Tantalio (elemento)
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|---|---|---|---|---|
| ← Hafnio | Tungsteno → | ||||
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| Apariencia de una sustancia simple. | ||||
| Muestra de tantalio cristalino | ||||
| Propiedades del átomo | ||||
| Nombre, símbolo, número | Tantalio / Tantalio (Ta), 73 | |||
| Grupo , período , bloque |
5 (obsoleto 5), 6, elemento d |
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| Masa atómica ( masa molar ) |
180.94788(2) [1] a. m.e. ( g / mol ) | |||
| Configuración electrónica | [Xe] 6s 2 4f 14 5d 3 . | |||
| electrones en capas | 2, 8, 18, 32, 11, 2 | |||
| Radio del átomo | 149 horas | |||
| Propiedades químicas | ||||
| radio covalente | 134 horas | |||
| Radio de iones | (+5e) 68h | |||
| Electronegatividad | 1,5 (escala de Pauling) | |||
| Potencial de electrodo | −1,12 [2] | |||
| Estados de oxidación | +5 | |||
| Energía de ionización (primer electrón) |
760,1 (7,88) kJ / mol ( eV ) | |||
| Propiedades termodinámicas de una sustancia simple. | ||||
| Densidad (en n.a. ) | 16,65 [3] g/cm³ | |||
| Temperatura de fusión | 3290 K (3017 °C) [3] | |||
| Temperatura de ebullición | 5731 K (5458 °C) [3] | |||
| Oud. calor de fusión | 24,7 kJ/mol | |||
| Oud. calor de evaporacion | 758 kJ/mol | |||
| Capacidad calorífica molar | 25,39 [4] J/(K mol) | |||
| Volumen molar | 10,9 cm³ / mol | |||
| La red cristalina de una sustancia simple. | ||||
| Estructura de celosía |
cuerpo cúbico centrado |
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| Parámetros de celosía | 3.310 Å | |||
| Debye temperatura | 225.00K _ | |||
| Otras características | ||||
| Conductividad térmica | (300 K) 57,5 W/(m·K) | |||
| número CAS | 7440-25-7 | |||
| Espectro de emisión | ||||
| 73 | tantalio |
| Ejército de reserva180.9489 | |
| 4f 14 5d 3 6s 2 | |
El tantalio ( símbolo químico - Ta , del lat. Tantalio ) es un elemento químico del quinto grupo (según la clasificación obsoleta , un subgrupo lateral del quinto grupo, VB) del sexto período del sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev , con número atómico 73.
En condiciones estándar, el tantalio es un metal de transición brillante [4] de color blanco plateado (con un ligero tinte de plomo (azulado) debido a la formación de una densa película de óxido ).
Historia
El tantalio fue descubierto en 1802 por el químico sueco A. G. Ekeberg en dos minerales encontrados en Finlandia y Suecia . Sin embargo, no fue posible aislarlo en su forma pura. Debido a la dificultad de obtener este elemento, recibió su nombre del héroe de la mitología griega antigua : el rey Tántalo .
Posteriormente, el tantalio y el "columbio" ( niobio ) se consideraron idénticos. Solo en 1844, el químico alemán Heinrich Rose demostró que el mineral columbita-tantalita contiene dos elementos diferentes: niobio y tantalio.
El tantalio metálico plástico fue obtenido por primera vez por el científico alemán W. Bolton en 1903.
La primera barra de tantalio industrial se obtuvo en 1922, cuando no superaba el tamaño de la cabeza de una cerilla. Luego, el elemento comenzó a usarse en rectificadores y tubos de radio. La producción activa de tantalio se implementó al final de la Segunda Guerra Mundial.
Estar en la naturaleza
El tantalio es un metal raro, en la corteza terrestre representa el 0,0002%. Se conocen alrededor de 20 minerales nativos de tantalio : una serie de columbita-tantalita , wojinita , loparita , manganotantalita y otros, así como más de 60 minerales que contienen tantalio. Todos ellos están asociados a la formación de minerales endógenos . En los minerales, el tantalio siempre se encuentra junto al niobio debido a la similitud de sus propiedades físicas y químicas. El tantalio es un elemento típicamente disperso, ya que es isomorfo con muchos elementos químicos. Los depósitos de tantalio están confinados a pegmatitas graníticas, carbonatitas e intrusiones de capas alcalinas.
Depósitos
Los depósitos más grandes de minerales de tantalio se encuentran en Francia , Egipto , Tailandia [4] , China . También hay depósitos de minerales de tantalio en Mozambique , Australia , Nigeria , Canadá , Brasil , CIS , RDC , Malasia [4] . En Rusia, hay depósitos de tantalio en la región de Murmansk , Siberia oriental , Transbaikalia y Yakutia [5] .
El depósito más grande del mundo de minerales de tantalio, Greenbushes , se encuentra en Australia , en el estado de Australia Occidental , a 250 km al sur de Perth [6] .
Propiedades físicas
La configuración electrónica completa del átomo de tantalio es: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 3 .
El tantalio tiene un alto punto de fusión : 3290 K ( 3017 ° C ); hierve a 5731 K ( 5458 °C ) [3] . La densidad del tantalio es de 16,65 g/cm 3 [3] . A pesar de su alto punto de fusión, el tantalio es tan maleable como el oro . El tantalio puro se presta bien al mecanizado, se estampa fácilmente, se enrolla en alambre y en las láminas más delgadas con un grosor de centésimas de milímetro. No se vuelve quebradizo incluso a la temperatura del nitrógeno líquido (−196 °C). En presencia de impurezas (carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno), las propiedades mecánicas se deterioran bruscamente, lo que hace que el problema de la obtención de metal ultrapuro sea especialmente importante [7] . El tantalio es un captador excelente ( gas getter), a 800 °C es capaz de absorber 740 volúmenes de gas. La red cristalina es cúbica, centrada en el cuerpo [4] . Tiene propiedades paramagnéticas [4] .
A temperaturas inferiores a 4,45 K , pasa al estado superconductor [4] .
Isótopos
Isótopos conocidos de tantalio con números de masa de 155 a 190 (el número de protones - 73, neutrones - de 82 a 117) y más de 30 isómeros nucleares .
El tantalio natural consiste en una mezcla de un isótopo estable y un isómero estable: 181 Ta (99,9877 %) y 180 m Ta (0,0123 %). Este último es un isómero extremadamente estable (estado excitado) del isótopo 180 Ta, con una vida media de poco más de 8 horas [8] .
Propiedades químicas
En condiciones normales, el tantalio es inactivo, se oxida en el aire sólo a temperaturas superiores a 280 °C , recubriéndose con una película de óxido de Ta 2 O 5 ; reacciona con halógenos a temperaturas superiores a 250 °C . Cuando se calienta , reacciona con C , B , Si , P , Se , Te , H 2 O , CO , CO 2 , NO , HCl , H 2 S.
El tantalio químicamente puro es excepcionalmente resistente a los metales alcalinos líquidos , la mayoría de los ácidos orgánicos e inorgánicos y muchos otros medios agresivos (con la excepción de los álcalis fundidos).
Con respecto a la resistencia química a los reactivos, el tantalio es similar al vidrio. El tantalio es insoluble en ácidos y sus mezclas, a excepción de una mezcla de ácidos fluorhídrico y nítrico ; incluso el agua regia no lo disuelve . La reacción con ácido fluorhídrico se produce sólo con polvo metálico y va acompañada de una explosión . Es muy resistente al ácido sulfúrico de cualquier concentración y temperatura (a 200 °C , el metal se corroe en ácido solo 0,006 milímetros por año) [9] , estable en metales alcalinos fundidos desoxigenados y sus vapores sobrecalentados (litio, sodio, potasio , rubidio, cesio ).
Toxicología
MPC 5 mg/m³ .
Prevalencia
Contenido promedio de tantalio (en masa):
- en la corteza terrestre 2.5⋅10 −4 % [4]
- en rocas ultramáficas 1⋅10 −6 %
- en rocas básicas 4.8⋅10 −5 %
- en rocas ácidas 3.5⋅10 −4 %
- en rocas semiácidas 7⋅10 −4 %
Conseguir
Las principales materias primas para la producción de tantalio y sus aleaciones son concentrados de tantalita y loparita que contienen aproximadamente un 8 % de Ta 2 O 5 , así como un 60 % o más de Nb 2 O 5 . Los concentrados se descomponen con ácidos o álcalis, los concentrados de loparita se cloran. La separación de Ta y Nb se realiza por extracción . El metal tantalio se obtiene generalmente por reducción de Ta 2 O 5 con carbono , o electroquímicamente a partir de fundidos. El metal compacto se produce por arco de vacío, fusión por plasma o pulvimetalurgia .
Para obtener 1 tonelada de concentrado de tantalio, es necesario procesar hasta 3.000 toneladas de mineral.
Costo
El costo del tantalio es de aproximadamente $ 218 por 1 kg (septiembre de 2019) [10] . Especialmente el tantalio puro (a partir del 99,985 %) tiene un precio de unos 3585 dólares por 1 kg [11] .
Aplicación
Originalmente se utilizó para fabricar alambre para lámparas incandescentes. Hoy en día, el tantalio y sus aleaciones se utilizan para hacer:
- aleaciones resistentes al calor y resistentes a la corrosión;
- equipos resistentes a la corrosión para la industria química, hileras , cristalería de laboratorio y crisoles para la obtención, fusión y vaciado de elementos de tierras raras, así como itrio y escandio ;
- intercambiadores de calor para sistemas de energía nuclear (el tantalio es el más estable de todos los metales en fundidos sobrecalentados y vapor de cesio );
- en cirugía , las láminas, láminas y alambres de tantalio se utilizan para sujetar tejidos, nervios, suturas, hacer prótesis que reemplazan partes dañadas de los huesos (debido a la compatibilidad biológica), hacer electretos ortopédicos [12] ;
- el alambre de tantalio se usa en criotrones , elementos superconductores instalados en tecnología informática;
- en la producción de municiones, el tantalio se usa para fabricar revestimientos metálicos de cargas de forma avanzada, lo que mejora la penetración de la armadura ;
- el tantalio y el niobio se utilizan para fabricar condensadores electrolíticos (de mayor calidad que los condensadores electrolíticos de aluminio, pero diseñados para un voltaje más bajo);
- el tantalio se ha utilizado en los últimos años como metal de joyería, debido a su capacidad para formar películas de óxido duraderas de hermosos colores del arco iris en la superficie;
- La Oficina de Normas de EE. UU. y la Oficina Internacional de Pesos y Medidas de Francia utilizan tantalio en lugar de platino para fabricar pesas analíticas estándar de alta precisión;
- El berilio de tantalio es extremadamente duro y resistente a la oxidación en el aire hasta 1650 ° C , utilizado en tecnología aeroespacial;
- El carburo de tantalio (punto de fusión 3880 °C , dureza cercana a la del diamante) se utiliza en la producción de aleaciones duras , una mezcla de carburos de tungsteno y tantalio (grados de índice TT), para las condiciones de trabajo de metales más difíciles y la perforación rotatoria percusiva del materiales más fuertes (piedra, compuestos), y también aplicado a toberas, toberas de cohetes;
- El óxido de tantalio (V) se utiliza en tecnología nuclear para fundir vidrio que absorbe la radiación gamma . Una de las composiciones más utilizadas de dicho vidrio: dióxido de silicio - 2%, monóxido de plomo (litargirio) - 82%, óxido de boro - 14%, pentóxido de tantalio - 2%;
- en numismática. Desde 2006, el Banco Nacional de Kazajstán emite monedas bimetálicas conmemorativas de 100 y 500 tenge de plata y tantalio.
Véase también
Notas
- ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Pesos atómicos de los elementos 2011 (Informe Técnico IUPAC ) // Química Pura y Aplicada . - 2013. - Vol. 85 , núm. 5 . - P. 1047-1078 . -doi : 10.1351 / PAC-REP-13-03-02 . Archivado desde el original el 5 de febrero de 2014.
- ↑ Elementos refractarios y de aleación (ruso) ? . química21. Fecha de acceso: 2019-29-01.
- ↑ 1 2 3 4 5 Tantalio: propiedades físicas . Elementos web. Consultado el 17 de agosto de 2013. Archivado desde el original el 2 de enero de 2010.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Enciclopedia química: en 5 toneladas / Ed.: N. S. Zefirov (editor jefe). - M. : Enciclopedia soviética, 1995. - T. 4. - S. 494. - 639 p. — 20.000 copias. - ISBN 5-85270-039-8.
- ↑ Los Ocho Magníficos . tierras raras Consultado el 5 de julio de 2020. Archivado desde el original el 25 de febrero de 2020.
- ↑ Gran Enciclopedia Rusa: En 30 volúmenes / Presidente de la ed. científica. Consejo Yu. S. Osipov. Reps. Ed. S. L. Kravets. T. 8. Grigoriev - Dinámica. - M.: Gran Enciclopedia Rusa, 2007. - 767 p.: il.: mapas.
- ↑ GN Fadeev. Quinta vertical. - Moscú: Educación, 1985. - S. 173. - 191 p.
- ↑ Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH La evaluación NUBASE de las propiedades nucleares y de descomposición // Física nuclear A . - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . -doi : 10.1016/ j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
- ↑ Venetsky S. I. Born in pain // Cuentos sobre metales. - M. : Metalurgia, 1979. - S. 167. - 240 p. — 60.000 copias.
- ↑ Tantalio, USD/kg precio de mercado mundial . infogeo.ru. Consultado el 17 de agosto de 2013. Archivado desde el original el 4 de septiembre de 2013.
- ↑ Datos del elemento tantalio . Chemicool.com. Consultado el 17 de agosto de 2013. Archivado desde el original el 7 de agosto de 2013.
- ↑ Aleksandrova S. A., Aleksandrova O. I., Khomutov V. P., Morgunov M. S., Blinova M. I. Efecto de un campo eléctrico de un electreto basado en óxido de tantalio anódico sobre las propiedades de diferenciación de las células del estroma de la médula ósea en un paciente con osteoartrosis // Citología. - 2018. - N° 60(12). - S. 987-995.
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