Tantalusstruktur, egenskaper, användningar, erhållning

han Tantal, också känd som Tantal, Det är en övergångsmetall vars kemiska symbol är TA. Det är mörk, metallisk ljusstyrka, duktil, formbar, hård och hög densitet. Kanske är dess mest utmärkande egenskap dess resistens mot de flesta kemiska föreningar.

Tantalusen upptäcktes 1802 av den svenska kemisten Anders Gustaf Ekenberg och tilldelade namnet till minne av den grekiska Mygo Tanthological -karaktären och hänför sig till det frestande problemet att lösa metalloxider i syra i syra.

Tantalo metallfragment. Källa: Hi-reser Bilder av kemiska element, CC av 3.0, via Wikimedia Commons

Men eftersom det var Tantalo och NioBo mycket liknande metaller, trodde man att Ekenberg hade isolerat Niobo. Men 1844 visade den tyska kemisten Heinrich Rose att niob och tantalen är olika metaller och återlämnade kredit till Ekenberg för hans upptäckt.

Tantalus är en metall vars huvudverktyg ligger i utarbetandet av kondensatorer av små storlekar som används i mobiltelefoner, bärbara datorer, elektroniska kameror etc. Tantalus används också för medicinska ändamål i benimplantat och i reparationen av skallbenen.

Många av deras malmer finns i mitten av den afrikanska kontinenten. Hans erhållande har inneburit väpnade konflikter mellan flera länder, som kämpar för att ta stenbrott från vilka Tantalo -mineralerna extraheras. Det kan därför sägas att det är en av de mest motstridiga metallerna i den moderna eran, när det gäller dess erhållning och marknadsföring.

[TOC]

Tantalusstruktur

Tantalen kan anta vid rumstemperatur två kristallina strukturer: kubikcentrerad i kroppen (BCC), betecknad som fas a (a-TA) och ansvarig för dess duktilitet; och den tetragonala eller fasen ß (ß-TA), som är metastable, ger hårdhet och förvandlas till a-fasen när kristallerna värms mellan 750-775 ºC.

Vissa källor rapporterar också förekomsten av en tredje kristallin struktur: kubikcentrerad på ansikten (FCC), som anses vara anomal och har bara kunnat observeras i mycket tunna ark av tantalus. Således berättar denna struktur (FCC-ta) hur en tredje alotropisk.

Elektronisk konfiguration

Tantalus har följande elektroniska konfiguration:

[Xe] 4f¹⁴ 5 D³ 6s²

De 4F -orbitalelektronerna är mycket "inuti" av tantalatomen när det gäller energi; det vill säga de deltar inte i någon av deras kemiska reaktioner. Därför kan tantalen bara använda elektronerna i 5D- och 6S -orbitalerna för att förlora dem och förvandla dem till katjoner, så att de interagerar med andra atomer eller anjoner för att komma från deras föreningar.

Kan tjäna dig: kaliumnitrat (KNO3)

När Tantalo förlorar de fem elektronerna i dessa 5D- och 6S -orbitaler blir det den pentavalent katjonen⁵⁺, vilket är mycket stabilt elektroniskt; karakteristisk som faktiskt delar med dina motsvarigheter v⁵⁺ Och mo⁵⁺. Detta är anledningen till att tantal (v) eller +5 föreningar är de vanligaste för denna metall.

Tantalusegenskaper

Fysiskt utseende

Det är en ljus men mörk metall, och det kan presentera några blåaktig eller lila visos. Dessa färgningar beror på skikten med olika tjocklek på deras oxid som täcker metallytan.

Tantalusbitar är mycket duktila och formbara, även om de beroende på deras erhållningsprocess kan också vara mycket hårda och spröda.

Det är en bra ledare av el och värme. Den har en mycket hög smältpunkt (3017 ºC), endast överträffad av volfram, renio och osmium. Dessutom är det en av de få eldfasta metallerna; det vill säga det är mycket resistent mot värme och slitage.

Tantalen har två allotropiska former: alfa, duktil och mjuk; och beta, hård och spröd. Det är en korrosionsbeständig metall på grund av en oxidfilm som täcker den. Tantalusen i dammform kan avfyras spontant i luften.

Atomnummer

73

Molmassa

180.947 g/mol

Smältpunkt

3017 ºC

Kokpunkt

5458 ºC

Densitet

16.69 g/cm³

Fusionsvärme

36.57 kJ/mol

Förångningsvärme

753 kJ/mol

Molorisk kapacitet

25.36 J/(mol · k)

antändningspunkt

> 250 ºC

Brytningsindex

2.05

Hårdhet

6.5 På Mohs -skalan

Oxidationstillstånd

Tantalo -atomer kan delta i sina föreningar med följande oxidationstillstånd: -3, -1, +1, +2, +3, +4 och +5, den senare är den mest dominerande. Därför är tantal (V) eller +5 föreningar (V) vanligare och stabila (TA⁵⁺).

Elektronnegativitet

1.5 Pauling Scale.

Joniseringsenergier

Först: 761 kJ/mol

Andra: 1500 kJ/mol

Reaktivitet

Tantalen vid temperaturer under 150 ºC är en av de mest kemiska eller lägre reaktivitetsmetallerna. Vid omgivningstemperatur attackeras det inte av utspädda eller koncentrerade syror, till och med är resistent mot verkan av kungligt vatten. Det kan bara lösas genom fluorhorinsyra.

Tantalusen attackeras inte av de flesta alkalier upplöst i vatten, men av smälta alkalier och kaliumhydroxid. Vid höga temperaturer kan reagera med fluor, klor och syre.

Kan tjäna dig: kvantitativ analys i kemi: mätningar, förberedelser

Tantalusen oxideras för att bilda en pentoxid (TA₂ANTINGEN₅), förening som har flera applikationer. Nitruro och Tantalo Carbide är föreningar av stor hårdhet, som används i skärverktyg. Dessutom kan tantalen vara en del av vissa organometalliska föreningar, såsom: pentametyltalo, ta (ch₃)₅.

Ansökningar

Bitar som används i elektricitet och elektronik

Tantalo kondensator i en elektronisk krets. Källa: EPOP, Public Domain, via Wikimedia Commons

Kondensatorerna eller kondensatorerna byggda med tantalo har ett större värde på förhållandet mellan kapacitansen och volymen som någon annan typ av kondensator, vilket gör att de kan användas i instrument som har mikrocirkulationer; som mobiltelefoner, bärbara datorer, elektroniska kameror, etc.

Tantalusen har använts vid produktion av ultralat frekvenselektroner för radiosändare. Tantalo reagerar med kväve och syre som hjälper till att hålla den höga tomheten i rören, nödvändig när interna bitar används, såsom galler och plattor.

Det används också för tillverkning av elektroder för neonljus och AC/DC -likriktare. Tantalusen, på grund av dess duktilitet, används för att tillverka mycket tunna ledningar som används vid avdunstning av aluminium.

Stora hårdhetsbitar

Tantalus är en hård och motståndskraftig metall, så den har använts i form av karbid i metallarbete och arbetsverktyg. Det har också använts vid tillverkning av reaktionsmotorer, kärnreaktorer, missildelar, turbinblad och flygplan tapas.

Kemiska artiklar med hög resistens

Eftersom tantalusen är en inert.

Dessutom, på grund av dess höga smältpunkt och oxidationsmotstånd, används den vid tillverkning av de flesta för destillationer i vakuumugnar.

Medicinsk användning

Tantalusen är en icke -irriterande och resistent metall mot kroppsvätskor, så den har använts i ortopediska benimplantat; Och dessutom, på grund av dess formbarhet, har metallplattor som används vid reparation av skadade delar av skallen byggts. Dessa ark används också i anslutningen av sönderrivna nerver.

Tantalusen används i utarbetandet av trabekulär metall, som liknar ett benmaterial och närmar sig dess fysiska egenskaper. Dess trabekulära och porösa konfiguration gynnar bildningen av ben och snabb vävnadsinfiltration.

Det kan tjäna dig: perklorsyra: formel, egenskaper och användningar

Denna procedur har applicering i höft- och knäartroplastik och vid behandlingen av benvävnadsnekros i lårbenshuvudet.

Hyalurorano är en gel som används för att transportera mediciner genom en perkutan kateter. Tantalusen är införlivad i gelén för att göra den ogenomskinlig till X -ramar och observera dess inträde i kroppen.

Likaså har tantalen undersökts för att förebygga artros och ungdomarnas idiopatiska skolios.

Andra

Tantalus används i Cauchera -industrin som en katalysator i syntesen av Butadieno. Det används också i utarbetandet av pennor, analytiska skalor och kirurgiska och tandinstrument för att ersätta platina.

Tantalusoxid används vid tillverkning av ett högt brytningsindex för kameralinser.

Erhållande

Tantalusen har ett överflöd mellan 1 och 2 ppm i jordskorpan, inte är i fritt tillstånd. Det utnyttjas kommersiellt från Tantalita Mineral, även om det också finns i Columbita och Coltán.

Mineralet att krossa, är lakvatten med fluorhorhorinsyra blandad med svavelsyra eller saltsyra, vilket producerar ett tantalus- och fluoridkomplex, h₂[TAF₇]. Detta komplex genomgår vätskevätskekstraktion genom att använda organiska lösningsmedel.

H₂[TAF₇] Kaliumfluorid behandlas för att producera kaliumfluktalat, k₂[TAF₇], som äntligen reduceras med metallisk natrium genom att värma i en elektrisk ugn, och därmed erhålla den metalliska tantalusen.

Isotoper

Tantalusen har totalt 38 isotoper, varav en bara kan betraktas som stabil: ¹⁸¹Ta. Denna isotop har ett överflöd på 99.98 % av tantalusen, medan 0.12% kvarvarande representeras av ^{180 m}Ta.

Isotopen med minst halva livet är ¹⁹¹TA, med ett värde större än 300 nanosekunder; Medan den med den största halvlivet är ovannämnda ^{180 m}Ta 2.0 · 10¹⁶ . Den del av det radioaktiva förfallet produceras genom elektronisk fångst och genom utsläpp av a och p -partiklar^-.

Referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (fjärde upplagan). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Tantal. Hämtad från: i.Wikipedia.org
3. Doktor. Doug Stewart. (2020). Tantalelement fakta. Återhämtat sig från: Chemicool.com
4. Nationellt centrum för bioteknikinformation. (2020). Tantal. PubChem Element Summary for AtomicNumber 73. Återhämtat sig från: pubchem.Ncbi.Nlm.Nih.Gov
5. Royal Society of Chemistry. (2020). Tantal. Återhämtat sig från: rsc.org
6. Redaktörerna för Enyclopaedia Britannica. (2020). Tantal. Återhämtat sig från: Britannica.com
7. Lentech B.V. (2020). Tantal. Återhämtat sig från: Lentech.com
8. Jefferson Lab Resource. (2020). Isotoper av elementet Tontalum. Återhämtat sig från: utbildning.Jlab.org