Tantal

Uredi veze
S Vikipedije, slobodne enciklopedije
(preusmereno sa Танталијум)

Ukoliko ste tražili pojam iz grčke mitologije, pogledajte članak Tantal (mitologija).
Tantal
Opšta svojstva
Ime, simboltantal, Ta
Izgledsivo plav
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum
Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon
Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon
Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton
Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon
Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon
Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson
Nb
↑
Ta
↓
Db
hafnijum ← tantal → volfram ‍
Atomski broj (Z)73
Grupa, periodagrupa 5, perioda 6
Blokd-blok
Kategorija  prelazni metal
Rel. at. masa (Ar)180,94788(2)[1]
El. konfiguracija
po ljuskama
2, 8, 18, 32, 11, 2
Fizička svojstva
Tačka topljenja3290 K ​(3017 °‍C, ​5463 °F)
Tačka ključanja5731 K ​(5458 °‍C, ​9856 °F)
Gustina pri s.t.16,69 g/cm3
tečno st., na t.t.15 g/cm3
Toplota fuzije36,57 kJ/mol
Toplota isparavanja753 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet25,36 J/(mol·K)
Napon pare
P (Pa) 100 101 102
na T (K) 3297 3597 3957
P (Pa) 103 104 105
na T (K) 4395 4939 5634
Atomska svojstva
Elektronegativnost1,5
Energije jonizacije1: 761 kJ/mol
2: 1500 kJ/mol
Atomski radijus146 pm
Kovalentni radijus170±8 pm
Linije boje u spektralnom rasponu
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura ​unutrašnjecentr. kubična (BCC)[2]
Unutrašnjecentr. kubična (BCC) kristalna struktura za tantal

α-Ta
‍ ​tetragonalna[2]
Tetragonalna kristalna struktura za tantal

β-Ta
Brzina zvuka tanak štap3400 m/s (na 20 °‍C)
Topl. širenje6,3 µm/(m·K) (na 25 °‍C)
Topl. vodljivost57,5 W/(m·K)
Električna otpornost131 nΩ·m (na 20 °‍C)
Magnetni rasporedparamagnetičan[3]
Magnetna susceptibilnost (χmol)+154,0·10−6 cm3/mol (293 K)[4]
Jangov modul186 GPa
Modul smicanja69 GPa
Modul stišljivosti200 GPa
Poasonov koeficijent0,34
Mosova tvrdoća6,5
Vikersova tvrdoća870–1200 MPa
Brinelova tvrdoća440–3430 MPa
CAS broj7440-25-7
Istorija
OtkrićeAndreas Gustav Ekeberg (1802)
Prepoznao ga je kao zaseban elementHajnrih Roze (1844)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR
177Ta syn 56,56 h ε 177Hf
178Ta syn 2,36 h ε 178Hf
179Ta syn 1,82 y ε 179Hf
180Ta syn 8,125 h ε 180Hf
β− 180W
180mTa 0,012% stabilni
181Ta 99,988% stabilni
182Ta syn 114,43 d β− 182W
183Ta syn 5,1 d β− 183W
reference • Vikipodaci

Tantal (Ta, lat. tantalium) prelazni je metal VB grupe sa atomskim brojem 73.[5][6] Ime je dobio po ličnosti iz grčke mitologije — Tantalu.[7] Tantal je retki, tvrdi, plavo-sivi, sjajni prelazni metal, izrazito otporan na koroziju. Spada u grupu vatrostalnih metala, koji su dosta korišteni kao sporedne komponente u legurama. Hemijska inertnost tantala čini ga vrlo vrednom supstancom za izradu laboratorijske opreme kao i zamenu za platinu. Danas se ovaj metal koristi za tantalske kondenzatore u elektronskoj opremi kao što su mobilni telefoni, DVD uređaji, sistemi video-igara i računara. Tantal, uvek kao pratnja hemijski sličnog elementa niobijuma, javlja se u mineralima tantalitu, kolumbitu kao i koltanu (mešavini kolumbita i tantalita).

Istorija[uredi | uredi izvor]

Tantal je otkrio Anders Ekeberg u Švedskoj 1802. godine.[8][9] Godinu ranije, Čarls Hačet je otkrio element kolumbijum.[10] Godine 1809. engleski hemičar Vilijam Hajd Volaston uporedio je okside izvedene iz oba elementa, kolumbijuma (kolumbit) sa gustinom od 5,918 g/cm3, te tantala (tantalit) čija gustina iznosi 7,935 g/cm3. Zaključio je da su ta dva oksida, i pored razlika u izmerenoj gustina, bila ista. Odlučio je da zadrži naziv tantal za taj element.[11] Nakon što je Fridrih Veler potvrdio Volastonova merenja, tadašnji naučnici su zaključili da su kolumbijum i tantal zapravo isti hemijski element. Međutim, ovaj zaključak je 1846. opovrgnuo nemački hemičar Hajnrih Rose, koji je tvrdio da u uzorku tantalita ima dva elementa. Dao im je imena po deci mitološkog Tantala: niobijum (prema Niobi, božici suza) i pelopijum (prema Pelopu).[12][13] Kasnije je pretpostavljeni element „pelopijum” identifikovan kao mešavina tantala i niobijum, a dokazano je da je niobijum zapravo kolumbijum kojeg je već 1801. otkrio Hačet.

Tek 1864. Hristijan Vilhelm Blomstrand[14] i Anri Atjen Sent-Kler Devil su nedvosmisleno dokazali da postoje razlike između tantala i niobijuma, što je takođe utvrdio i Luj Ž. Trust, koji je 1865. odredio empirijske formule za neke od njihovih jedinjenja.[14][15] Kasnija potvrda došla je 1866. od švajcarskog hemičara Žan Šarla Galisar de Marignjaka,[16] koji je takođe dokazao da se radi o samo dva elementa. Međutim, ova otkrića nisu zaustavila neke naučnike koje su sve do 1871. objavljivali članke o takozvanom ilmenijumu.[17] De Marignjak je prvi dobio metalni oblik tantala 1864. kada je redukovao tantal-hlorid zagrejavajući ga u atmosferi vodonika.[18] Prvi istraživači su uspevali da dobiju samo nečisti tantal, a prvi relativno čisti duktilni metal dobio je Verner fon Bolton 1903. u Šarlotenburgu (Berlin). Sve dok ga nije zamenio volfram, žice načinjene od metalnog tantala su se koristile kao filamenti za sijalice.[19]

Naziv za element tantal izveden je iz istoimenog mitološkog bića, oca Niobe iz grčke mitologije. U predanju stoji da je on nakon smrti kažnjen da stoji u vodi do koljena a iznad glave mu raste prekrasno voće, a oboje ga večito muči. (Ako se sagne da pije vodu, ona se povuče ispod nivoa do kojeg on može dosegnuti, a ako pokuša ubrati voće, grane se podignu iznad njegovog dosega).[20] Ekeberg je napisao „Ovaj metal kojeg nazivam tantal... delimično kao aluziju na nemogućnost metala da, kada je uronjen u kiselinu, ne apsorbira je i postane zasićena”.[21]

Decenijama, komercijalna tehnologija za razdvajanje tantala od niobijuma uključivala je frakcijsku kristalizaciju kalijum heptafluorotantalata iz kalijum oksipentafluorniobat monohidrata. Taj proces je razvio de Marignjak 1866. godine. Ova metoda je prevaziđena a danas se koristi izdvajanje (ekstrakcija) rastvarača iz rastvora tantala koji sadrže fluoride.[15]

Osobine[uredi | uredi izvor]

Fizičke[uredi | uredi izvor]

Tantal je tamni (plavo-sivi),[22] gusti, duktilni, veoma tvrdi metal, lako obradiv i izuzetno dobro provodi toplotu i električnu struju. Metal je poznat po svojoj otpornosti na koroziju pomoću kiselina; zapravo na temperaturama ispod 150 °C, tantal je gotovo u potpunosti „imun” na napad, obično vrlo agresivne, carske vode. Može se rastvarati u fluorovodičnoj kiselini ili kiselim rastvorima koji sadrže fluoridni jon i sumpor-trioksid, kao i u rastvorima kalijum hidroksida. Visoka tačka topljenja tantala od 3017 °C (tačka ključanja 5458 °C) premašuje većinu elemenata osim volframa, renijuma, osmijuma (kod metala) i ugljenika.

Ovaj metal postoji u dve kristalne faze: alfa i beta. Alfa faza je relativno duktilnija i mekša; ima prostorno-centriranu kubičnu strukturu (prostorna grupa, Im3m, konstanta rešetke a = 0,33058 nm), tvrdoću po Knupu 200 do 400 HN a specifični električni otpor 15–60 µΩּcm. Beta faza je tvrđa i krhkija; njena kristalna simetrija je tetragonalna (prostorna grupa P42/mnm, konstante rešetke a = 1,0194 nm i c = 0,5313 nm), tvrdoću po Knupu 1000 do 1300 HN i relativno veliki specifični električni otpor od 170 do 210 µΩּcm. Međutim, beta faza je metastabilna te prelazi u alfa fazu nakon zagrejavanja na 750–775 °C. Tantal u većim komadima gotovo u potpunosti se sastoji iz alfa faze, dok se beta faza pojavljuje obično u vidu tankih slojeva dobijenih procesima katodnog raspršavanja (engl. sputtering), hemijske dispozicije parom (CVD) ili elektrohemijskom dispozicijom iz eutektičnih rastvora istopljenih soli.[23]

Hemijske[uredi | uredi izvor]

Tantal gradi okside u kojima je u oksidacionim stanjima +5 (Ta2O5) i +4 (TaO2).[24] Najstabilnije oksidaciono stanje tantala je +5, kao što je to slučaj kod tantal-pentoksida.[24] Ovo jedinjenje je početni materijal za dobijanje nekoliko drugih jedinjenja tantala. Jedinjenja se dobijaju rastvaranjem pentoksida u baznim hidroksidnim rastvorima ili njihovim rastaranjem sa drugim metalnim oksidima. Neki od primera su litijum-tantalat (LiTaO3) i lantan-tantalat (LaTaO4). Kod litijum-tantalata, ne javlja se tantalatni jon TaO−
3, umesto njega ovaj deo formule se predstavlja vezama oktaedralnog TaO7−
6 koji gradi trodimenzionalni okvir perovskita, dok lantan-tantalat sadrži usamljene tetraedarske TaO3−
4 grupe.[24]

Fluoridi tantala se mogu iskoristiti za njihovo odvajanje od niobijuma.[25] Tantal gradi halogena jedinjenja u oksidacionim stanjima +5, +4 i +3 tipa TaX
5, TaX
4 i TaX
3, mada su poznati i višejezgarni kompleksi i substehiometrijska jedinjenja.[24][26] Tantal-pentafluorid (TaF5) jeste bela supstanca čija je tačka topljenja 97,0 °C dok je tantal-pentahlorid (TaCl5) takođe beo, ali s tačkom topljenja od 247,4 °C. Tantal-pentahlorid se hidrolizuje vodom i reaguje s dodatnim tantalom pri povišenim temperaturama dajući crni i veoma higroskopni tantal-tetrahlorid (TaCl4). I dok se trihalidi mogu dobiti redukcijom pentahalida s vodonikom, dihalidi uopšte ne postoje.[24] Legure tantala i telur grade kvazikristale.[24] Godine 2008. su otkrivena jedinjenja tantala čija oksidaciona stanja se kreću i do -1.[27]

Kao što je to slučaj i kod većine drugih vatrostalnih metala, najtvrđa poznata jedinjenja tantala su njegovi stabilni nitridi i karbidi. Tantal-karbid, Tac, kao i mnogo više korišteni volfram-karbid, je veoma tvrdi keramički materijal, korišten takođe za izradu alata za sečenje. Tantal(III)-nitrid se koristi kao tanki film-izolator u nekim procesima proizvodnje mikroelektronskih komponenti.[28] Hemičari pri Nacionalnoj laboratoriji u Los Alamosu, SAD, razvili su kompozitni materijal od tantal-karbida i grafita, koji je prozvan najtvrđim materijalom ikad sintetisanim. Korejski istraživači razvili su amorfnu leguru od tantala, volframa i bakra, koja je mnogo fleksibilnija i dva do tri puta jača od običnih čeličnih legura.[29] Postoji i dva tantal-aluminida: TaAl3 i Ta3Al. Oni su vrlo stabilni, vatrostalni i reflektivni, a postoji ideja[30] o njihovoj upotrebi kao ogledala za infracrvene talase.

Izotopi[uredi | uredi izvor]

Tantal u prirodi se sastoji iz dva izotopa: 180mTa (sa udelom od 0,012%) i 181Ta (99,988%). Izotop 181Ta je stabilan. Za izotop 180mTa (m označava metastabilno stanje) se pretpostavlja da se raspada na tri načina: izomerskom tranzicijom na osnovno stanje 180Ta, beta raspadom na 180W ili zahvatom elektrona na 180Hf. Međutim, radioaktivnost ovog nuklearnog izomera nikad nije potvrđena niti izmerena, a postavljena je samo donja granica njegovog vremena poluraspada od 2,0 × 1016 godina.[31]

Osnovno stanje izotopa 180Ta ima vreme poluraspada od samo 8 sati. 180mTa je jedini nuklearni izomer koji se javlja u prirodi (ne računajući radiogenske i kosmogenske kratkožive nuklide). Takođe je i najređi izotop u svemiru, ako se računa elementarna rasprostranjenost tantala i izomerski udeo 180mTa u prirodnoj smesi izotopa (ni ovde se ne računaju radiogenski i kosmogenski kratkoživeći nuklidi).[32] Tantal se teoretski proučavao kao materijal za radioaktivnu atomsku „prljavu bombu” (iako je kobalt mnogo poznatiji materijal za tu hipotetsku namjenu). U takvoj bombi spoljna ljuska napravljena od 181Ta bi bila izložena intenzivnoj radijaciji visokoenergetskog neutronskog toka iz hipotetske eksplozije nuklearne bombe. Na taj način tantal bi prešao (transmutirao) u radioaktivni izotop 182Ta, čije vreme poluraspada iznosi 114,4 dana proizvodeći gama-zrake sa otprilike 1,12 MeV (miliona elektron-volti) energije po atomu, što bi znatno povećalo radioaktivnost nuklearnog otpada nastalog posle eksplozije tokom nekoliko meseci. Takve "prljave" bombe nikad nisu napravljene niti testirane, barem u meri da nije javno objavljeno, a zasigurno nikad nisu korištene kao oružje.[33]

Tantal se može upotrebljavati kao materijal za mete za snopove ubrzanih protona, koji se koriste za dobijanje raznih kratkoživećih izotopa poput 8Li, 80Rb i 160Yb.[34]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ a b Moseley, P. T.; Seabrook, C. J. (1973). „The crystal structure of β-tantalum”. Acta Crystallographica Section B Structural Crystallography and Crystal Chemistry. 29 (5): 1170—1171. doi:10.1107/S0567740873004140. 
  3. ^ Lide, D. R., ur. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th izd.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Arhivirano iz originala 03. 03. 2011. g. Pristupljeno 09. 01. 2021. 
  4. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. str. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  5. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  6. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  7. ^ Euripid, Orest
  8. ^ Anders Ekeberg (1802). „Of the Properties of the Earth Yttria, compared with those of Glucine; of Fossils, in which the firts of these Earths in contained; and of the Discovery of a metallic Nature (Tantalium)”. Journal of Natural Philosophy, Chemistry, and the Arts. 3: 251—255. 
  9. ^ Anders Ekeberg (1802). „Uplysning om Ytterjorden egenskaper, i synnerhet i aemforelse med Berylljorden:om de Fossilier, havari förstnemnde jord innehales, samt om en ny uptäckt kropp af metallik natur”. Kungliga Svenska vetenskapsakademiens handlingar. 23: 68—83. 
  10. ^ William P. Griffith; Morris, Peter J. T. (2003). „Charles Hatchett FRS (1765–1847), Chemist and Discoverer of Niobium”. Notes and Records of the Royal Society of London. 57 (3): 299. JSTOR 3557720. doi:10.1098/rsnr.2003.0216. 
  11. ^ William Hyde Wollaston (1809). „On the Identity of Columbium and Tantalum”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 99: 246—252. JSTOR 107264. doi:10.1098/rstl.1809.0017. 
  12. ^ Heinrich Rose (1844). „Ueber die Zusammensetzung der Tantalite und ein im Tantalite von Baiern enthaltenes neues Metall”. Annalen der Physik (na jeziku: nemački). 139 (10): 317—341. Bibcode:1844AnP...139..317R. doi:10.1002/andp.18441391006. 
  13. ^ Heinrich Rose (1847). „Ueber die Säure im Columbit von Nordamérika”. Annalen der Physik (na jeziku: nemački). 146 (4): 572—577. Bibcode:1847AnP...146..572R. doi:10.1002/andp.18471460410. 
  14. ^ a b Marignac, Blomstrand; H. Deville; L. Troost; R. Hermann (1866). „Tantalsäure, Niobsäure, (Ilmensäure) und Titansäure”. Fresenius' Journal of Analytical Chemistry. 5 (1): 384—389. doi:10.1007/BF01302537. 
  15. ^ a b C. K. Gupta; Suri, A. K. (1994). Extractive Metallurgy of Niobium. CRC Press. ISBN 0-8493-6071-4. 
  16. ^ M. C. Marignac (1866). „Recherches sur les combinaisons du niobium”. Annales de chimie et de physique (na jeziku: francuski). 4 (8): 7—75. 
  17. ^ R. Hermann (1871). „Fortgesetzte Untersuchungen über die Verbindungen von Ilmenium und Niobium, sowie über die Zusammensetzung der Niobmineralien (Further research about the compounds of ilmenium and niobium, as well as the composition of niobium minerals)”. Journal für Praktische Chemie (na jeziku: nemački). 3 (1): 373—427. doi:10.1002/prac.18710030137. 
  18. ^ „Niobium”. Universidade de Coimbra. Arhivirano iz originala 10. 12. 2007. g. Pristupljeno 28. 9. 2016. 
  19. ^ Bowers, B. (2001). „Scanning Our Past from London The Filament Lamp and New Materials”. Proceedings of the IEEE. 89 (3): 413. doi:10.1109/5.915382. 
  20. ^ Sule Aycan (2005). „Chemistry Education and Mythology”. Journal of Social Sciences. 1 (4): 238—239. doi:10.3844/jssp.2005.238.239. 
  21. ^ N. N. Greenwood; A. Earnshaw (1988). Chemie der Elemente (1 izd.). Weinheim: VCH. str. 1260. ISBN 3-527-26169-9. 
  22. ^ Colakis, Marianthe; Masello, Mary Joan (30. 6. 2007). „Tantalum”. Classical Mythology & More: A Reader Workbook. ISBN 978-0-86516-573-1. 
  23. ^ Lee S; et al. (2004). „Texture, structure and phase transformation in sputter beta tantalum coating”. Surface and Coatings Technology. 177–178: 44. doi:10.1016/j.surfcoat.2003.06.008. 
  24. ^ a b v g d đ Holleman, A. F.; Wiberg, E.; Wiberg, N. (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102. izd.). de Gruyter. ISBN 978-3-11-017770-1. 
  25. ^ Donald J. Soisson; McLafferty, J. J.; Pierret, James A. (1961). „Staff-Industry Collaborative Report: Tantalum and Niobium”. Ind. Eng. Chem. 53 (11): 861—868. doi:10.1021/ie50623a016. 
  26. ^ Anatoly Agulyansky (2004). The Chemistry of Tantalum and Niobium Fluoride Compounds. Elsevier. ISBN 978-0-444-51604-6. Pristupljeno 30. 9. 2016. 
  27. ^ Morse, P. M.; Shelby, Q. D.; Kim, D. Y.; Girolami, G. S. (2008). „Ethylene Complexes of the Early Transition Metals: Crystal Structures of [HfEt
    4    (C
    2    H
    4    )2−
    ]     and the Negative-Oxidation-State Species [TaHEt(C
    2    H
    4    )3−
    3    ]     and [WH(C
    2    H
    4    )3−
    4    ]    ”. Organometallics. 27 (5): 984. doi:10.1021/om701189e.     
  28. ^ S. Tsukimoto; Moriyama, M.; Murakami, Masanori (1961). „Microstructure of amorphous tantalum nitride thin films”. Thin Solid Films. 460 (1–2): 222—226. Bibcode:2004TSF...460..222T. doi:10.1016/j.tsf.2004.01.073. 
  29. ^ TV Arirang (6. 5. 2005). „Researchers Develop New Alloy”. Digital Chosunilbo (engl. izdanje): Daily News in English About Korea. Arhivirano iz originala 28. 3. 2008. g. Pristupljeno 22. 12. 2008. 
  30. ^ Braun, Hilarion "Substance for front surface mirror"; SAD patent br. 5923464, izdan 13. jula 1999.
  31. ^ Hult Mikael; Wieslander J.S. Elisabeth; et al. „Search for the radioactivity of 180mTa using an underground HPGe sandwich spectrometer”. Pristupljeno 1. 10. 2016. 
  32. ^ Audi Georges; Bersillon O.; Blachot J.; Wapstra A.H. (2003). „The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  33. ^ Win David Tin; Al Masum Mohammed (2003). „Weapons of Mass Destruction” (PDF). Assumption University Journal of Technology. 6 (4): 199—219. 
  34. ^ Yields For Tantalum Targets, pristupljeno 1. 10. 2016.

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Tantal na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Тантал&oldid=26035851”