Тантал — химический элемент¶

Тантал — химический элемент 5-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы V группы) пятого периода периодической таблицы Менделеева, с атомным номером 73 и обозначением Ta (от латинского Tantalus). Относится к редким металлам, в природе встречается преимущественно в виде оксидных руд. Обладает высокой коррозионной стойкостью, высокой температурой плавления и биологической инертностью, что определяет его применение в электронике, химическом оборудовании и медицине.

¶История открытия

Тантал был открыт в 1802 году шведским химиком Андерсом Густавом Экебергом при анализе минералов из Швеции и Финляндии. Экеберг выделил новый элемент из колумбита и обнаружил, что его оксид нерастворим в кислотах, в отличие от сходного по свойствам ниобия. Название элемент получил по имени Тантала — персонажа древнегреческой мифологии, наказанного вечной жаждой и голодом: оксид тантала, как и оксид ниобия, «отказывается» растворяться в кислотах, будто «таится» от них.

Долгое время тантал и ниобий считались одним элементом, так как химически крайне сходны и почти всегда встречаются вместе. Их окончательное разделение выполнено в 1866 году шведским химиком Карлом Густавом Мосандером, а чистый металл получен лишь в конце XIX века. В 1864 году Вильгельм Бланкленд получил тантал в виде порошка восстановлением его фторида водородом.

¶Физические и химические свойства

Тантал — серебристо-серый металл с синеватым отливом, твёрдый, тяжёлый и ковкий. Основные физические характеристики:

Тантал устойчив к действию большинства кислот — соляной, серной, азотной — при обычных температурах. Реагирует с плавиковой кислотой, горячей концентрированной серной кислотой и щелочами. На воздухе при нагревании покрывается плотной оксидной плёнкой Ta₂O₅, которая защищает металл от дальнейшего окисления. Обладает высокой устойчивостью к коррозии, что делает его одним из самых стойких конструкционных металлов.

¶Природные источники

Тантал — редкий элемент, его содержание в земной коре оценивается в 1,7·10⁻⁴ % (1,7 ppm). В природе встречается в составе сложных оксидных минералов — танталитов (Fe,Mn)(Ta,Nb)₂O₆, колумбитов, самарскита, эшкенита. Практически всегда сопровождается ниобием, с которым образует непрерывный ряд твёрдых растворов.

Крупнейшие месторождения танталовых руд сосредоточены в Австралии (Западная Австралия), ДР Конго, Бразилии, Канаде, России (Мурманская область, Иркутская область, Енисейский кряж). В России танталовые руды добываются на месторождениях Гремяха, Восточно-Онего, Тастах; переработка ведётся на предприятиях в Саранске и Снежинске.

¶Получение

Промышленный способ получения тантала основан на переработке танталитовых концентратов. Руду перерабатывают фторидным методом: обрабатывают плавиковой кислотой с образованием гептафторотанталата, затем восстанавливают натрием или водородом. Альтернативный путь — электролитическое восстановление из расплавов. Высокая чистота металла (99,95 % и выше) достигается методом иодидного разложения или вакуумной переплавки.

¶Применение

Основные области применения тантала:

• Электронная промышленность — производство танталовых конденсаторов, отличающихся высокой ёмкостью при малых габаритах, стабильностью характеристик и долговечностью. Такие конденсаторы используются в мобильных телефонах, компьютерах, военной и космической технике.
• Химическое оборудование — изготовление реакторов, теплообменников, трубопроводов и клапанов для агрессивных сред, где нержавеющая сталь недостаточно стойка.
• Медицина — хирургические инструменты, имплантаты (костные конструкции, кардиостимуляторы), так как тантал биологически инертен и не вызывает отторжения.
• Сплавы — добавка к жаропрочным сплавам для турбин, ракетных двигателей, вольфрамовые и молибденовые сплавы с танталом.
• Лампы накаливания — танталовые нити в высокотемпературных лампах.

¶Токсичность и биологическая роль

Тантал практически не токсичен: его соединения не всасываются из желудочно-кишечного тракта, а в организме накапливаются преимущественно в костях и печени. Металл и его оксид применяются в медицине как биосовместимый материал. Радиоактивный изотоп тантала-182 используется в промышленной радиографии и медицинских исследованиях.

¶Интересные факты

• Танталовые конденсаторы в 1950-х годах стали основой миниатюризации электроники и до сих пор незаменимы в военной и космической аппаратуре.
• Название элемента связано с мифом о Тантале: оксид тантала «таится» от кислот, не растворяясь в них.
• Тантал относится к числу конфликтных минералов: добыча руд в ДР Конго связана с нарушением прав человека, что привело к введению в США закона Додда — Франка 2010 года о прослеживаемости поставок.

¶Источники

• Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
• «Справочник химика» — Б. П. Никольский и др.
• «Технология редких и рассеянных элементов» — под ред. Б. Г. Лозового
• Encyclopædia Britannica: Tantalum
• Минералогический словарь: танталит, колумбит