Physikalische Eigenschaften von Tantalum

Physikalische Eigenschaften von Tantal

Chemisches Symbol TA, Stahlgrau -Metall, gehört zur VB -Gruppe in der Periodenschaftstabelle von Elementen, Atomzahl 73, Atomgewicht 180,9479, körperzentriertes Kubikkristall, gemeinsame Valenz beträgt +5. Die Härte von Tantal ist niedrig und im Zusammenhang mit dem Sauerstoffgehalt. Die Vickers -Härte des gewöhnlichen reinen Tantals im getemperten Zustand beträgt nur 140HV [1]. Sein Schmelzpunkt ist bis zu 2995 ℃ [1] und belegt nur den fünften Platz für Kohlenstoff, Wolfram, Rhenium und Osmium. Tantal ist formbar und kann in dünne Folien gezogen werden. Sein Wärmeleitungskoeffizient ist sehr gering. Für jeden Grad wird Celsius steigen, es wird nur um 6,6 Teile pro Million ausgeweitet. Darüber hinaus ist seine Zähigkeit sehr stark, sogar besser als Kupfer.

CAS-Nr.: 7440-25-7

Elementkategorie: Übergangsmetallelemente.

Relative Atommasse: 180,94788 (12c = 12.0000)

Dichte: 16650 kg/m ³ ； 16,654 g/cm ³

Härte: 6.5

Ort: Sechster Zyklus, VB -Familie, Zone D.

Aussehen: Stahlgrau Metall

Elektronisches Layout: [XE] 4F14 5D3 6S2

Atomvolumen: 10,90 cm3/mol

Inhalt der Elemente im Meerwasser: 0,000002 ppm

Inhalt in der Kruste: 1 ppm

Oxidationszustand: +5 (Haupt), -3, -1, 0, +1, +2, +3

Kristallstruktur: Die Zelle besteht aus körperzentrierter Kubikzelle und jede Zelle enthält 2 Metallatome.

Zellparameter:

A = 330,13 PM

B = 330,13 PM

C = 330,13 PM

α = 90 °

β = 90 °

γ = 90 °

Vickers Härte (Arc -Schmelz- und Kaltarbeithärtung): 230 HV [1]

Vickers Härte (Rekristallisation Glühen): 140HV [1]

Vickers Härte (nach einem einmaligen Elektronenstrahlschmelzen): 70HV [1]

Vickers Härte (nach dem Schmelzen von sekundärem Elektronenstrahl): 45-55HV [1]

Schmelzpunkt: 2995 ℃ [1]

Die Ausbreitungsrate des Klangs darin: 3400 m/s

Ionisationsenergie (KJ /Mol)

M - m+ 761

M+ - M2+ 1500

M2+ - M3+ 2100  

M3+ - M4+ 3200

M4+ - M5+ 4300

Entdecker: Entdeckt von dem schwedischen Chemiker Anders Gustafa Ekberg im Jahr 1802.

Element Benennung: Ekberg nannte das Element nach Tantalus, dem Vater von Niobe, der Königin der Stadt Zentral -Theben in der alten griechischen Mythologie.

Quelle: Es existiert hauptsächlich in Tantalit und koexistiert mit Niob.

Chemische Eigenschaften von Tantal

Tantal hat auch hervorragende chemische Eigenschaften und hohe Korrosionsbeständigkeit. Es reagiert nicht mit Salzsäure, konzentrierter Salpetersäure und Aqua Regia unter kalten und heißen Bedingungen. Tantal kann jedoch in heiß konzentrierter Schwefelsäure korrodiert werden. Unter 150 ℃ wird Tantal nicht durch konzentrierte Schwefelsäure korrodiert. Es reagiert nur, wenn die Temperatur höher ist als diese Temperatur. In konzentrierter Schwefelsäure bei 175 ℃ 1 Jahr beträgt die korrodierte Dicke 0,0004 mm. Wenn Tantal 1 Jahr lang in Schwefelsäure bei 200 ° C eingetaucht ist, beträgt die Oberflächenschäden nur 0,006 mm. Bei 250 ℃ steigt die Korrosionsrate, wobei jedes Jahr die Dicke von 0,116 mm korrodiert ist. Bei 300 ℃ ist die Korrosionsrate schneller. Nach 1 Jahr lang wird die Oberfläche um 1,368 mm korrodiert. Die Korrosionsrate in der rauchenden Schwefelsäure (enthält 15% SO3) ist schwerwiegender als die in konzentrierter Schwefelsäure. Nach 1 Jahr nach 1 Jahr in der Lösung bei 130 ° C beträgt die Dicke der Oberfläche korrodiert 15,6 mm. Tantal wird auch durch Phosphorsäure bei hoher Temperatur korrodiert, aber diese Reaktion findet im Allgemeinen bei über 150 ° C statt. Nach dem Einweichen von 85% Phosphorsäure bei 250 ° C für 1 Jahr wird die Oberfläche für 20 mm korrodiert. Darüber hinaus kann Tantal schnell in der gemischten Säure von Hydrofluorsäure und Salpetersäure gelöst und auch in Hydrofluorsäure gelöst werden. Aber Tantal hat mehr Angst vor starkem Alkali. Tantal wird in einer 40% igen Konzentration der Ätznatronlösung bei 110 ℃ schnell gelöst. In einer Kaliumhydroxidlösung derselben Konzentration wird sie schnell bei 100 ℃ gelöst. Zusätzlich zu den oben genannten Bedingungen können allgemeine anorganische Salze im Allgemeinen Tantal unter 150 ° C nicht korrodieren. Experimente zeigen, dass Tantal keine Auswirkung auf Alkalislösung, Chlor, Bromwasser, verdünnte Schwefelsäure und viele andere Reagenzien bei Raumtemperatur hat, aber nur unter der Wirkung von Hydrofluorsäure und heißer konzentrierter Schwefelsäure reagiert. Eine solche Situation ist in Metallen relativ selten.

Bei hoher Temperatur wird jedoch der Oxidfilm auf der Oberfläche von Tantal zerstört, sodass er mit einer Vielzahl von Substanzen reagieren kann. Bei Raumtemperatur kann Tantal mit Fluor reagieren. Bei 150 ℃ ist Tantal in Chlor, Brom und Jod inert. Bei 250 ℃ hat Tantal immer noch Korrosionsbeständigkeit gegen trockenes Chlor. Wenn es auf 400 ° C in Chlorheizung mit Wasserdampf erhitzt wird, kann es immer noch hell bleiben. Bei 500 ℃ wird es korrodiert. Bei 300 ° C reagiert Tantal mit Brom und ist mit Ioddampf inert, wenn die Temperatur rotes Wärme erreicht. Wasserstoffchlorid reagiert mit Tantal bei 410 ℃, um Pentachlorid zu produzieren, während Wasserstoffbromid mit Tantal bei 375 ℃ reagiert. Bei erhitztem auf 200 ℃ oder niedrigerer kann Schwefel mit TA interagieren, und Kohlenstoff- und Kohlenwasserstoffe können mit Tantal bei 800-1100 ℃ interagieren.

λ: Wellenlänge

F: Oszillatorstärke

W: Monochromator -Spektralpassband

N-A (Lachoxid-Acetylenflamme)

S*: charakteristische Konzentration von Elementen (1% Absorptionsempfindlichkeit)

CL: Erkennungsgrenze des Elements

R · s: relative Empfindlichkeit zwischen den Hauptabsorptionslinien desselben Elements

F: Flammenart

Der lineare Expansionskoeffizient von Tantal beträgt 6,5 zwischen 0 ~ 100 × 10 bis 6 k-1, die kritische Temperatur des supraleitenden Übergangs beträgt 4,38 K und der thermische Neutronenabsorptionsquerschnitt des Atoms beträgt 21,3 Ziel.

Tantal ist bei Temperaturen unter 150 ℃ eine der chemisch stabilsten Metalle. Nur Fluor, Hydrofluorsäure, saure Lösung, die Fluorionen und Schwefeltrioxid enthält, können mit Tantal reagieren. Es reagiert mit konzentrierter alkalischer Lösung bei Raumtemperatur und löst sich in geschmolzenen Alkali auf. Dichtes Tantal beginnt bei 200 ℃ leicht und offensichtlich bei 280 ℃. Tantal hat eine Vielzahl von Oxiden, von denen das stabilste Tantal -Pentoxid (Ta2O5) ist. Tantal und Wasserstoff bilden spröde feste Lösungen und Metallhydride wie Ta2H, TAH, TAH2 und TAH3 bei Temperaturen über 250 ℃. Unter dem Vakuum von 800 ~ 1200 ℃ trennt sich Wasserstoff von Tantal, und Tantal wiederholt die Plastizität. Tantal und Stickstoff beginnen bei etwa 300 ℃ zu reagieren, um feste Lösungen und Stickstoffverbindungen zu bilden; Bei einem Abstand von mehr als 2000 ℃ und einem hohen Vakuum trennt sich der absorbierte Stickstoff von Tantal. Tantal und Kohlenstoff existieren in drei Phasen über 2800 ℃: Kohlenstoff -Tantal -Feststofflösung, niedriges Valenzarbid und hohem Valenzkarbid. Tantal kann mit Fluor bei Raumtemperatur und mit anderen Halogenen über 250 ℃ reagieren, um Halogenide zu bilden.

Tantal bildet im Säurelektrolyten einen stabilen anodischen Oxidfilm. Elektrolytische Kondensatoren aus Tantal haben die Vorteile großer Kapazität, kleiner Volumen und guter Zuverlässigkeit. Die Kondensator -Herstellung ist die wichtigste Verwendung von Tantal, und der Verbrauch in den späten 1970er Jahren war mehr als 2/3 des Gesamtverbrauchs von Tantal aus. Tantal ist auch das Material zur Herstellung elektronischer Emissionsrohre und elektronischer Hochleistungs-Teile. Die korrosionsbeständige Ausrüstung aus Tantal wird bei der Herstellung starker Säuren, Brom-, Ammoniak- und anderer chemischer Industrien verwendet. Tantal kann als Strukturmaterial der Brennkammer des Flugzeugmotors verwendet werden. Tantal Tungsten, Tantal Tungsten Hafnium und Tantal Hafnium-Legierungen werden als hitzebeständige und hochfeste Materialien für Raketen, Raketen und Strahlmotoren sowie Teile der Steuer- und Einstellausrüstung verwendet. Tantal ist leicht zu verarbeiten und zu formen und kann als stützendes Zubehör, Wärmeschilde, Heizungen und Kühlkörper in Hochtemperatur-Vakuumöfen verwendet werden. Tantal kann als orthopädische und chirurgische Materialien verwendet werden. Zum Beispiel können Tantal -Balken verwendet werden, um Knochen und Muskeln im menschlichen Körper zu ersetzen und auch auf Tantal -Balken zu wachsen, sodass es ein "biophiles Metall" hat. Tantal -Carbid wird zur Herstellung von zementiertem Carbid verwendet. Tantal -Boride, Silizide, Nitride und ihre Legierungen werden als Wärmefreisetzungselemente und flüssige Metallmaterialien in der Atomergieindustrie verwendet. Tantal Oxid wird zur Herstellung fortschrittlicher optischer Brillen und Katalysatoren verwendet. 1981 betrug der Verbrauchsanteil des Tantals in verschiedenen Abteilungen in den USA bei elektronischen Komponenten bei etwa 73%, 19% in der Maschinenindustrie, 6% im Transport und 2% in anderen.