Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 4 (1110091), страница 327
Текст из файла (страница 327)
2, М., 1986, с. 198-200. ТАНТАЛ (по имени героя др.-греч. мифологии Тантала, осужденного на вечную неутолимую жажду; назван так из-за трудности получения его в чистом виде; лат. Тап1а!»пз)Та, хнм. элемент У гр. периодич. системы, ат. н. 73, ат. м. 180,9479. В природе два изотопа: стаб. '8'Та (99,9877%~ и радиоактивный 0Та (0,0123%, )3-излучатели, Т„1 1О' лет). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 2,13 1О 2" мв. Конфигурация виеш.
электронных оболочек атома 5825ро5дзбР; степень окисления + 5, значительно реже +4, +3 и +2; энергии ионизации Тао- Таз - Таге соотв. 7,89 и 16,2 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,5; атомыый радиус 0,146 нм, ионные радиусы, нм )в скобках указаны координац. числа): Таз 0,086(б), Та '" 0,082(б), Та'+ 0,078(6), 0,083 (7), 0,088(8), Содержание Т. в земной коре 2,5 10 »% по массе. Встре- чается в природе обычно вместе с ХЬ. Входит в состав песк. десятков минералов, п)зедставлязощих собой тантала-ниобаты или титано-тантала-ниобаты.
Важнейшие нз нихколумбит-танталит и пирохлор (см. Ниобий), микролитразновилность пирохлора с содержанием 55 — 74% ТазО,. Т. содержится также в касситерите (см, Олово), при переработке к-рого Т, переходит в шлаки восстановит. плавки (11— 15%, иногда до 30% ТазО,). Месторождения Т. имеются в Нигерии, Канаде, Бразилии, СНГ, Австралии, Заире, Малайзии, Мозамбике и Таиланде.
Общие мировые запасы Т. в !980 оцеыивались в 254 тыс. т, в пром. месторождениях — ок. 65, 3 тыс. т. Свойства. Т;блестящий серебристо-серый металл; кристаллич. Решетка кубическая объемноцентрированная, а = 0,3296 нм, х = 2, пространств. группа (тЗт. Т. пл. 3014 С, т. кип. ок. 5500'С; плоти.
16,60 г/смз (20'С); Со 25,39 Дж/(моль. К); АН,„34,8 кДж/моль (3287 К), Ау(~ „787 кДж/моль (298 К), АЕР,„75! кДж/моль (5773 К); Зоз 41,6 ДжДмоль К); т-ра перехода в сверхпроводжцее состокйие 4,45 К; ур-ние температурной зависимости давления пара: 18р(Па) = 13,98-4!600/Т вЂ” 18Т (2200 — 3263 К1; температурный козф. линейного расширения 6,5 1О е К (293— — 393 К) и 8,0 10 е К ' (293 — !773 К); теплопронодность 979 54,43 Вт/(м.
К) при 293 К; р1,32 10 7(0 С) и 8,7 10 ' Ом м (2000 "С), температурный козф. р 3,82 10 ' К ' (0-100'С). Т. парамагнизен, уд. маги. восприимчивость + 9,49 1О ' (18'С). Имеет очень малую величину работы выхода элект- роыов (6,60.10 '" Дж), Примеси Н, Х, С и О снижают пластичность и повышают твердость Т. Чистый Т. легко обрабатывается давлением на холоду; жаропрочен; о „ прн 293 К отожженного образца высокой чистоты 280 †3 МПа, неотожженного 600 — 1400 МПа; относит. удлинение отожжеиного и неотож- хсенного образцов соотв. 20-35 и 2-20%; твердость по Вринеллю чистого отожженного образца 500 МПа. Т.
не переходит в хрупкое состояние до — 2!1'С. Химически Т. очень инертен. В компактном виде начинает окнсляться на воздухе выше ЗОО С, устойчив к действию сухих Вг, и 12 при 150 "С, взаимод. с С!, выше 200'С (см. Тантала галогенидм), с Н -вьшзе 250'С (интенсивно — при 300'С), с Рз — вьппе 250'С, с С н углеводородами-при 800 — 1100'С. Нвже !50'С не раста. в царской водке, при обычной т-ре-в соляной, фосфорной и серной к-тах, не реагирует с большинством др, к-т, водным ХНз, водными р-рами солей, орг.
в-вами. Не взанмод. с разб, р-рами пзелочей, но медленно раста. в их конц. горячих р-рах. Устойчив к большинству расплавл.металлов (12,Ха, К, С», Сд,Н8, Зп, РЬ, В1), но корроднрует в расплавл. Ре,Х! и Со. Раста. во фтористоводородной к-те, ее смесях с НХОз, в горячих конц. Н28О и НзРО„, в расплавл. щелочах и ХН.НРг. На воздухе Т. покрывается тончайшей пленкой иииитла оксидов. Обратимо поглощает Н, с образованием твердого р-ра внедрения (до ЗО ат. %Н) и гндрида состава Та Н (тетрагон.
кристаллич. решетка, а = 0,338 нм, с = 0,341 ым). Р-римость Н (мг в ! 00 г Т.) меняется от 417 при 17'С до 6,66 при 1300'С, выше 1500'С-близка к нулевой. Макс. содер- жанию растворенного Н, соответствует ф-ла ТаН 78 Гид- риды Т. образуются также при электролизе к-т с катодом из Т., при восстановлении Та,О, гидридом Са; при взаимод. ТаС1, с С,Н,МЗВГ в атмосфере Н, получены ТаН, ТаНз и ТаН,. Гидрирование Т. и дегидрирование при нагр. ис- пользуют для получения мелкодисперсного Т.
При взаимод. с углем Т. дает карбиды Та С и ТаС. В системе Та — С установлено существование трех фаз: а (твердый р-р С в Т) и с недостатком С (структуры вычитания) — (3 (Та,С) и 7(ТаС). При 150*С Т. растворяет 0,02% по массе С; при содержании С в Та до 2,46% присутствуют а- и О-фазы, прн содержании 2,46-3,21%— Та,С (ТаС»,е а,о), в области концентраций С 3,21 — 3,71%— (3- и у-фазы, в области 3,71 — 5,7% — ТаС(ТаСо „09,). Па- раметры кристаллич. решетки гексагон. )3-фазй изменяются в пределах: а = 0,31030 — 0,31044 нм, с = 0,49367-0,49430 нм; кубич. гранецентрар. 7 фазы — в пределах 0,44206-0,44564 нм.
ф~ я Та С; плоти. 15,22 г/см'1 АН" — 208,7 кДж/моль; зв8 81,7 Дж/(моль . К). Зо:зотисто-желт зй моыокарбид '1 аС имеет т. пл, ок. 3800'С; плоты. 14,4 г/смз; Со 36,8 Джоель К); АН", — 142 кДж/молва Коз 842,4 Дж/(моль.К); весьма ус- тойчйв к хим. реагентам; йа воздухе нике 1000"С не окисля- ется; раста.
только в смеси НР— НХО,; при нагр. реагирует с Х, н ХНз, об!зазу'я ыит(знды, В системе Та — Х существуют 4 фазы (нитриды): В(ТаХо,оз) 7(ТаХо,ео-о,ез) 8(ТаХ»,е — 0,9) и 8(уа)Ч)' илзеет 'кубич. кристаллич. решетку (а = 0,3369 ымд ос- тальные — гексагональную с параметрами: для 7-фазы а = 0,3041 — 0,3048 нм, с = 0,4907 — 0,4918 нм; для 6-фазы а = 0,2925-0,2938 нм, с = 0,2876 — 0,2883 нм; для 8-фазы а = 0,5!8 нм, г = 0,2908 нм. При нагр. до 2800-3000'С ингриды Т.
теряют азот, превращаясь в а-фазу (р-р азота в Т.). Нитриды Т. очень устойчивы к действию разл. хнм. в-в. ТаХ голубовато-серого или черного цвета; плоты. 14,36 г/смз; С'42,7 Дж/(моль К); А Н"е — 252,7 кДж/молгп Ззове 41,9 Джзл(моль К). Ннтриды ТаЯ и ТазХ образуют твердые р-ры соотв, с ТаС и Та,С. Описана фаза Та Х, (красного цвета), образующаяся прн взаимод.
ТазО, с 3»1Нз 980 при 860-920'С в прнсут. Т!. Она кристаллнзуется в тетрагон. сннгонни (а = 1,02265 нм, с = 0,3898 нм, х = 4); плоти. 9,85 г/см'. При высоком давлении Хз получают Та,Хи С фосфором Т. образует фосфиды Тар и Та,р, с Аз-а р- сеннды ТаАз и ТаАзп с ЗЬ-антимонйды Та ЯЬ, ТалВЬ„, ТаЯЬ„с 8-оульфиды ТаЗз и Табз. ~вестно 4 устойчивых кристаллич. силицида: Таб!з (т. пл. ок. 2200'С,.гексагон. кристаллич. Решетка, а = 0,4781 ны, с = 0,6534 вм, плоти. 9,14 г!ем~), Та,8! (т. пл. ок. 2500'С, имеет две тетрагон. кристаллнч.
моди4вхацин, для низко- температурной а = 0,6516 нм, с = 1,1872 нм), Тагбй (т. пл. ок, 2450'С, тетрагон. кристаллич. Решетка, а = 0,6157 нм, с = 0,5039 нм) и Таэб(, (т. пл. ок. 2500'С, гексагон. кристал- лич. решетка, а 0,6105 им, с 0,4918 нм). Компактный Тайй устойчив к окислению на воздухе до 1000'С и выше. Взавмод. с фтористоводородной к-той и расллавл.
щело- чами, усгойчвв к действию др. минеральных к-т и разб. Р-ров щелочей, С бором Т. образует 6 о риды ТаВ (т. пл. ок. 3200'С), ТаВ (т. пл. ок. 2000'С), а такие внкотруэнтно плавящиеся ТазВ, ТазВ, Та,В . Бесцв. сульфат Таз(ЯО )» гидролизуется водой, при нагр. выше 100'С разлагается с выделением БО». Выделены также Та,О БО ЗНзО и соли типа (ХН ), Та(БО )х. Фосфаты Т имеют состав Таэ(РО )э и ТаОРО . Воз- можно существование гидрофосфатов, а также пнрофосфата (ТаОз)4рзО, . Соли гнпотетич. танталовых к-т -шллталашы получают спекавием ТазО, с оксидами металлов.
См. также Танталоргаияческиг соедявелил. Получение. Большую часть Т, получают нз пирохлоровых и танталит-колумбитовых концентратов и из шлаков оло- вянной плавки. Руды обогащают гравитац. методами н флотацией, а также электромагн. плн радиометрич. сепара- цией. Содержание Та, Оз й ХЬзОз в концентратах достигает 50%. Концентраты й шлаки перерабатывают преим. до ТазОз или Кз арэ) (значительно реже до ТаС1,), из к-рых затем получают металлические Т. Концентратй и шлаки подвергают выщелачиваншо действием фтористоводород- ной к-ты с послед. очисткой; ХЬ и Та разделяют экстРакцией трибутнлфосфатом, циклогексаионом или метнлизобупш- кетоном, реже-др.
экстрагентами, Из водной фазы дейст- вием водным ХНз осаждают гидроксид Т. (к-рый.сушат и прокалнвают до ТаэОз) нли действием КР осаждают К Тар . 1)о хлоридному способу концентрат смешивают с углем или коксом, брикетируют и хлорируют брикеты в шахтной печи при 700-800 С или фторируют непосредственно смесь мелкоизмельченных концентрата и кокса а соленом хлоряд- ном расплаве, содержащем ХаО и КО. Далее конденсн- руют образовавшиеся летучие пентахлориды ХЬ и Та. раз- деляют и очищают ректнфикацвей. Окснд ТазОз получают гидролизом ТаС1, с послед, йрбкаливавием осанка гндрок- сида Т. Иногда хлорироваивю подвергают феррониобий нли отходы металла.
По сульфатному способу концентраты обрабатывыот конц. Нз$04 илн ее смесью с (ХНч)зЗОч при 150-300'С, вьпцелачнвают сульфаты водой, отделяют осадок, разде- ляют и очицают Та и ХЬ экстрахцпей из фторпдных сред, а затем выделяют ТаэО, или КзТаГ,. Разрабатывают способы экстракционного разделения Та и ХЬ непосредст- венно нз сульфатных р-ров. Металлические Т.
получают натриетермич. восстановле- нием КзТаЕ, или электролитич. восстановлением из расп- лава КзТаГ,-ТаэОз — КР-КС1. После отмывки получен- ного порошка Т. от примесей его брнкетнруют, опекают в штабики, к-рые переплавляют в вакууме в электродуговых н электроннолучевых печах. Металлические Т. можно получить восстановлением ТазО,-карботермически, алюмотермически нли нагрева- нием а смеси с ТаС в вакууме при 2700'С.
Описаны способы переработки концентратов Т. с ис- пользованием жидких нли газообразных фторирующих геагентов. 981 ТАНТАЛА 495 свойства галогяиидов тантала Соединение т. пл., 'о т. пш., 'с плоти., Вю, ггси' кдя/моль ген тьоЬ Тао2г а-тх,О„Р гас!, тш!, твгз тагнгй ИВГ5 тьвг тавг ты 22зд -1эс!д7 -пзе ° -85э,э -эез,е -552 -эвз -ззз,з эб тмлпзгая та яе > 775 216,5 Раэлымтся То ю Э Зэс ззэ 450г ° 496 Азз 6,36 з,ээ з,зз 4,06 3,6В 4,35 з,ез Азз кззгг здэв Рззэвгмтм гм 346 Раеягается Разлагытся 543 ' дгя газа. '* длю тзагьм. '" д:и Таацзэ, 982 Мировое произ.во (в развитых странах) Т. в виде металла и сплавов ок. 700 т (1985); в т.ч. э,~з из шлаков оловянной плавки.
Определение. Для определеюш Т. применяют те же методы, что и для ннобия, Главная трудность-сходство хим. св-в ХЬ и Та, проявление эффекта «потери индивидуальности» Т. в прнсут. ХЬ и Т!. Ддх разделения этих элементов применяют осюкдение Т, из р-ров тавннном, экстракцню, напр. кегонамн из р-ров в смеси к-т НС! — НР, купфероном и др., хроматографнч.методы. Количественно Т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
