalu má pre elektrotechniku najcennejšiu vlastnosť: ak prechádza striedavý elektrický prúd roztokom, v ktorom je tantal ponorený, pokrytý najtenším (iba niekoľko mikrónov!) oxidovým filmom, pôjde len jedným smerom - od riešenie kovu. Na tomto princípe sú založené tantalové usmerňovače, ktoré sa používajú napríklad v signalizačnej službe železníc, telefónnych výhybkách, požiarnych hlásičoch.
Tantal slúži ako materiál pre rôzne časti elektrovákuových zariadení. Podobne ako niób odvádza výbornú prácu ako getr, t.j. getter. Takže pri 800 °C je tantal schopný absorbovať množstvo plynu, ktoré je 740-násobkom jeho vlastného objemu. A z tantalu vyrábajú aj horúce tvarovky pre lampy - anódy, mriežky, nepriamo vyhrievané katódy a iné vyhrievané časti. Tantal je potrebný najmä pre lampy, ktoré si pri prevádzke pri vysokých teplotách a napätí musia dlhodobo udržiavať presné charakteristiky. Tantalový drôt sa používa v kenotrónoch – supravodivých prvkoch potrebných napríklad vo výpočtovej technike.
Bočné "špeciality" tantalu
Tantal je v klenotníckych dielňach pomerne častým hosťom, v mnohých prípadoch ho nahrádza platina. Tantal sa používa na výrobu puzdier na hodinky, náramkov a iných šperkov. A v inej oblasti súperí prvok č. 73 s platinou: štandardné analytické závažia vyrobené z tohto kovu nie sú v porovnaní s platinou horšie. Tantal sa používa ako náhrada za drahšie irídium pri výrobe hrotov pre automatické perá. Ale tento rekord tantalu nie je vyčerpaný. Špecialisti na vojenskú techniku sa domnievajú, že niektoré časti riadených striel a prúdových motorov je účelné vyrábať z tantalu.
Zlúčeniny tantalu sú tiež široko používané. Fluorotantalát draselný sa teda používa ako katalyzátor pri výrobe syntetického kaučuku. Oxid tantaličný hrá rovnakú úlohu aj pri výrobe butadiénu z etylalkoholu.
Oxid tantalu sa niekedy používa aj v sklárstve - na výrobu skiel s vysokým indexom lomu. Na urýchlenie zrážania krvi sa navrhuje použiť zmes piatich oxidov tantalu Ta 2 O 5 s malým množstvom oxidu železitého. Hydridy tantalu sa úspešne používajú na spájkovanie kontaktov na kremíkových polovodičoch.
Dopyt po tantale neustále rastie, a preto niet pochýb, že v najbližších rokoch bude produkcia tohto nádherného kovu narastať rýchlejšie ako teraz.
Tantal je tvrdší... tantal
Tantalové povlaky nie sú o nič menej atraktívne ako napríklad niklové a chrómové povlaky. Atraktívne nielen navonok. Boli vyvinuté metódy, ktoré umožňujú poťahovanie veľkých produktov (tégliky, rúry, plechy, raketové dýzy) tantalovou vrstvou rôznej hrúbky a povlak je možné aplikovať na širokú škálu materiálov - oceľ, železo, meď, nikel, molybdén, oxid hlinitý, grafit, kremeň, sklo, porcelán a iné. Charakteristicky je tvrdosť tantalového povlaku podľa Brinella 180...200 kg/mm2, zatiaľ čo tvrdosť technického tantalu vo forme žíhaných tyčí alebo plechov sa pohybuje od 50...80 kg/mm 2.
Lacnejšie ako platina, drahšie ako striebro
Výmena platiny za tantal je spravidla veľmi výnosná - je niekoľkonásobne lacnejšia ako ona. Napriek tomu tantal nemožno nazvať lacným. Relatívne vysoké náklady na tantal sa vysvetľujú vysokou cenou materiálov použitých pri jeho výrobe a zložitosťou technológie na získanie prvku č.73: na získanie tony tantalového koncentrátu je potrebné spracovať až 3 tisíc ton ruda.
Žulový kov
Hľadanie tantalových surovín pokračuje dodnes. Cenné prvky, vrátane tantalu, sa nachádzajú v obyčajnej žule. V Brazílii už skúšali získavať tantal zo žuly. Je pravda, že tento proces získavania tantalu a ďalších prvkov zatiaľ nemá priemyselný význam - je veľmi komplikovaný a drahý, ale podarilo sa im získať tantal z takýchto nezvyčajných surovín.
Iba jeden oxid
Predtým sa predpokladalo, že podobne ako mnohé iné prechodné kovy, aj tantal môže pri reakcii s kyslíkom vytvárať niekoľko oxidov rôzneho zloženia. Neskoršie štúdie však ukázali, že kyslík vždy oxiduje tantal na oxid Ta 2 O 5 pentoxid. Existujúci zmätok sa vysvetľuje tvorbou pevných roztokov kyslíka v tantale. Rozpustený kyslík sa odstráni zahrievaním nad 2200 °C vo vákuu. Tvorba pevných roztokov kyslíka silne ovplyvňuje fyzikálne vlastnosti tantalu. Zvyšuje sa jeho pevnosť, tvrdosť, elektrický odpor, ale klesá magnetická susceptibilita a odolnosť proti korózii.
Tantal- svetlosivý kov s mierne modrastým nádychom. Čo sa týka žiaruvzdornosti (teplota topenia asi 3000 °C), je na druhom mieste po volfráme a réniu. Spája sa v ňom vysoká pevnosť a tvrdosť s vynikajúcimi plastickými vlastnosťami. Čistý tantal sa dobre hodí na rôzne mechanické spracovanie, ľahko sa lisuje, spracováva na najtenšie pláty (hrubé asi 0,04 mm) a drôtuje.
Tantal má kubickú mriežku centrovanú na telo (a = 3,296 Å); atómový polomer 1,46 Á, iónové polomery Ta 2+ 0,88 Á, Ta 5+ 0,66 Á; hustota 16,6 g/cm3 pri 20 °C; tpl 2996 °C; Tbp 5300 °C; špecifické teplo pri 0-100°C 0,142 kJ/(kg K); tepelná vodivosť pri 20-100 °C 54,47 W / (m K) . Teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti 8,0 10 -6 (20-1500 °C); elektrický odpor pri 0 °C 13,2 10 -8 ohm m, pri 2000 °C 87 10 -8 ohm m.
Pri 4,38 K sa stáva supravodičom. Tantal je paramagnetický, špecifická magnetická susceptibilita je 0,849 10 -6 (18 °C). Čistý tantal je tvárny kov, spracovávaný tlakom za studena bez výrazného mechanického spevnenia. Dá sa deformovať na redukčný pomer 99 % bez medzižíhania. Prechod tantalu z tvárneho do krehkého stavu po ochladení na -196 °C nebol zistený.
Modul pružnosti tantalu je 190 Gn / m2 (190 10 2 kgf / mm 2) pri 25 ° C. Pevnosť v ťahu žíhaného tantalu vysokej čistoty je 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) pri 27 °C a 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) pri 490 °C; predĺženie 36 % (27 °C) a 20 % (490 °C). Tvrdosť čistého rekryštalizovaného tantalu podľa Brinella je 500 MN/m2 (50 kgf/mm2). Vlastnosti tantalu závisia vo veľkej miere od jeho čistoty; nečistoty vodíka, dusíka, kyslíka a uhlíka spôsobujú, že kov je krehký.
Vo vedecky náročných a strategických odvetviach popredných krajín sveta neustále rastie. Dynamika tohto rastu je spôsobená dvoma navzájom súvisiacimi dôvodmi. Prvým je potreba zlepšiť kvalitatívne charakteristiky high-tech produktov pre civilné a vojenské účely. Druhým je, že tantal je najvhodnejší na riešenie prvého problému, pretože má pôsobivý zoznam najcennejších vlastností vrátane:
- výnimočná odolnosť proti korózii;
- jedinečná odolnosť voči chemickému napadnutiu plynmi a kyselinami;
- vysoká hustota (16,6 g / cm 3) a špecifická elektrická kapacita;
- supertvrdosť a plasticita;
- dobrá spracovateľnosť (obrobiteľnosť, zvárateľnosť);
- tepelná odolnosť a tepelná odolnosť (bod topenia 3000 ° C);
- schopnosť absorbovať plyny (stonásobok vlastného objemu);
- vysoký koeficient prestupu tepla;
- jedinečná biologická kompatibilita a oveľa viac.
Formy uvoľňovania tantalu
Na výrobu high-tech produktov sa tantal používa v čistej forme aj vo forme zliatin. Široký rozsah jeho použitia je spôsobený veľkým výberom tantalu a polotovarov obsahujúcich tantal. Na ďalšie spracovanie sa vyrába tantalová tyč a páska, dosky, kotúče, ingoty (triedy ELP-1, ELP-2, ELP-3). Najžiadanejšie sú tantalové drôty a plechy, ako aj fólie (značky TVCh a TVCh-1) a kovový prášok kvalifikácie kondenzátora. Prášok predstavuje asi 60 % svetovej produkcie tantalu, ktorý sa spotrebuje v rádioelektronickom priemysle na vytvorenie základne prvkov modernej „inteligentnej“ technológie. Asi 25 % trhu zaberajú tantalové plechy a drôty plus fólie.
Obrázok 1. Výrobky z tantalu.
Aplikácie pre tantal
- výroba elektrovákuových zariadení;
- elektrika a elektronika;
- telekomunikácie a komunikácie;
- letecký priemysel;
- chemické inžinierstvo;
- jadrový priemysel;
- metalurgia tvrdých zliatin;
- liek atď.
Tantal v elektrovákuových zariadeniach
Pracovný priestor elektrovákuových prístrojov je vyplnený špeciálnym plynom alebo vákuom, v ktorom sú dve (anóda a katóda) alebo viac elektród, ktoré v priestore tvoria emisný prúd. Medzi takéto zariadenia patria elektrovákuové mikrovlnné zariadenia typu magnetrón, zariadenia pre radarové, navigačné a hydroakustické stanice, osciloskopy, počítadlá elementárnych častíc, elektrovákuové fotobunky, röntgenové zariadenia, vákuové trubice a mnohé ďalšie. V rade elektrovákuových zariadení slúži tantal ako materiál pre getre - getre, ktoré udržiavajú stav hlbokého vákua v komorách. V niektorých zariadeniach sa elektródy zahrievajú veľmi rýchlo a silne, preto sa v nich ako „horúca armatúra“ používa tenká tantalová páska (značka T alebo HDTV) alebo drôt (značka HDTV), ktorý môže fungovať dlho. času (desiatky tisíc hodín) a stabilne pracujú pri vysokých teplotách.napätia a kolísanie teplôt.
Tantal v metalurgii tvrdých zliatin
V metalurgickom priemysle sa tantal používa na vytváranie supertvrdých žiaruvzdorných zliatin, ktorých zložkami sú karbidy tantalu (trieda TT) a volfrám. Zo zliatin tantal-volfrám (značky TV-15, TV-10, TV-5) vyrábajú nástroje na rezanie a opracovanie kovov, vysokovýkonné „korunky“ na vŕtanie otvorov do kameňa a kompozitov. Zliatiny tantalu a karbidu niklu ľahko opracujú povrch diamantov, pričom tvrdosť nie je nižšia. Tantal (tvrdosť podľa Brinella do 1250–3500 MPa) sa používa na výrobu dielov pre kryogénne zariadenia, zvlákňovacie dýzy a tégliky na tavenie a čistenie kovov vzácnych zemín a nádoby na lisovanie kovových práškov za studena.
Tantal v chemickom inžinierstve
V chemickom inžinierstve sa bezšvíkové za studena tvarované tantalové rúry (značka HFC) a plech používajú pri konštrukcii zariadení odolných voči korózii pracujúcich v chemicky agresívnom prostredí. Tantal sa používa na výrobu rôznych štruktúr odolných voči kyselinám (zvitky, miešadlá, destilátory, prevzdušňovače, potrubia), laboratórnych zariadení, vykurovacích a chladiacich zariadení, ktoré pracujú v kontakte s kyselinami, vrátane koncentrovaných látok. Tantalová fólia sa používa na opláštenie (tenký termomechanický náter) povrchu dielov a zariadení na linkách na výrobu kyseliny sírovej, čpavku a pod.
Tantal v medicíne
Tantal má jedinečnú kompatibilitu so živými tkanivami a nie je nimi odmietaný. V medicíne sa tantalový drôt používa vo forme nití a svoriek na upevnenie svalového tkaniva, šliach, nervových vlákien a krvných ciev. Z neho sa vyrábajú aj siete na očné protézy az plechu - tela kardiostimulátorov. V rekonštrukčnej chirurgii sa tantalová tyč a páska považujú za nealternatívne materiály na kostnú protetiku a náhradu. Mimoriadny význam má tantalový plech ako „opravný“ materiál na poranenia lebky.
Tantal v leteckom priemysle
Tantalový plech sa ako vysokoteplotný konštrukčný materiál používa v leteckom priemysle na výrobu kritických komponentov pre rakety a lietadlá. Napríklad tantal sa používa na výrobu predných častí rakiet a tepelne odolných lopatiek plynových turbín prúdových motorov na kvapalné palivo. Diely dýz, prídavné spaľovanie atď. sú vyrobené zo zliatin tantalu.
Tantal v jadrovom priemysle
Tantalové rúrky (značka TVCh) sa používajú na výrobu výmenníkov tepla pre systémy jadrovej energetiky, ktoré sú odolné voči prehriatej tavenine a výparom cézia. Difúzne bariéry pre supravodiče termonukleárnych reaktorov sa vyrábajú z tantalu. Rádioaktívny izotop tantal-182 sa používa v radiačnej terapii. Ako intersticiálny zdroj gama žiarenia sa používa tenký tantalový drôt (50-100 mikrónov) potiahnutý platinou, ktorý má bodový účinok na rakovinové bunky. Začiatkom roka 2018 sa v médiách objavila informácia, že čínski vedci robili experimenty s tantalom-182 na vojenské účely. Podstata experimentov nebola zverejnená, ale s najväčšou pravdepodobnosťou môžeme hovoriť o použití izotopu tantalu ako „propagačného“ činidla pre „špinavé“ bomby.
Tantal v elektrotechnike a elektronike
Tantalový prášok (TU95.250-74) sa používa pri výrobe moderných kondenzátorov pre telekomunikácie, mikroelektroniku a počítačové vybavenie. S miniatúrnymi rozmermi prekonávajú väčšinu ostatných elektrolytických kondenzátorov z hľadiska špecifickej kapacity na jednotku objemu, vyznačujú sa veľkým rozsahom prevádzkových teplôt a vysokou spoľahlivosťou. Tantalové kondenzátory si zachovávajú svoje vlastnosti až 25 rokov v režime skladovania a v prevádzkovom režime môžu pracovať až 150 tisíc hodín. Dnes sú tantalové kondenzátory prítomné na mikroobvodoch takmer každého smartfónu, počítača, hernej konzoly a tiež vo vojenskom vybavení. Tantal sa používa v usmerňovačoch elektrického prúdu, pretože má schopnosť prechádzať ho iba jedným smerom.
Obrázok 2. Tantalový kondenzátor.
Záver
Okrem vyššie uvedeného sa tantalová tyč a plech, fólia, drôt, prášok používajú na riešenie desiatok a stoviek ďalších problémov. V metalurgii sa tantal používa ako legujúci stabilizačný komponent pri výrobe vysokovýkonných, korózii odolných, žiaruvzdorných ocelí a zliatin. Zlúčeniny tantalu pôsobia ako katalyzátory v procesoch chemickej výroby, ako je syntetický kaučuk. Tantal preukázal vysokú účinnosť v optike, pretože po pridaní do skla zvyšuje jeho index lomu, čo umožňuje robiť šošovky nie sférické, ale tenšie a plochejšie aj pri vysokých dioptriách. V šperkoch sa tantal používa spolu s platinou pri výrobe náramkov, hodiniek a hrotov plniacich pier. Niet pochýb o tom, že tantal je jedným z najvyhľadávanejších a najsľubnejších kovov používaných v high-tech odvetviach, a ako vidíme, nielen v nich.
Tantal (Ta) je prvok s atómovým číslom 73 a atómovou hmotnosťou 180,948. Je to prvok sekundárnej podskupiny piatej skupiny, šiesteho obdobia periodického systému Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva. Tantal vo voľnom stave za normálnych podmienok je platinovo sivý kov s mierne olovnatým odtieňom, ktorý je dôsledkom tvorby oxidového filmu (Ta 2 O 5). Tantal je ťažký, žiaruvzdorný, dosť tvrdý, ale nie krehký kov, zároveň je veľmi tvárny, dobre opracovateľný, najmä v čistej forme.
V prírode sa tantal nachádza vo forme dvoch izotopov: stabilného 181 Ta (99,99 %) a rádioaktívneho 180 Ta (0,012 %) s polčasom rozpadu 10 12 rokov. Z umelo získaného rádioaktívneho 182 Ta (polčas rozpadu 115,1 dňa) sa používa ako izotopový indikátor.
Prvok objavil v roku 1802 švédsky chemik A. G. Ekeberg v dvoch mineráloch nájdených vo Fínsku a Švédsku. Bol pomenovaný po hrdinovi starovekých gréckych mýtov Tantalovi kvôli obtiažnosti jeho identifikácie. Minerály kolumbit s obsahom columbia (nióbu) a tantalit s obsahom tantalu boli dlho považované za jedno a to isté. Koniec koncov, tieto dva prvky sú vzájomnými častými spoločníkmi a sú si v mnohých ohľadoch podobné. Tento názor bol dlho považovaný za pravdivý medzi chemikmi všetkých krajín, až v roku 1844 nemecký chemik Heinrich Rose opäť skúmal kolumbity a tantality z rôznych miest a našiel v nich nový kov, svojimi vlastnosťami podobný tantalu. Bol to niób. Plastický čistý kovový tantal prvýkrát získal nemecký vedec W. von Bolton v roku 1903.
Hlavné ložiská tantalových nerastov sa nachádzajú vo Fínsku, Škandinávii, Severnej Amerike, Brazílii, Austrálii, Francúzsku, Číne a mnohých ďalších krajinách.
Vzhľadom na to, že tantal má množstvo cenných vlastností – dobrú ťažnosť, vysokú pevnosť, zvárateľnosť, odolnosť voči korózii pri miernych teplotách, žiaruvzdornosť a množstvo ďalších dôležitých vlastností – využitie sedemdesiateho tretieho prvku je veľmi široké. Najdôležitejšie oblasti použitia tantalu sú elektronika a strojárstvo. Približne štvrtina svetovej produkcie tantalu smeruje do elektrotechnického a vákuového priemyslu. V elektronike sa používa na výrobu elektrolytických kondenzátorov, anód pre vysokovýkonné žiarovky a mriežky. V chemickom priemysle sa tantal používa na výrobu častí strojov používaných pri výrobe kyselín, pretože tento prvok má mimoriadnu chemickú odolnosť. Tantal sa nerozpúšťa ani v tak chemicky agresívnom prostredí ako je aqua regia! V tantalových téglikoch sa tavia kovy, napríklad vzácne zeminy. Vyrábajú sa z neho ohrievače vysokoteplotných pecí. Vzhľadom na to, že tantal neinteraguje so živými tkanivami ľudského tela a nepoškodzuje ich, používa sa v chirurgii na držanie kostí pohromade v prípade zlomenín. Hlavným spotrebiteľom takéhoto cenného kovu je však hutníctvo (vyše 45 %). V posledných rokoch sa tantal stále viac používa ako legovací prvok v špeciálnych oceliach - ťažkých, odolných voči korózii, žiaruvzdorným. Okrem toho mnohé konštrukčné materiály rýchlo strácajú svoju tepelnú vodivosť: na ich povrchu sa vytvorí slabo tepelne vodivý oxid alebo soľný film. Konštrukcie vyrobené z tantalu a jeho zliatin s takýmito problémami nečelia. Oxidový film, ktorý sa na nich vytvorí, je tenký a dobre vedie teplo, navyše má ochranné antikorózne vlastnosti.
Cenný je nielen čistý tantal, ale aj jeho zlúčeniny. Takže vysoká tvrdosť karbidu tantalu sa používa pri výrobe tvrdokovových nástrojov na vysokorýchlostné rezanie kovov. Zliatiny tantalu a volfrámu dodávajú častiam z nich vyrobeným tepelnú odolnosť.
Biologické vlastnosti
Vďaka svojej vysokej biologickej kompatibilite - schopnosti vychádzať so živými tkanivami bez toho, aby spôsoboval podráždenie a odmietanie organizmu - našiel tantal široké uplatnenie v medicíne, hlavne v rekonštrukčnej chirurgii - na obnovu ľudského tela. Tenké pláty tantalu sa používajú na poškodenie lebky - uzatvárajú zlomeniny v lebke. Medicína pozná prípad, keď bolo umelé ucho vyrobené z tantalovej platničky, pričom koža transplantovaná zo stehna sa tak dobre a rýchlo zakorenila, že sa umelý orgán nedal odlíšiť od skutočného. Tantalové nite sa používajú pri obnove poškodeného svalového tkaniva. Chirurgovia po operáciách upevňujú steny brušnej dutiny tantalovými platničkami. Dokonca aj krvné cievy môžu byť spojené pomocou tantalových svoriek. Siete z tohto unikátneho materiálu sa používajú pri výrobe očných protéz. Šľachy sú nahradené vláknami z tohto kovu a dokonca aj nervové vlákna sú zošité.
Oxid tantaličný Ta 2 O 5 nie je menej používaný - jeho zmes s malým množstvom oxidu železitého sa navrhuje použiť na urýchlenie zrážania krvi.
V poslednom desaťročí sa rozvíja nové odvetvie medicíny, založené na využívaní statických elektrických polí krátkeho dosahu na stimuláciu pozitívnych biologických procesov v ľudskom tele. Okrem toho sa elektrické polia nevytvárajú v dôsledku tradičných zdrojov elektrickej energie s napájaním zo siete alebo batérie, ale v dôsledku autonómne fungujúcich elektretových povlakov (dielektrikum, ktoré dlhodobo uchováva nekompenzovaný elektrický náboj) nanesených na implantáty na rôzne účely, široko používané v medicíne.
V súčasnosti sú pozitívne výsledky použitia elektretových filmov oxidu tantaličného dosiahnuté v nasledujúcich oblastiach medicíny: maxilofaciálna chirurgia (použitie implantátov potiahnutých Ta 2 O 5 eliminuje vznik zápalových procesov, skracuje čas prihojenia štepu implantát); ortopedická stomatológia (pokrytie protéz vyrobených z akrylových plastov filmom oxidu tantaličného eliminuje všetky možné patologické prejavy spôsobené intoleranciou na akryláty); chirurgia (použitie elektretového aplikátora pri liečbe defektov kože a spojivového tkaniva s dlhodobo sa nehojacimi ranami, preležaninami, neurotrofickými vredmi, termickými léziami); traumatológia a ortopédia (urýchlenie vývoja kostného tkaniva pri liečbe zlomenín a ochorení pohybového aparátu človeka pod vplyvom statického poľa vytvoreného elektretovým povlakovým filmom).
Všetky tieto jedinečné vedecké pokroky boli možné vďaka vedeckej práci odborníkov zo Štátnej elektrotechnickej univerzity v Petrohrade (LETI).
Okrem vyššie uvedených oblastí, kde sa už aplikujú alebo zavádzajú jedinečné povlaky oxidu tantaličného, existuje vývoj, ktorý je v úplne počiatočných štádiách. Patria sem vývoj v nasledujúcich oblastiach medicíny: kozmetológia (výroba materiálu na báze oxidu tantaličného, ktorý nahradí „zlaté nite“); srdcová chirurgia (aplikácia elektretových filmov na vnútorný povrch umelých krvných ciev, zabraňuje tvorbe krvných zrazenín); artroplastika (zníženie rizika odmietnutia protéz, ktoré sú v neustálej interakcii s kostným tkanivom). Okrem toho sa vytvára chirurgický nástroj potiahnutý filmom oxidu tantaličného.
Je známe, že tantal je veľmi odolný voči agresívnym médiám, svedčí o tom množstvo faktov. Takže pri teplote 200 ° C tento kov neovplyvňuje sedemdesiat percent kyseliny dusičnej! V kyseline sírovej pri teplote 150 ° C sa korózia tantalu tiež nepozoruje a pri 200 ° C kov koroduje, ale len o 0,006 mm za rok!
Je známy prípad, keď v jednom podniku, ktorý používa plynný chlorovodík, časti z nehrdzavejúcej ocele zlyhali po niekoľkých mesiacoch. Len čo bola oceľ nahradená tantalom, dokonca aj tie najtenšie časti (hrúbka 0,3 ... 0,5 mm) sa ukázali byť prakticky neobmedzené - ich životnosť sa zvýšila na 20 rokov!
Tantal je spolu s niklom a chrómom široko používaný ako antikorózny povlak. Pokrývajú časti rôznych tvarov a veľkostí: tégliky, rúrky, plechy, raketové trysky a mnoho ďalšieho. Okrem toho môže byť materiál, na ktorý je nanesený tantalový povlak, veľmi rôznorodý: železo, meď, grafit, kremeň, sklo a iné. Najzaujímavejšie je, že tvrdosť tantalového povlaku je tri až štyrikrát vyššia ako tvrdosť technického tantalu v žíhanej forme!
Vzhľadom na to, že tantal je veľmi cenný kov, hľadanie jeho surovín pokračuje aj dnes. Mineralógovia zistili, že obyčajné žuly okrem iných cenných prvkov obsahujú aj tantal. Pokus o extrakciu tantalu zo žulových hornín sa uskutočnil v Brazílii, kov sa získal, ale takáto výroba sa nedostala do priemyselného rozsahu - proces sa ukázal byť mimoriadne drahý a komplikovaný.
Moderné elektrolytické tantalové kondenzátory sú stabilné v prevádzke, spoľahlivé a odolné. Miniatúrne kondenzátory vyrobené z tohto materiálu, používané v rôznych elektronických systémoch, majú okrem vyššie uvedených výhod jednu jedinečnú vlastnosť: môžu si sami robiť opravy! Ako sa to stane? Predpokladajme, že celistvosť izolácie je narušená v dôsledku poklesu napätia alebo z iného dôvodu - v mieste poruchy sa okamžite vytvorí izolačný oxidový film a kondenzátor pokračuje v práci, akoby sa nič nestalo!
Tantalu možno právom pripísať výraz „smart metal“, ktorý sa objavil v polovici 20. storočia, teda kov, ktorý pomáha pri práci inteligentných strojov.
V niektorých oblastiach tantal nahrádza a niekedy dokonca konkuruje platine! Takže pri výrobe šperkov tantal často nahrádza drahší ušľachtilý kov pri výrobe náramkov, puzdier na hodinky a iných šperkov. V inej oblasti tantal úspešne konkuruje platine - štandardné analytické závažia vyrobené z tohto kovu nie sú kvalitou horšie ako platinové.
Okrem toho sa tantal používa ako náhrada za drahšie irídium pri výrobe hrotov pre automatické perá.
Vďaka svojim jedinečným chemickým vlastnostiam našiel tantal uplatnenie ako materiál pre katódy. Takže tantalové katódy sa používajú pri elektrolytickej separácii zlata a striebra. Ich hodnota spočíva v tom, že zrazeninu drahých kovov je možné z nich zmyť aqua regia, ktorá tantalu neškodí.
Určite sa dá hovoriť o tom, že v tom, že švédskeho chemika Ekeberga, snažiaceho sa nasýtiť novú látku kyselinami, zasiahol „smäd“ a nový prvok na počesť pomenoval, je niečo symbolické, ak nie dokonca mystické. o mýtickom darebákovi, ktorý zabil svojho vlastného syna a ktorý zradil bohov. A o dvesto rokov neskôr sa ukázalo, že tento prvok je schopný doslova „ušiť“ človeka a dokonca „nahradiť“ jeho šľachy a nervy! Ukazuje sa, že mučeník strádajúci v podsvetí, ktorý odčinil svoju vinu s pomocou osoby, sa snaží poprosiť bohov o odpustenie ...
História
Tantalos je hrdina starých gréckych mýtov, lýdsky alebo frýgsky kráľ, syn Dia. Prezradil tajomstvá olympijských bohov, z ich sviatku ukradol ambróziu a olympionikov pohostil pokrmom pripraveným z tela vlastného syna Pelopa, ktorého aj zabil. Za svoje zverstvá bol Tantalus bohmi odsúdený na večné muky hladu, smädu a strachu v podsvetí Hádes. Odvtedy stojí po krk v priezračnej krištáľovo čistej vode a pod ťarchou zrelých plodov sa mu k hlave skláňajú konáre. Len on nedokáže uhasiť smäd ani hlad - voda klesá, len čo sa pokúsi opiť, a konáre dvíha vietor rukami hladného zabijaka. Nad Tantalovou hlavou visí skala, ktorá sa môže každú chvíľu zrútiť a nešťastného hriešnika prinúti navždy trpieť strachom. Vďaka tomuto mýtu vznikol výraz „tantalové muky“, označujúci neznesiteľné utrpenie, netelesné pokusy oslobodiť sa od múk. Zrejme pri neúspešných pokusoch švédskeho chemika Ekeberga rozpustiť ním objavenú „zem“ v roku 1802 v kyselinách a izolovať z nej nový prvok, práve tento výraz mu prišiel na um. Viac ako raz sa vedcovi zdalo, že je blízko k cieľu, ale nepodarilo sa mu izolovať nový kov v jeho čistej forme. Takto sa objavilo meno „mučeníka“ nového prvku.
Objav tantalu úzko súvisí s objavom ďalšieho prvku – nióbu, ktorý sa objavil o rok skôr a pôvodne sa volal Columbia, čo mu daroval objaviteľ Gatchet. Tento prvok je dvojčaťom tantalu, ktorý je mu v mnohých vlastnostiach blízky. Práve táto blízkosť vyviedla z omylu chemikov, ktorí po dlhých debatách dospeli k chybnému záveru, že tantal a kolumbium sú jedným a tým istým prvkom. Tento blud trval viac ako štyridsať rokov, kým v roku 1844 slávny nemecký chemik Heinrich Rose pri preštudovaní kolumbitov a tantalitov z rôznych ložísk dokázal, že kolumbium je samostatný prvok. Gatchetom skúmaná Kolumbia bola niób s vysokým obsahom tantalu, čo zviedlo vedecký svet z omylu. Na počesť takejto rodinnej blízkosti dvoch živlov dala Rosa Kolumbii nové meno Niobium – na počesť dcéry frýgskeho kráľa Tantala Niobia. A hoci Rose urobil chybu aj v tom, že údajne objavil ďalší nový prvok, ktorý nazval Pelopius (na počesť Tantalovho syna Pelopa), jeho práca sa stala základom pre prísne rozlišovanie medzi nióbom (Columbium) a tantalom. Len aj po Roseovom dôkaze boli tantal a niób dlho zmätené. Tantal sa teda nazýval columbium, v Rusku columbum. Hess vo svojich Základoch čistej chémie až do ich šiesteho vydania (1845) hovorí len o tantale, bez zmienky o Kolumbii; Dvigubsky (1824) má meno - tantalium. Takéto chyby a výhrady sú pochopiteľné – metódu oddeľovania tantalu a nióbu vyvinul až v roku 1866 švajčiarsky chemik Marignac a ako taký čistý elementárny tantal ešte neexistoval: veď vedci dokázali tento kov získať v čistom kompaktná forma až v 20. storočí. Prvým, kto bol schopný získať kovový tantal, bol nemecký chemik von Bolton, a to sa stalo až v roku 1903. Predtým sa samozrejme robili pokusy získať čistý kovový tantal, ale všetky snahy chemikov boli neúspešné. Napríklad francúzsky chemik Moissan dostal podľa neho kovový prášok - čistý tantal. Tento prášok, získaný redukciou oxidu tantaličného Ta 2 O 5 uhlíkom v elektrickej peci, však nebol čistý tantal, prášok obsahoval 0,5 % uhlíka.
Výsledkom bolo, že podrobné štúdium fyzikálno-chemických vlastností sedemdesiateho tretieho prvku bolo možné až na začiatku dvadsiateho storočia. Ešte niekoľko rokov tantal nenašiel praktické využitie. Až v roku 1922 sa mohol použiť v usmerňovačoch striedavého prúdu.
Byť v prírode
Priemerný obsah sedemdesiateho tretieho prvku v zemskej kôre (clarke) je 2,5∙10 -4 % hmotnosti. Tantal je charakteristickým prvkom kyslých hornín - žuly a sedimentárnych schránok, v ktorých jeho priemerný obsah dosahuje 3,5 ∙ 10 -4%, čo sa týka ultrabázických a bázických hornín - vrchné časti plášťa a hlboké časti zemskej kôry, koncentrácia tantalu je oveľa nižšia: 1,8∙10 -6%. V horninách magmatického pôvodu je tantal rozptýlený, ako aj v biosfére, pretože je izomorfný s mnohými chemickými prvkami.
Napriek nízkemu obsahu tantalu v zemskej kôre sú jeho minerály veľmi rozšírené - je ich viac ako sto, a to ako vlastné minerály tantalu, tak aj rudy obsahujúce tantal, všetky vznikli v súvislosti s magmatickou činnosťou (tantalit, kolumbit loparit, pyrochlór a iné). Vo všetkých mineráloch je tantal sprevádzaný nióbom, čo sa vysvetľuje extrémnou chemickou podobnosťou prvkov a takmer identickou veľkosťou ich iónov.
V skutočnosti majú tantalové rudy pomer Ta 2 O 5 : Nb 2 O 5 ≥1. Hlavnými minerálmi tantalových rúd sú kolumbit-tantalit (obsah Ta 2 O 5 30-45 %), tantalit a 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 %) a iné. Tantalit (Fe, Mn) (Ta, Nb) 2 O 6 má niekoľko odrôd: ferotantalit (FeO>MnO), manganotantalit (MnO>FeO). Tantalit prichádza v mnohých odtieňoch od čiernej po červenohnedú. Hlavnými minerálmi tantalovo-nióbových rúd, z ktorých sa popri nióbe získava oveľa drahší tantal, sú kolumbit (Ta 2 O 5 5-30 %), pyrochlór s obsahom tantalu (Ta 2 O 5 1-4 %) , loparit (Ta205 0,4-0,8 %), sekerník (Ca, Tr, U)2 (Nb, Ta)206 (F, OH)∙nH20 (Ta205 8-28 %), ixiolit (Nb, Ta, Sn, W, Sc)306 a niektoré ďalšie. Tantaloniobáty obsahujúce U, Th, TR sú metamitické, vysoko rádioaktívne a obsahujú rôzne množstvá vody; polymorfné modifikácie sú bežné. Tantaloniobáty tvoria malé diseminácie, veľké segregácie sú zriedkavé (kryštály sú typické hlavne pre loparit, pyrochlór a kolumbit-tantalit). Sfarbenie čierna, tmavo hnedá, hnedožltá. Zvyčajne priesvitné alebo mierne priesvitné.
Existuje niekoľko hlavných priemyselných a genetických typov ložísk tantalovej rudy. Pegmatity vzácnych kovov natro-lítneho typu sú reprezentované zónovými žilnými telesami, ktoré pozostávajú z albitu, mikroklinu, kremeňa a v menšej miere aj spodumenu alebo petalitu. Vzácne kovové tantalonosné žuly (apogranity) sú zastúpené drobnými zásobami a kupolami mikroklinovo-kremenno-albitových granitov, často obohatených topásom a lítiovými sľudami, obsahujúcimi jemný rozlet kolumbit-tantalitu a mikrolitu. Zvetrávacie kôry, deluviálno-aluviálne a aluviálne ryže, vznikajúce v súvislosti s deštrukciou pegmatitov, obsahujú kaziterit a minerály skupiny kolumbit-tantalit. Nefelínové syenity s loparitom zloženia lujavritu a foyalitu.
Priemyselne sa využívajú aj ložiská komplexných tantalovo-nióbových rúd, reprezentovaných karbonátitmi a pridruženými forsterit-apatit-magnetitovými horninami; mikroklino-albitové riebeckitové alkalické žuly a granosyenity a iné. Určité množstvo tantalu sa získava z wolframitov greisenov.
Najväčšie náleziská titánových rúd sa nachádzajú v Kanade (Manitoba, Bernick Lake), Austrálii (Greenbushes, Pilbara), Malajzii a Thajsku (tantalové rýhy), Brazílii (Paraiba, Rio Grande do Norte), v mnohých afrických štátoch (Zaire, Nigéria, Južná Rodézia).
Aplikácia
Tantal našiel svoje technické uplatnenie pomerne neskoro - začiatkom 20. storočia sa používal ako materiál pre žhaviace vlákna elektrických lámp, čo bolo spôsobené takou kvalitou tohto kovu, ako je žiaruvzdornosť. Čoskoro však v tejto oblasti stratil svoj význam, nahradil ho lacnejší a žiaruvzdornejší volfrám. Tantal sa opäť stal „technicky nevhodným“ až do dvadsiatych rokov 20. storočia, kedy sa začal používať v striedavých usmerňovačoch (tantal, potiahnutý oxidovým filmom, prechádza prúdom len jedným smerom) a o rok neskôr v rádiových elektrónkach. . Potom si kov získal uznanie a čoskoro začal dobývať stále nové a nové oblasti priemyslu.
V súčasnosti sa tantal pre svoje jedinečné vlastnosti používa v elektronike (výroba kondenzátorov s vysokou špecifickou kapacitou). Približne štvrtina svetovej produkcie tantalu smeruje do elektrotechnického a vákuového priemyslu. Vďaka vysokej chemickej inertnosti samotného tantalu a jeho oxidového filmu sú elektrolytické tantalové kondenzátory v prevádzke veľmi stabilné, spoľahlivé a odolné: ich životnosť môže dosiahnuť viac ako dvanásť rokov. V rádiotechnike sa tantal používa v radarových zariadeniach. Mini tantalové kondenzátory sa používajú v rádiových vysielačoch, radarových inštaláciách a iných elektronických systémoch.
Hlavným spotrebiteľom tantalu je metalurgia, ktorá využíva viac ako 45 % vyrobeného kovu. Tantal sa aktívne používa ako legujúci prvok v špeciálnych oceliach - odolných voči korózii, odolným voči teplu. Pridanie tohto prvku do bežných chrómových ocelí zvyšuje ich pevnosť a znižuje krehkosť po kalení a žíhaní. Výroba žiaruvzdorných zliatin je pre raketovú a vesmírnu techniku veľkou nevyhnutnosťou. V prípadoch, keď sú trysky rakiet chladené tekutým kovom, ktorý môže spôsobiť koróziu (lítium alebo sodík), je jednoducho nemožné zaobísť sa bez zliatiny tantalu a volfrámu. Okrem toho sa žiaruvzdorné ocele používajú na výrobu ohrievačov pre vysokoteplotné vákuové pece, ohrievače a miešadlá. Karbid tantalu (bod tavenia 3 880 °C) sa používa pri výrobe tvrdých zliatin (zmesi karbidov volfrámu a tantalu - triedy s indexom TT, pre najťažšie kovoobrábacie podmienky a príklepové rotačné vŕtanie najpevnejších materiálov (kameň, kompozity) .
Ocele legované tantalom majú široké využitie napríklad v chemickom inžinierstve. Koniec koncov, takéto zliatiny majú výnimočnú chemickú odolnosť, sú tvárne, žiaruvzdorné a žiaruvzdorné, práve vďaka týmto vlastnostiam sa tantal stal nepostrádateľným konštrukčným materiálom pre chemický priemysel. Tantalové zariadenia sa používajú pri výrobe mnohých kyselín: chlorovodíkovej, sírovej, dusičnej, fosforečnej, octovej, ako aj brómu, chlóru a peroxidu vodíka. Vyrábajú sa z neho cievky, destilátory, ventily, mixéry, prevzdušňovače a mnohé ďalšie časti chemických aparatúr. Niekedy - celé zariadenie. Tantalové katódy sa používajú pri elektrolytickej separácii zlata a striebra. Výhodou týchto katód je, že nános zlata a striebra z nich možno zmyť pomocou aqua regia, ktorá tantalu neškodí.
Okrem toho sa tantal používa v prístrojovej technike (röntgenové zariadenia, kontrolné prístroje, membrány); v medicíne (materiál pre rekonštrukčnú chirurgiu); v jadrovej energetike - ako výmenník tepla pre systémy jadrovej energie (tantal je najstabilnejší zo všetkých kovov v prehriatych taveninách a parách cézia-133). Vysoká schopnosť tantalu absorbovať plyny sa využíva na udržanie hlbokého vákua (elektrovakuové prístroje).
V posledných rokoch sa tantal používa ako šperkový materiál, vďaka svojej schopnosti vytvárať na povrchu odolné oxidové filmy akejkoľvek farby.
Zlúčeniny tantalu sú tiež široko používané. Oxid tantaličný sa používa v jadrovej technológii na tavenie skla, ktoré pohlcuje gama žiarenie. Fluorotantalát draselný sa používa ako katalyzátor pri výrobe syntetického kaučuku. Oxid tantaličný hrá rovnakú úlohu aj pri výrobe butadiénu z etylalkoholu.
Výroba
Je známe, že rudy obsahujúce tantal sú vzácne a chudobné na tento konkrétny prvok. Hlavnými surovinami na výrobu tantalu a jeho zliatin sú koncentráty tantalitu a loparitu s obsahom iba 8 % Ta 2 O 5 a viac ako 60 % Nb 2 O 5 . Okrem toho sa spracovávajú aj tie rudy, ktoré obsahujú len stotiny percenta (Ta, Nb) 2 O 5!
Technológia výroby tantalu je pomerne zložitá a vykonáva sa v troch etapách: otváranie alebo rozklad; oddelenie tantalu od nióbu a získanie ich čistých chemických zlúčenín; regenerácia a rafinácia tantalu.
Otváranie tantalového koncentrátu, inými slovami extrakcia tantalu z rúd, sa uskutočňuje pomocou alkálií (fúzia) alebo pomocou kyseliny fluorovodíkovej (rozklad) alebo zmesi kyseliny fluorovodíkovej a sírovej. Potom prechádzajú do druhej fázy výroby - extrakcia extrakcia a separácia tantalu a nióbu. Posledná uvedená úloha je veľmi ťažká kvôli podobnosti chemických vlastností týchto kovov a takmer identickej veľkosti ich iónov. Donedávna sa kovy oddeľovali len metódou, ktorú navrhol už v roku 1866 švajčiarsky chemik Marignac, ktorý využil rozdielnu rozpustnosť fluorotantalátu draselného a fluoroniobátu draselného v zriedenej kyseline fluorovodíkovej. V modernom priemysle sa na separáciu tantalu a nióbu používa niekoľko metód: extrakcia organickými rozpúšťadlami, selektívna redukcia chloridu nióbového, frakčná kryštalizácia komplexných fluoridových solí, separácia pomocou iónomeničových živíc a rektifikácia chloridov. V súčasnosti je najpoužívanejším spôsobom separácie (je aj najdokonalejším) extrakcia z roztokov zlúčenín fluoridu tantalu a nióbu s obsahom kyseliny fluorovodíkovej a sírovej. Zároveň sa tantal a niób čistia aj od nečistôt iných prvkov: kremíka, titánu, železa, mangánu a iných príbuzných prvkov. Čo sa týka loparitových rúd, ich koncentráty sa spracovávajú chlórovou metódou, pričom vzniká kondenzát chloridov tantalu a nióbu, ktoré sa ďalej separujú rektifikačnou metódou. Separácia zmesi chloridov pozostáva z nasledujúcich etáp: predbežná rektifikácia (oddelenie chloridov tantalu a nióbu od sprievodných nečistôt), hlavná rektifikácia (na získanie čistého koncentrátu NbCl 5 a TaCl 5) a konečná rektifikácia tantalovej frakcie (získanie čistého TaCl). 5). Po oddelení príbuzných kovov sa tantalová fáza vyzráža a prečistí, čím sa získa fluorotantalát draselný s vysokou čistotou (s použitím KCl).
Kovový tantal sa získava redukciou jeho zlúčenín vysokej čistoty, na čo je možné použiť niekoľko metód. Ide buď o redukciu tantalu z oxidu pentoxidu sadzami pri teplote 1800 – 2000 °C (karbotermická metóda), alebo o redukciu fluorotantalátu draselného sodíkom pri zahrievaní (sodíková tepelná metóda), alebo o elektrochemickú redukciu z taveniny obsahujúcej fluorotantalát draselný. a oxid tantalu (elektrolytická metóda). Tak či onak sa kov získava v práškovej forme s čistotou 98-99%. Aby sa získal kov v ingotoch, speká sa vo forme polotovarov vopred stlačených z prášku. Spekanie prebieha prechodom prúdu pri teplote 2 500 – 2 700 °C alebo zahrievaním vo vákuu pri 2 200 – 2 500 °C. Potom sa čistota kovu výrazne zvýši a bude sa rovnať 99,9 - 99,95%.
Na ďalšie zušľachťovanie a získavanie tantalových ingotov sa používa elektrické vákuové tavenie v oblúkových peciach s tavnou elektródou a na hlbšiu rafináciu tavenie elektrónovým lúčom, ktoré výrazne znižuje obsah nečistôt v tantale, zvyšuje jeho plasticitu a znižuje prechodovú teplotu. do krehkého stavu. Tantal takejto čistoty si zachováva vysokú ťažnosť pri teplotách blízkych absolútnej nule! Povrch tantalového ingotu sa roztaví (na získanie požadovaných ukazovateľov na povrchu ingotu) alebo sa spracuje na sústruhu.
Fyzikálne vlastnosti
Až na začiatku 20. storočia sa vedcom dostal do rúk čistý kovový tantal a mohli podrobne študovať vlastnosti tohto svetlosivého kovu s mierne modrastým odtieňom olova. Aké sú vlastnosti tohto prvku? Tantal je určite ťažký kov: jeho hustota je 16,6 g / cm 3 pri 20 ° C (pre porovnanie železo má hustotu 7,87 g / cm 3, hustota olova je 11,34 g / cm 3) a na prepravu 1 kubický meter tento prvok by si vyžiadal šesť trojtonových kamiónov. Spája sa v ňom vysoká pevnosť a tvrdosť s vynikajúcimi plastickými vlastnosťami. Čistý tantal je vhodný na opracovanie, ľahko sa lisuje, spracováva na najtenšie plechy (hrúbka asi 0,04 mm) a drôt (modul pružnosti tantalu je 190 Gn/m 2 alebo 190 10 2 kgf/mm 2 pri 25 °C). Za studena je možné kov spracovávať bez výrazného mechanického spevnenia, podlieha deformácii s kompresným pomerom 99% bez medzivýpalu. Prechod tantalu z plastického do krehkého stavu nie je pozorovaný ani pri ochladení na -196 °C. Pevnosť v ťahu vysoko čistého žíhaného tantalu je 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) pri 27 °C a 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) pri 490 °C; predĺženie 36 % (pri 27 °C) a 20 % (pri 490 °C). Tantal má kubickú mriežku centrovanú na telo (a = 3,296 A); atómový polomer 1,46 A, iónové polomery Ta 2+ 0,88 A, Ta 5+ 0,66 A.
Ako už bolo spomenuté, tantal je veľmi tvrdý kov (Tvrdosť plechu tantalu podľa Brinella v žíhanom stave je 450-1250 MPa, v deformovanom stave 1250-3500 MPa). Okrem toho je možné zvýšiť tvrdosť kovu pridaním množstva nečistôt, ako je uhlík alebo dusík (tvrdosť tantalového plechu podľa Brinella po absorpcii plynov pri zahrievaní vzrastie na 6000 MPa). Výsledkom je, že intersticiálne nečistoty prispievajú k zvýšeniu tvrdosti podľa Brinella, pevnosti v ťahu a medze klzu, ale znižujú charakteristiky ťažnosti a zvyšujú krehkosť za studena, inými slovami, spôsobujú, že kov je krehký. Ďalšími charakteristickými vlastnosťami sedemdesiateho tretieho prvku sú jeho vysoká tepelná vodivosť, pri 20-100 °C je táto hodnota 54,47 W / (m∙K) alebo 0,13 cal / (cm sec ° C) a žiaruvzdornosť (možno najdôležitejšia fyzikálna vlastnosť tantalu) - topí sa pri takmer 3 000 ° C (presnejšie pri 2 996 ° C), čím vzniká iba volfrám a rénium. Mimoriadne vysoký je aj bod varu tantalu: 5 300 °C.
Čo sa týka ďalších fyzikálnych vlastností tantalu, jeho merná tepelná kapacita pri teplotách od 0 do 100 °C je 0,142 kJ / (kg K) alebo 0,034 cal / (g ° C); teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti tantalu 8,0 10 -6 (pri teplotách 20-1500 °C). Špecifický elektrický odpor sedemdesiateho tretieho prvku pri 0 °C je 13,2 10 -8 ohm m, pri 2000 °C 87 10 -8 ohm m. Pri 4,38 K sa kov stáva supravodičom. Tantal je paramagnetický, špecifická magnetická susceptibilita je 0,849 10 -6 (pri 18 °C).
Tantal má teda jedinečný súbor fyzikálnych vlastností: vysoký koeficient prestupu tepla, vysokú schopnosť absorbovať plyny, tepelnú odolnosť, žiaruvzdornosť, tvrdosť, plasticitu. Okrem toho sa vyznačuje vysokou pevnosťou - dobre sa hodí na tlakové spracovanie všetkými existujúcimi metódami: kovanie, razenie, valcovanie, ťahanie, krútenie. Tantal sa vyznačuje dobrou zvárateľnosťou (zváranie a spájkovanie v argóne, héliu alebo vo vákuu). Okrem toho má tantal výnimočnú chemickú a koróznu odolnosť (s tvorbou anódového filmu), nízky tlak pár a nízku funkciu elektrónovej práce a navyše sa dobre znáša so živým tkanivom tela.
Chemické vlastnosti
Jednou z najcennejších vlastností tantalu je rozhodne jeho výnimočná chemická odolnosť: v tomto ohľade je na druhom mieste za ušľachtilými kovmi, a aj to nie vždy. Je odolný voči kyselinám chlorovodíkovej, sírovej, dusičnej, fosforečnej a organických všetkých koncentrácií (do teploty 150 °C). Z hľadiska chemickej stability je tantal podobný sklu - je nerozpustný v kyselinách a ich zmesiach, nerozpustí ho ani aqua regia, proti ktorej je zlato a platina a rad ďalších cenných kovov bezmocné. Sedemdesiaty tretí prvok je rozpustný iba v zmesi kyseliny fluorovodíkovej a dusičnej. Navyše k reakcii s kyselinou fluorovodíkovou dochádza iba s kovovým prachom a je sprevádzaná výbuchom. Dokonca aj v horúcich kyselinách chlorovodíkovej a sírovej je tantal stabilnejší ako jeho dvojča niób. Tantal je však menej odolný voči zásadám – horúce roztoky žieravých zásad kov korodujú. Soli kyselín tantalových (tantaláty) sú vyjadrené všeobecným vzorcom: xMe 2 O yTa 2 O 5 H 2 O, patria sem metatantaláty MeTaO 3, ortotantaláty Me 3 TaO 4, soli typu Me 5 TaO 5, kde Me je alkalický kov; v prítomnosti peroxidu vodíka vznikajú aj pertantaláty. Najdôležitejšie sú tantaláty alkalických kovov - KTaO 3 a NaTaO 3; tieto soli sú feroelektriká.
O vysokej odolnosti tantalu proti korózii svedčí aj jeho interakcia so vzdušným kyslíkom, alebo skôr vysoká odolnosť voči tomuto účinku. Kov začína oxidovať až pri 280 ° C, je pokrytý ochranným filmom Ta 2 O 5 (oxid tantalu je jediný stabilný oxid kovu), ktorý chráni kov pred pôsobením chemických činidiel a zabraňuje toku elektrického prúdu z kovu na elektrolyt. Keď však teplota stúpne na 500 °C, oxidový film sa postupne stáva pórovitým, stratifikuje a oddeľuje sa od kovu, čím sa povrch zbavuje ochrannej vrstvy proti korózii. Preto je vhodné vykonávať horúce tlakové spracovanie vo vákuu, pretože kov je na vzduchu oxidovaný do značnej hĺbky. Prítomnosť dusíka a kyslíka zvyšuje tvrdosť a pevnosť tantalu, súčasne znižuje jeho ťažnosť a robí kov krehkým, a ako už bolo spomenuté, tantal tvorí tuhý roztok a oxiduje Ta 2 O 5 s kyslíkom (so zvýšením O 2 obsahu v tantale dochádza k prudkému zvýšeniu pevnostných vlastností a silnému zníženiu ťažnosti a odolnosti proti korózii). Tantal reaguje s dusíkom za vzniku troch fáz - tuhého roztoku dusíka v tantale, nitridov tantalu: Ta 2 N a TaN - v rozsahu teplôt od 300 do 1100 °C. V podmienkach vysokého vákua (pri teplotách nad 2 000 °C) je možné tantal zbaviť dusíka a kyslíka.
Tantal slabo reaguje s vodíkom až do zahriatia na 350 °C, rýchlosť reakcie sa výrazne zvyšuje až od 450 °C (vzniká hydrid tantalu a tantal krehne). Rovnaký ohrev vo vákuu (nad 800 °C) pomáha zbaviť sa vodíka, pri ktorom sa obnovia mechanické vlastnosti tantalu a vodík sa úplne odstráni.
Fluór pôsobí na tantal už pri izbovej teplote, s kovom reaguje aj fluorovodík. Suchý chlór, bróm a jód majú chemický účinok na tantal pri teplote 150 °C a vyššej. Chlór začína aktívne interagovať s kovom pri teplote 250 °C, bróm a jód pri teplote 300 °C. Tantal začína interagovať s uhlíkom pri veľmi vysokých teplotách: 1 200 – 1 400 °C, v tomto prípade vznikajú žiaruvzdorné karbidy tantalu, ktoré sú veľmi odolné voči kyselinám. S bórom sa tantal spája za vzniku boridov - pevných žiaruvzdorných zlúčenín odolných voči Aqua regia. S mnohými kovmi tvorí tantal súvislé tuhé roztoky (molybdén, niób, titán, volfrám, vanád a iné). So zlatom, hliníkom, niklom, berýliom a kremíkom tvorí tantal obmedzené tuhé roztoky. Netvorí žiadne zlúčeniny tantalu s horčíkom, lítiom, draslíkom, sodíkom a niektorými ďalšími prvkami. Čistý tantal je odolný voči mnohým tekutým kovom (zliatiny Na, K, Li, Pb, U-Mg a Pu-Mg).
