stringtranslate.com

Тантал

Тантал — химический элемент ; он имеет символ Та и атомный номер 73. Ранее известный как танталий , он назван в честь Тантала , персонажа греческой мифологии. [7] Тантал — очень твердый, пластичный , блестящий , сине-серый переходный металл , обладающий высокой коррозионной стойкостью. Он входит в группу тугоплавких металлов , которые широко используются в качестве компонентов прочных тугоплавких сплавов . Это элемент 5-й группы , наряду с ванадием и ниобием , и он всегда встречается в геологических источниках вместе с химически близким ниобием, главным образом в минеральных группах танталита , колумбита и колтана .

Химическая инертность и очень высокая температура плавления тантала делают его ценным для лабораторного и промышленного оборудования, такого как реакционные сосуды и вакуумные печи . Он используется в танталовых конденсаторах для электронного оборудования, такого как компьютеры . Его исследуют на предмет использования в качестве материала для высококачественных сверхпроводящих резонаторов в квантовых процессорах. [8] [9] Европейская комиссия считает тантал технологически важным элементом . [10]

История

Тантал был открыт в Швеции в 1802 году Андерсом Экебергом в двух образцах минералов — одном из Швеции и другом из Финляндии. [11] [12] Годом ранее Чарльз Хэтчетт открыл колумбий (ныне ниобий), [13] а в 1809 году английский химик Уильям Хайд Волластон сравнил его оксид, колумбит с плотностью 5,918 г/см 3 , с плотностью тантал, танталит плотностью 7,935 г/см 3 . Он пришел к выводу, что два оксида, несмотря на разницу в измеренной плотности, идентичны, и сохранил название «тантал». [14] После того, как Фридрих Вёлер подтвердил эти результаты, считалось, что колумбий и тантал — один и тот же элемент. Этот вывод был оспорен в 1846 году немецким химиком Генрихом Розе , который утверждал, что в образце танталита было два дополнительных элемента, и назвал их в честь детей Тантала : ниобий (от Ниобы , богини слез) и пелопий ( от Пелопса ). [15] [16] Предполагаемый элемент «пелопий» позже был идентифицирован как смесь тантала и ниобия, и было обнаружено, что ниобий идентичен колумбию, уже открытому в 1801 году Хэтчеттом.

Различия между танталом и ниобием были однозначно продемонстрированы в 1864 году Кристианом Вильгельмом Бломстрандом [17] и Анри Этьеном Сент-Клер Девилем , а также Луи Дж. Тростом , определившим эмпирические формулы некоторых их соединений в 1865 году . [ 17] [18] Дальнейшее подтверждение пришло от швейцарского химика Жана Шарля Галиссара де Мариньяка , [19] в 1866 году, который доказал, что существует только два элемента. Эти открытия не мешали ученым публиковать статьи о так называемом ильмениуме до 1871 года . [20] Де Мариньяк был первым, кто получил металлическую форму тантала в 1864 году, когда он восстановил хлорид тантала, нагревая его в атмосфере водорода . [21] Первые исследователи могли производить только нечистый тантал, а первый относительно чистый пластичный металл был произведен Вернером фон Болтоном в Шарлоттенбурге в 1903 году. Провода, изготовленные из металлического тантала, использовались для нитей накаливания лампочек , пока вольфрам не заменил его в широком использовании. . [22]

Название тантал произошло от имени мифологического Тантала, отца Ниобеи в греческой мифологии . По сюжету, после смерти он был наказан тем, что был приговорен стоять по колено в воде, а над его головой росли прекрасные плоды, и то и другое вечно мучило его. (Если он наклонялся, чтобы выпить воду, она стекала ниже уровня, которого он мог достать, а если он тянулся к фруктам, ветки уходили из его рук.) [23] Андерс Экеберг писал: «Этот металл я называю танталом … отчасти намеком на его неспособность при погружении в кислоту поглощать ее и насыщаться». [24]

На протяжении десятилетий коммерческая технология отделения тантала от ниобия включала фракционную кристаллизацию гептафторотанталата калия из моногидрата оксипентафторниобата калия - процесс, открытый Жаном Шарлем Галиссаром де Мариньяком в 1866 году. Этот метод был вытеснен экстракцией растворителем из фторидсодержащих веществ. растворы тантала. [18]

Характеристики

Физические свойства

Тантал темный (сине-серый), [25] плотный, пластичный, очень твердый, легко поддающийся обработке и обладающий высокой проводимостью тепла и электричества. Металл известен своей устойчивостью к коррозии кислотами ; Фактически, при температуре ниже 150 ° C тантал почти полностью невосприимчив к воздействию обычно агрессивной царской водки . Его можно растворить плавиковой кислотой или кислыми растворами, содержащими фторид- ион и триоксид серы , а также расплавленным гидроксидом калия . Высокая температура плавления тантала 3017 ° C (точка кипения 5458 ° C) среди элементов превышает только вольфрам , рений и осмий для металлов, а также углерод .

Тантал существует в двух кристаллических фазах: альфа и бета. Альфа-фаза относительно пластична и мягка; имеет объемноцентрированную кубическую структуру ( пространственная группа Im3m , постоянная решетки a = 0,33058 нм), твердость по Кнупу 200–400 HN и удельное сопротивление 15–60 мкОм⋅см. Бета-фаза твердая и хрупкая; его кристаллическая симметрия тетрагональная (пространственная группа P42/mnm , a = 1,0194 нм, c = 0,5313 нм), твердость по Кнупу составляет 1000–1300 HN, а удельное электросопротивление относительно высокое и составляет 170–210 мкОм⋅см. Бета-фаза метастабильна и переходит в альфа-фазу при нагревании до 750–775 °С. Объемный тантал почти полностью представляет собой альфа-фазу, а бета-фаза обычно существует в виде тонких пленок [26] , полученных магнетронным распылением , химическим осаждением из паровой фазы или электрохимическим осаждением из эвтектического раствора расплавленной соли. [27]

изотопы

Природный тантал состоит из двух стабильных изотопов : 180m Ta (0,012%) и 181 Ta (99,988%). Прогнозируется, что 180m Ta ( m обозначает метастабильное состояние) распадется тремя способами: изомерный переход в основное состояние 180 Ta , бета-распад до 180 W или захват электрона до 180 Hf . Однако радиоактивность этого ядерного изомера никогда не наблюдалась, и  установлен лишь нижний предел его периода полураспада — 2,0 × 10 16 лет. [28] Основное состояние 180 Та имеет период полураспада всего 8 часов. 180m Ta — единственный встречающийся в природе ядерный изомер (исключая радиогенные и космогенные короткоживущие нуклиды). Это также самый редкий первичный изотоп во Вселенной, если принять во внимание элементное содержание тантала и изотопное содержание 180m Ta в естественной смеси изотопов (и опять-таки исключая радиогенные и космогенные короткоживущие нуклиды). [29]

Тантал теоретически рассматривался как « солевой » материал для ядерного оружия ( более известным гипотетическим солевым материалом является кобальт ). Внешняя оболочка из 181 Та будет облучена интенсивным потоком нейтронов высокой энергии от гипотетического взрывающегося ядерного оружия. Это превратило бы тантал в радиоактивный изотоп 182 Та, который имеет период полураспада 114,4 дня и производит гамма-лучи с энергией примерно 1,12 миллиона электрон-вольт (МэВ) каждое, что значительно увеличит радиоактивность ядерных осадков от взрыв в течение нескольких месяцев. Насколько общеизвестно, такое «просоленное» оружие никогда не создавалось и не испытывалось, и уж точно никогда не использовалось в качестве оружия. [30]

Тантал может быть использован в качестве мишенного материала для ускоренных протонных пучков для производства различных короткоживущих изотопов, в том числе 8 Li, 80 Rb и 160 Yb. [31]

Химические соединения

Тантал образует соединения в степенях окисления от –III до +V. Чаще всего встречаются оксиды Та(V), в состав которого входят все минералы. Химические свойства Та и Nb очень схожи. В водной среде Та проявляет только степень окисления +V. Как и ниобий, тантал плохо растворяется в разбавленных растворах соляной , серной , азотной и фосфорной кислот из-за выпадения в осадок водного оксида Та(V). [32] В основных средах Та может растворяться за счет образования полиоксотанталатных форм. [33]

Оксиды, нитриды, карбиды, сульфиды

Пятиокись тантала (Ta 2 O 5 ) является наиболее важным соединением с точки зрения приложений. Оксиды тантала в низших степенях окисления многочисленны, в том числе имеют множество дефектных структур , малоизучены или плохо охарактеризованы. [34]

Танталаты, соединения, содержащие [TaO 4 ] 3- или [TaO 3 ] -, многочисленны. Танталат лития (LiTaO 3 ) имеет структуру перовскита. Танталат лантана (LaTaO 4 ) содержит изолированный TaO .3−
4тетраэдры. [35]

Как и в случае с другими тугоплавкими металлами , наиболее твердыми известными соединениями тантала являются нитриды и карбиды. Карбид тантала TaC, как и более часто используемый карбид вольфрама , представляет собой твердую керамику , которая используется в режущих инструментах. Нитрид тантала (III) используется в качестве тонкопленочного изолятора в некоторых процессах производства микроэлектроники. [36]

Наиболее изученным халькогенидом является TaS 2 , слоистый полупроводник , как и другие дихалькогениды переходных металлов . Сплав тантала и теллура образует квазикристаллы . [35]

Галиды

Галогениды тантала имеют степени окисления +5, +4 и +3. Пентафторид тантала (TaF 5 ) представляет собой белое твердое вещество с температурой плавления 97,0 °С. Анион [TaF 7 ] 2- используется для его отделения от ниобия. [37] Хлорид TaCl
5, существующий в виде димера, является основным реагентом при синтезе новых соединений Та. Он легко гидролизуется до оксихлорида . Низшие галогениды TaX
4и налог
3, имеют связи Ta-Ta. [35] [32]

Танталорганические соединения

Танталорганические соединения включают пентаметилтантал , смешанные хлориды алкилтантала, гидриды алкилтантала, алкилиденовые комплексы, а также их циклопентадиенильные производные. [38] [39] Для гексакарбонила [Ta(CO) 6 ] - и родственных изоцианидов известны различные соли и замещенные производные .

Та(СН 3 ) 5 .

Вхождение

Танталит, округ Пилбара , Австралия.

По оценкам, тантал составляет около 1  ppm [40] или 2  ppm [32] земной коры по весу . Существует множество разновидностей минералов тантала, лишь некоторые из которых пока используются промышленностью в качестве сырья: танталит (ряд, состоящий из танталита-(Fe), танталита-(Mn) и танталита-(Mg)), микролита ( теперь название группы), воджинит , эвксенит (на самом деле эвксенит-(Y)) и поликраз (на самом деле поликраз-(Y)). [41] Танталит ( Fe , Mn )Ta 2 O 6 является наиболее важным минералом для добычи тантала. Танталит имеет ту же минеральную структуру, что и колумбит ( Fe , Mn ) (Ta, Nb ) 2 O 6 ; когда тантала больше, чем ниобия, его называют танталитом, а когда ниобия больше, чем тантала, его называют колумбитом (или ниобитом ). Высокая плотность танталита и других танталсодержащих минералов делает использование гравитационного разделения лучшим методом. Другие минералы включают самарскит и фергюсонит .

Серо-белая карта мира, на которой Китай, Австралия, Бразилия и Конго окрашены в синий цвет, на каждый из которых приходится менее 10% мирового производства тантала, а Руанда, окрашенная в зеленый цвет, представляет 60% мирового производства тантала.
Производители тантала в 2015 году, основным производителем является Руанда.

До 2010-х годов Австралия была основным производителем тантала, а Global Advanced Metals (ранее известная как Talison Minerals ) была крупнейшей компанией по добыче тантала в этой стране. Они управляют двумя рудниками в Западной Австралии: Гринбушес на юго-западе и Водгина в регионе Пилбара . Рудник Воджина был вновь открыт в январе 2011 года после того, как добыча на нем была приостановлена ​​в конце 2008 года из-за мирового финансового кризиса . [42] Менее чем через год после возобновления работы компания Global Advanced Metals объявила, что из-за нового «… смягчения спроса на тантал…» и других факторов операции по добыче тантала должны быть прекращены в конце февраля 2012 года. [43] ] Wodgina производит первичный танталовый концентрат, который подвергается дальнейшей переработке на предприятии в Гринбушесе перед продажей покупателям. [44] Хотя крупные производители ниобия находятся в Бразилии и Канаде , руда там также дает небольшой процент тантала. Некоторые другие страны, такие как Китай , Эфиопия и Мозамбик , добывают руды с более высоким содержанием тантала и производят значительную часть его мировой добычи. Тантал также производится в Таиланде и Малайзии как побочный продукт добычи олова . При гравитационном отделении руд россыпных месторождений обнаруживается не только касситерит (SnO 2 ), но и небольшой процент танталита. Шлак оловянных заводов содержит экономически полезные количества тантала, который выщелачивается из шлака. [18] [45]

Серо-белая карта мира: Канада, Бразилия и Мозамбик окрашены в синий цвет, на каждую из которых приходится менее 20% мирового производства тантала, а Австралия окрашена в зеленый цвет и представляет 60% мирового производства тантала.
Производители тантала в 2006 году, основным производителем была Австралия.

Мировое производство тантала претерпело важный географический сдвиг с начала 21 века, когда добыча осуществлялась преимущественно в Австралии и Бразилии. Начиная с 2007 года и по 2014 год основные источники добычи тантала из рудников резко переместились в Демократическую Республику Конго , Руанду и некоторые другие африканские страны. [46] Будущие источники поставок тантала (в порядке предполагаемого размера) изучаются в Саудовской Аравии , Египте , Гренландии , Китае, Мозамбике, Канаде, Австралии, США , Финляндии и Бразилии. [47] [48]

Статус как конфликтный ресурс

Тантал считается конфликтным ресурсом . Колтан , промышленное название минерала колумбит - танталит , из которого добывают ниобий и тантал, [49] также можно найти в Центральной Африке , поэтому тантал связывают с войной в Демократической Республике Конго (бывший Заир ). . Согласно докладу Организации Объединенных Наций от 23 октября 2003 г. , [50] контрабанда и экспорт колтана способствовали разжиганию войны в Конго, кризиса, в результате которого с 1998 года погибло около 5,4 миллиона человек [51] – что сделало его самым смертоносным в мире. задокументированный конфликт со времен Второй мировой войны . Были подняты этические вопросы об ответственном корпоративном поведении, правах человека и угрозе дикой природе из-за эксплуатации таких ресурсов, как колтан, в регионах вооруженного конфликта в бассейне Конго . [52] [53] [54] [55] Геологическая служба США сообщает в своем ежегоднике, что в этом регионе производилось чуть менее 1% мирового производства тантала в 2002–2006 годах, достигнув пика в 10% в 2000 и 2008 годах. [45] Данные Геологической службы США, опубликованные в январе 2021 года, показали, что около 40% мировой добычи тантала приходится на Демократическую Республику Конго, а еще 18% — на соседние Руанду и Бурунди . [56]

Производство и изготовление

Динамика производства тантала до 2012 г. [57]

Извлечение тантала из танталита включает несколько этапов. Сначала минерал измельчается и концентрируется гравитационным разделением . Обычно это делается недалеко от рудника .

Переработка

Очистка тантала из его руд является одним из наиболее сложных процессов разделения в промышленной металлургии. Основная проблема состоит в том, что танталовые руды содержат значительные количества ниобия , химические свойства которого почти идентичны свойствам Та. Для решения этой проблемы было разработано большое количество процедур.

В наше время разделение достигается с помощью гидрометаллургии . [58] Добыча начинается с выщелачивания руды плавиковой кислотой совместно с серной или соляной кислотой . Этот этап позволяет отделить тантал и ниобий от различных неметаллических примесей в породе. Хотя Та встречается в виде различных минералов, его удобно представлять в виде пентаоксида, поскольку большинство оксидов тантала (V) ведут себя в этих условиях аналогичным образом. Таким образом, упрощенное уравнение для его извлечения выглядит следующим образом:

Ta 2 O 5 + 14 HF → 2 H 2 [TaF 7 ] + 5 H 2 O

Совершенно аналогичные реакции происходят с ниобиевым компонентом, но в условиях экстракции обычно преобладает гексафторид.

Nb 2 O 5 + 12 HF → 2 H[NbF 6 ] + 5 H 2 O

Эти уравнения упрощены: предполагается, что бисульфат (HSO 4 - ) и хлорид конкурируют как лиганды за ионы Nb(V) и Ta(V) при использовании серной и соляной кислот соответственно. [58] Комплексы фторида тантала и ниобия затем удаляются из водного раствора жидкостно-жидкостной экстракцией в органические растворители , такие как циклогексанон , октанол и метилизобутилкетон . Эта простая процедура позволяет удалить большинство металлосодержащих примесей (например, железа, марганца, титана, циркония), которые остаются в водной фазе в виде их фторидов и других комплексов.

Отделение тантала от ниобия затем достигается за счет снижения ионной силы смеси кислот, что приводит к растворению ниобия в водной фазе. Предполагается, что в этих условиях образуется оксифторид H 2 [NbOF 5 ]. После удаления ниобия раствор очищенного H 2 [TaF 7 ] нейтрализуют водным раствором аммиака для осаждения гидратированного оксида тантала в виде твердого вещества, которое можно прокалить до пятиокиси тантала (Ta 2 O 5 ). [59]

Вместо гидролиза H 2 [TaF 7 ] можно обработать фторидом калия с получением гептафторотанталата калия :

H 2 [TaF 7 ] + 2 KF → K 2 [TaF 7 ] + 2 HF

В отличие от H 2 [TaF 7 ], калиевая соль легко кристаллизуется и с ней обращаются как с твердым веществом.

K 2 [TaF 7 ] можно превратить в металлический тантал восстановлением натрием при температуре примерно 800°C в расплавленной соли . [60]

К 2 [TaF 7 ] + 5 Na → Та + 5 NaF + 2 КФ

В более старом методе, называемом процессом Мариньяка , смесь H 2 [TaF 7 ] и H 2 [NbOF 5 ] превращалась в смесь K 2 [TaF 7 ] и K 2 [NbOF 5 ], которую затем разделяли. путем фракционной кристаллизации , используя их различную растворимость в воде.

Электролиз

Тантал также можно очистить электролизом, используя модифицированную версию процесса Холла-Эру . Вместо того, чтобы требовать, чтобы входной оксид и выходной металл находились в жидкой форме, электролиз тантала работает с нежидкими порошкообразными оксидами. Первое открытие было сделано в 1997 году, когда исследователи из Кембриджского университета погрузили небольшие образцы некоторых оксидов в ванну с расплавленной солью и восстановили оксид электрическим током. В качестве катода используется порошкообразный оксид металла. Анод изготовлен из углерода. Расплавленная соль при температуре 1000 ° C (1830 ° F) является электролитом. Мощности первого нефтеперерабатывающего завода достаточны для удовлетворения 3–4% годового мирового спроса. [61]

Производство и металлообработка

Вся сварка тантала должна производиться в инертной атмосфере аргона или гелия , чтобы защитить его от загрязнения атмосферными газами. Тантал не паяется . Измельчить тантал сложно, особенно отожженный тантал. В отожженном состоянии тантал чрезвычайно пластичен и из него можно легко формовать металлические листы. [62]

Приложения

Электроника

Танталовый электролитический конденсатор

Тантал в качестве металлического порошка в основном используется в производстве электронных компонентов, в основном конденсаторов и некоторых мощных резисторов . Танталовые электролитические конденсаторы используют склонность тантала образовывать защитный оксидный поверхностный слой, используя танталовый порошок, спрессованный в форме гранул, в качестве одной «обкладки» конденсатора, оксид в качестве диэлектрика , а электролитический раствор или проводящее твердое вещество в качестве другая «тарелка». Поскольку диэлектрический слой может быть очень тонким (тоньше, чем аналогичный слой, например, в алюминиевом электролитическом конденсаторе), высокая емкость может быть достигнута в небольшом объеме. Благодаря преимуществам в размере и весе танталовые конденсаторы привлекательны для портативных телефонов , персональных компьютеров , автомобильной электроники и фотоаппаратов . [63]

Сплавы

Тантал также используется для производства различных сплавов , которые имеют высокие температуры плавления, прочность и пластичность. Сплавленный другими металлами, он также используется при изготовлении твердосплавных инструментов для металлообрабатывающего оборудования и в производстве суперсплавов для компонентов реактивных двигателей, химического технологического оборудования, ядерных реакторов , деталей ракет, теплообменников, резервуаров и сосудов. [64] [63] [65] Благодаря своей пластичности тантал можно вытягивать в тонкую проволоку или нити, которые используются для испарения таких металлов, как алюминий . Поскольку тантал устойчив к воздействию жидкостей организма и не вызывает раздражений, он широко используется при изготовлении хирургических инструментов и имплантатов. Например, пористые танталовые покрытия используются при изготовлении ортопедических имплантатов из-за способности тантала образовывать прямую связь с твердыми тканями. [66]

Тантал инертен по отношению к большинству кислот, за исключением плавиковой кислоты и горячей серной кислоты , а горячие щелочные растворы также вызывают коррозию тантала. Это свойство делает его полезным металлом для изготовления сосудов для химических реакций и труб для агрессивных жидкостей. Теплообменные змеевики для парового нагрева соляной кислоты изготовлены из тантала. [67] Тантал широко использовался в производстве электронных ламп сверхвысокой частоты для радиопередатчиков. Тантал способен захватывать кислород и азот путем образования нитридов и оксидов и, следовательно, помогает поддерживать высокий вакуум, необходимый для трубок, когда они используются для внутренних частей, таких как решетки и пластины. [37] [67]

Другое использование

Биметаллические монеты отчеканены Банком Казахстана с серебряным кольцом и танталовым центром. Эти два представляют собой «Аполлон-Союз» и Международную космическую станцию.

Тантал использовался НАСА для защиты компонентов космических кораблей, таких как «Вояджер-1» и «Вояджер-2» , от радиации. [68] Высокая температура плавления и стойкость к окислению привели к использованию металла в производстве деталей вакуумных печей . Тантал чрезвычайно инертен, поэтому из него изготавливают различные коррозионностойкие детали, такие как защитные гильзы , корпуса клапанов и танталовые крепежные детали. Из-за его высокой плотности кумулятивный заряд и вкладыши пенетратора, формируемые взрывным способом, были изготовлены из тантала. [69] Тантал значительно увеличивает бронепробиваемость кумулятивного заряда из-за его высокой плотности и высокой температуры плавления. [70] [71]

Его также иногда используют в драгоценных часах , например, от Audemars Piguet , FP Journe , Hublot , Montblanc , Omega и Panerai . Медицинский исследователь Джеральд Л. Берк впервые заметил в 1940 году, что тантал также обладает высокой биоинертностью и может безопасно использоваться в качестве материала для ортопедических имплантатов. [72] Высокая жесткость тантала делает необходимым использовать его в качестве высокопористой пены или каркаса с более низкой жесткостью для имплантатов замены тазобедренного сустава, чтобы избежать защиты от напряжений . [73] Поскольку тантал является цветным немагнитным металлом, эти имплантаты считаются приемлемыми для пациентов, проходящих процедуры МРТ. [74] Оксид используется для изготовления специального стекла с высоким показателем преломления для объективов фотоаппаратов . [75]

Экологические проблемы

Танталу уделяется гораздо меньше внимания в области окружающей среды, чем в других науках о Земле. Концентрация верхней коры (UCC) и соотношение Nb/Ta в верхней коре и минералах доступны, поскольку эти измерения полезны в качестве геохимического инструмента. [76] Последнее значение концентрации верхней коры составляет 0,92 ppm, а соотношение Nb/Ta(w/w) составляет 12,7. [77]

Имеется мало данных о концентрациях тантала в различных частях окружающей среды, особенно в природных водах, где даже не были получены надежные оценки концентраций «растворенного» тантала в морской и пресной воде. [78] Некоторые значения концентрации растворенных веществ в океанах были опубликованы, но они противоречивы. Значения в пресной воде немного лучше, но во всех случаях они, вероятно, ниже 1 нг/л , поскольку «растворенные» концентрации в природных водах значительно ниже большинства современных аналитических возможностей. [79] Анализ требует процедур предварительного концентрирования, которые на данный момент не дают последовательных результатов. И в любом случае, тантал, по-видимому, присутствует в природных водах в основном в виде твердых частиц, а не в растворенном виде. [78]

Легче определить значения концентраций в почвах, донных отложениях и атмосферных аэрозолях. [78] Значения в почвах близки к 1 ppm и, следовательно, к значениям UCC. Это указывает на детритное происхождение. Для атмосферных аэрозолей имеющиеся значения разрознены и ограничены. Когда наблюдается обогащение тантала, это, вероятно, связано с потерей большего количества водорастворимых элементов в аэрозолях в облаках. [80]

Загрязнения, связанного с использованием этого элемента человеком, не обнаружено. [81] Тантал, по-видимому, является очень консервативным элементом с биогеохимической точки зрения, но его круговорот и реакционная способность до сих пор полностью не изучены.

Меры предосторожности

Соединения, содержащие тантал, редко встречаются в лаборатории. Металл обладает высокой биосовместимостью [72] и используется для изготовления имплантатов и покрытий для тела , поэтому внимание может быть сосредоточено на других элементах или физической природе химического соединения . [82]

Люди могут подвергнуться воздействию тантала на рабочем месте при вдыхании, контакте с кожей или глазами. Управление по охране труда (OSHA) установило законный предел ( допустимый предел воздействия ) для воздействия тантала на рабочем месте на уровне 5 мг/м 3 в течение 8-часового рабочего дня. Национальный институт охраны труда (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия (REL) 5 мг/м 3 в течение 8-часового рабочего дня и краткосрочный предел 10 мг/м 3 . Танталовая пыль при концентрации 2500 мг/м 3 представляет непосредственную опасность для жизни и здоровья . [83]

Смотрите также

Упоминается и является ключевой темой сериала Amazon Prime «Джек Райан» Тома Клэнси (2-й сезон). [84]

Рекомендации

  1. ^ «Стандартные атомные массы: тантал». ЦИАВ . 2005.
  2. ^ Прохаска, Томас; Ирргехер, Йоханна; Бенефилд, Жаклин; Бёлке, Джон К.; Чессон, Лесли А.; Коплен, Тайлер Б.; Дин, Типинг; Данн, Филип Дж. Х.; Грёнинг, Манфред; Холден, Норман Э.; Мейер, Харро Эй Джей (04 мая 2022 г.). «Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . doi : 10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  3. ^ аб Мозли, PT; Сибрук, CJ (1973). «Кристаллическая структура β-тантала». Acta Crystallographica Раздел B: Структурная кристаллография и кристаллохимия . 29 (5): 1170–1171. дои : 10.1107/S0567740873004140.
  4. ^ Лиде, Д.Р., изд. (2005). «Магнитная восприимчивость элементов и неорганических соединений». Справочник CRC по химии и физике (PDF) (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  5. ^ Уэст, Роберт (1984). CRC, Справочник по химии и физике . Бока-Ратон, Флорида: Издательство компании Chemical Rubber Company. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
  6. ^ Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С.; Ауди, Г. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Китайская физика C . 45 (3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  7. ^ Еврипид , Орест
  8. ^ Маклеллан, РА (2023). «Химические профили оксидов тантала в современных сверхпроводящих схемах». Передовая наука (Вайнхайм, Баден-Вюртемберг, Германия) . 10 (21): e2300921. arXiv : 2301.04567 . дои : 10.1002/advs.202300921. ПМЦ 10375100 . ПМИД  37166044. 
  9. ^ Кроули, К.Д. (2023). «Распутывание потерь в танталовых сверхпроводящих цепях». arXiv : 2301.07848 . {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  10. ^ «Европейская комиссия (2010). Критически важное сырье для ЕС. Отчет специальной рабочей группы по определению критического сырья». Европейская комиссия . 29 апреля 2015 г.
  11. ^ Экеберг, Андерс (1802). «О свойствах Земли иттрии по сравнению со свойствами глюцина; окаменелостей, в которых содержалась первая из этих земель; и об открытии металлической природы (танталия)». Журнал естественной философии, химии и искусств . 3 : 251–255.
  12. ^ Экеберг, Андерс (1802). «Подготовка к работе с бериллийорденскими егенскаперами, сотрудничество и усилия с берилльорденами: с ископаемыми, первыми вдохами в землю, вместе с любыми природными металлическими кропами». Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens Handlingar . 23 : 68–83.
  13. ^ Гриффит, Уильям П.; Моррис, Питер Дж.Т. (2003). «Чарльз Хэтчетт FRS (1765–1847), химик и первооткрыватель ниобия». Заметки и отчеты Лондонского королевского общества . 57 (3): 299–316. дои : 10.1098/rsnr.2003.0216. JSTOR  3557720. S2CID  144857368.
  14. ^ Волластон, Уильям Хайд (1809). «О тождестве колумбия и тантала». Философские труды Лондонского королевского общества . 99 : 246–252. дои : 10.1098/rstl.1809.0017. JSTOR  107264. S2CID  110567235.
  15. ^ Роуз, Генрих (1844). «Ueber die Zusammensetzung der Tantalite und ein im Tantalite von Baiern enthaltenes neues Metall». Аннален дер Физик (на немецком языке). 139 (10): 317–341. Бибкод : 1844АнП...139..317Р. дои : 10.1002/andp.18441391006.
  16. ^ Роуз, Генрих (1847). «Ueber die Säure im Columbit von Nordamérika». Аннален дер Физик (на немецком языке). 146 (4): 572–577. Бибкод : 1847АнП...146..572Р. дои : 10.1002/andp.18471460410.
  17. ^ аб Мариньяк, Бломстранд; Х. Девиль; Л. Трост и Р. Герман (1866). «Tantalsäure, Niobsäure, (Ilmensäure) und Titansäure». Журнал аналитической химии Фрезениуса . 5 (1): 384–389. дои : 10.1007/BF01302537. S2CID  97246260.
  18. ^ abc Гупта, CK; Сури, АК (1994). Добывающая металлургия ниобия . ЦРК Пресс. ISBN 978-0-8493-6071-8.
  19. ^ Мариньяк, MC (1866). «Исследования комбинаций ниобия». Annales de Chimie et de Physique (на французском языке). 4 (8): 7–75.
  20. ^ Германн, Р. (1871). «Fortgesetzte Untersuchungen über die Verbindungen von Ilmenium und Niobium, sowie über die Zusammensetzung der Niobmineralien (Дальнейшие исследования соединений ильмения и ниобия, а также состава ниобиевых минералов)». Журнал für Praktische Chemie (на немецком языке). 3 (1): 373–427. дои : 10.1002/prac.18710030137.
  21. ^ «Ниобий». Университет Коимбры. Архивировано из оригинала 10 декабря 2007 г. Проверено 5 сентября 2008 г.
  22. ^ Бауэрс, Б. (2001). «Сканирование нашего прошлого из Лондона. Лампа накаливания и новые материалы». Труды IEEE . 89 (3): 413. дои : 10.1109/5.915382. S2CID  28155048.
  23. ^ Лемприер, Джон (1887). Классический словарь Лемприера. п. 659.
  24. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 1138. ИСБН 978-0-08-037941-8.
  25. ^ Колакис, Марианте; Маселло, Мэри Джоан (30 июня 2007 г.). «Тантал». Классическая мифология и многое другое: рабочая тетрадь для чтения . Издательство Больчази-Кардуччи. ISBN 978-0-86516-573-1.
  26. ^ Магнусон, М.; Гречинский, Г.; Эрикссон, Ф.; Хультман, Л.; Хогберг, Х. (2019). «Электронная структура пленок β-Ta по данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и расчетов из первых принципов». Прикладная наука о поверхности . 470 : 607–612. Бибкод : 2019ApSS..470..607M. дои : 10.1016/j.apsusc.2018.11.096. S2CID  54079998.
  27. ^ Ли, С.; Доксбек, М.; Мюллер, Дж.; Чиполло, М.; Кот, П. (2004). «Текстура, структура и фазовые превращения в напыленном покрытии бета-тантала». Технология поверхностей и покрытий . 177–178: 44. doi :10.1016/j.surfcoat.2003.06.008.
  28. ^ Хульт, Микаэль; Вислендер, Дж. С. Элизабет; Мариссенс, Герд; Гаспарро, Жоэль; Вятен, Уве; Мисиашек, Марцин (2009). «Поиск радиоактивности 180mTa с помощью подземного сэндвич-спектрометра HPGe». Прикладное излучение и изотопы . 67 (5): 918–921. doi : 10.1016/j.apradiso.2009.01.057. ПМИД  19246206.
  29. ^ Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Блашо, Жан; Вапстра, Аалдерт Хендрик (2003), «Оценка NUBASE свойств ядра и распада», Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729....3A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11. 001
  30. ^ Вин, Дэвид Тин; Аль Масум, Мохаммед (2003). «Оружие массового поражения» (PDF) . Технологический журнал Успенского университета . 6 (4): 199–219.
  31. ^ «Целевые выходы тантала - База данных ISAC по урожайности - TRIUMF: Национальная лаборатория Канады по частицам и ядерной физике» . mis.triumf.ca .
  32. ^ abc Агулянский, Анатолий (2004). Химия соединений фторидов тантала и ниобия. Эльзевир. ISBN 978-0-444-51604-6. Проверено 2 сентября 2008 г.
  33. ^ Деблонд, Готье Ж. -П.; Шань, Александр; Белэр, Сара; Кот, Жерар (01 июля 2015 г.). «Растворимость ниобия (V) и тантала (V) в слабощелочных условиях». Гидрометаллургия . 156 : 99–106. Бибкод : 2015HydMe.156...99D. doi :10.1016/j.гидромет.2015.05.015. ISSN  0304-386X.
  34. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  35. ^ abc Холлеман, AF; Виберг, Э.; Виберг, Н. (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (на немецком языке) (102-е изд.). де Грюйтер. ISBN 978-3-11-017770-1.
  36. ^ Цукимото, С.; Морияма, М.; Мураками, Масанори (1961). «Микроструктура тонких пленок аморфного нитрида тантала». Тонкие твердые пленки . 460 (1–2): 222–226. Бибкод : 2004TSF...460..222T. дои :10.1016/j.tsf.2004.01.073.
  37. ^ аб Суассон, Дональд Дж.; Маклафферти, Джей-Джей; Пьере, Джеймс А. (1961). «Совместный отчет персонала и промышленности: тантал и ниобий». Индийский англ. Хим . 53 (11): 861–868. дои : 10.1021/ie50623a016.
  38. ^ Шрок, Ричард Р. (1 марта 1979). «Алкилиденовые комплексы ниобия и тантала». Отчеты о химических исследованиях . 12 (3): 98–104. дои : 10.1021/ar50135a004. ISSN  0001-4842.
  39. ^ Морс, премьер-министр; и другие. (2008). «Этиленовые комплексы ранних переходных металлов: кристаллические структуры [HfEt
    4    (С
    2    ЧАС
    4    )2-
    ]     и виды в отрицательном состоянии окисления [TaHEt(C
    2    ЧАС
    4    )3−
    3    ]     и [WH(C
    2    ЧАС
    4    )3−
    4    ]     ». Металлоорганики . 27 (5): 984. doi :10.1021/om701189e.
  40. ^ Эмсли, Джон (2001). «Тантал». Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от А до Я. Оксфорд, Англия, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. п. 420. ИСБН 978-0-19-850340-8.
  41. ^ «Шахты, полезные ископаемые и многое другое». Mindat.org.
  42. ^ «Талисон Танталум планирует перезапустить Водгину в середине 2011 года 9 июня 2010 года» . Рейтер . 09.06.2010. Архивировано из оригинала 19 января 2011 г. Проверено 27 августа 2010 г.
  43. ↑ Эмери, Кейт (24 января 2012 г.). «GAM закрывает танталовый рудник в Воджине» . Западная Австралия . Архивировано из оригинала 4 декабря 2012 года . Проверено 20 марта 2012 г. Снижение спроса на тантал во всем мире и задержки в получении одобрения правительства на установку необходимого дробильного оборудования являются одними из факторов, способствующих принятию этого решения.
  44. ^ "Операции Воджины". Глобальные перспективные металлы. 2008. Архивировано из оригинала 06 октября 2016 г. Проверено 28 марта 2011 г.
  45. ^ аб Папп, Джон Ф. (2006). «Ежегодник минералов Nb и Ta за 2006 год». Геологическая служба США . Проверено 3 июня 2008 г.
  46. ^ Блейвас, Дональд И.; Папп, Джон Ф.; Ягер, Томас Р. (2015). «Изменения в мировом производстве танталовых рудников, 2000–2014 гг.» (PDF) . Геологическая служба США.
  47. ^ MJ (ноябрь 2007 г.). «Танталовая добавка» (PDF) . Горный журнал . Архивировано из оригинала (PDF) 10 сентября 2008 г. Проверено 3 июня 2008 г.
  48. ^ «Международные ресурсы тантала – разведка и добыча» (PDF) . Бюллетень минеральных ресурсов GSWA . 22 (10). Архивировано из оригинала (PDF) 26 сентября 2007 г.
  49. ^ Международный исследовательский центр тантала-ниобия: Колтан. Архивировано 14 января 2016 г. на Wayback Machine. Получено 27 января 2008 г.
  50. ^ "S/2003/1027". 26 октября 2003 г. Проверено 19 апреля 2008 г.
  51. ^ «Специальный репортаж: Конго». Международный комитет спасения. Архивировано из оригинала 5 марта 2012 г. Проверено 19 апреля 2008 г.
  52. ^ Хейс, Карен; Бердж, Ричард (2003). Coltan Mining в Демократической Республике Конго: Как отрасли, использующие тантал, могут способствовать восстановлению ДРК . стр. 1–64. ISBN 978-1-903703-10-6. {{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )
  53. ↑ Дизолеле, Мвемба Фезо (6 января 2011 г.). «Кровавый колтан Конго». Пулитцеровский центр по освещению кризисов . Проверено 8 августа 2009 г.
  54. ^ «Война в Конго и роль Колтана». Архивировано из оригинала 13 июля 2009 г. Проверено 8 августа 2009 г.
  55. ^ «Добыча колтана в бассейне реки Конго». Архивировано из оригинала 30 марта 2009 г. Проверено 8 августа 2009 г.
  56. ^ Геологическая служба США (январь 2021 г.). «Краткая информация о минеральных сырьевых товарах USGS: тантал» (PDF) . Проверено 22 апреля 2021 г.
  57. ^ «Программа минеральных ресурсов». Minerals.usgs.gov . Архивировано из оригинала 4 июня 2013 года.
  58. ^ Аб Чжу, Чжаову; Ченг, Чу Юн (2011). «Технология экстракции растворителем для разделения и очистки ниобия и тантала: обзор». Гидрометаллургия . 107 (1–2): 1–12. Бибкод : 2011HydMe.107....1Z. doi :10.1016/j.гидромет.2010.12.015.
  59. ^ Агулянский, Анатолий (2004). Химия соединений фторидов тантала и ниобия (1-е изд.). Берлингтон: Эльзевир. ISBN 9780080529028.
  60. ^ Окабе, Тору Х.; Садовей, Дональд Р. (1998). «Металлотермическое восстановление как электронно-опосредованная реакция». Журнал исследования материалов . 13 (12): 3372–3377. Бибкод : 1998JMatR..13.3372O. дои : 10.1557/JMR.1998.0459. S2CID  98753880.
  61. ^ «Производство металлов: заманчивая перспектива». Экономист . 16 февраля 2013 г. Проверено 17 апреля 2013 г.
  62. ^ «NFPA 484 - Стандарт на горючие металлы, металлические порошки и металлическую пыль - издание 2002 г.» (PDF) . Национальная ассоциация пожарной безопасности . НФПА. 13 августа 2002 г. Проверено 12 февраля 2016 г.
  63. ^ ab «Отчет о товарах за 2008 год: Тантал» (PDF) . Геологическая служба США . Проверено 24 октября 2008 г.
  64. ^ «Танталовые изделия: танталовые листы и пластины | Admat Inc» . Компания Адмат . Архивировано из оригинала 29 августа 2018 г. Проверено 28 августа 2018 г.
  65. ^ Бакман, Р.В. младший (2000). «Новые применения тантала и танталовых сплавов». JOM: Журнал Общества минералов, металлов и материалов . 52 (3): 40. Бибкод : 2000JOM....52c..40B. дои : 10.1007/s11837-000-0100-6. S2CID  136550744.
  66. ^ Коэн, Р.; Делла Валле, CJ; Джейкобс, Джей-Джей (2006). «Применение пористого тантала при тотальном эндопротезировании тазобедренного сустава». Журнал Американской академии хирургов-ортопедов . 14 (12): 646–55. дои : 10.5435/00124635-200611000-00008. ПМИД  17077337.
  67. ^ Аб Балке, Кларенс В. (1935). «Колумбий и тантал». Промышленная и инженерная химия . 20 (10): 1166. doi :10.1021/ie50310a022.
  68. ^ Белл, Джим (2015). Межзвездная эпоха: история мужчин и женщин НАСА, которые летали на сорокалетней миссии «Вояджер» . Нью-Йорк: Даттон. п. 110. ИСБН 978-0-525-95432-3.
  69. ^ Немат-Насер, Сиа; Айзекс, Джон Б.; Лю, Минци (1998). «Микроструктура высокодеформированного, высокоскоростно деформированного тантала». Акта Материалия . 46 (4): 1307. Бибкод : 1998AcMat..46.1307N. дои : 10.1016/S1359-6454(97)00746-5.
  70. ^ Уолтерс, Уильям; Куч, Уильям; Беркинс, Мэтью; Буркинс, Мэтью (2001). «Пробивная стойкость титанового сплава к струям танталовых гильз кумулятивных зарядов». Международный журнал ударной инженерии . 26 (1–10): 823. doi :10.1016/S0734-743X(01)00135-X. S2CID  92307431.
  71. ^ Рассел, Алан М.; Ли, Кок Лунг (2005). Соотношения структура-свойства в цветных металлах. Хобокен, Нью-Джерси: Wiley-Interscience. п. 218. ИСБН 978-0-471-64952-6.
  72. ^ Аб Берк, Джеральд Л. (август 1940 г.). «Коррозия металлов в тканях и введение в тантал». Журнал Канадской медицинской ассоциации . 43 (2): 125–128. ПМК 538079 . ПМИД  20321780. 
  73. ^ Блэк, Дж. (1994). «Биологическая эффективность тантала». Клинические материалы . 16 (3): 167–173. дои : 10.1016/0267-6605(94)90113-9. ПМИД  10172264.
  74. ^ Паганиас, Христос Г.; Цакотос, Джордж А.; Кутсостатис, Стефанос Д.; Мачерас, Джордж А. (2012). «Костная интеграция в пористых танталовых имплантатах». Индийский журнал ортопедии . 46 (5): 505–13. дои : 10.4103/0019-5413.101032 . ISSN  0019-5413. ПМК 3491782 . ПМИД  23162141. 
  75. ^ Музыкант, Соломон (1985). «Композиция оптического стекла». Оптические материалы: введение в выбор и применение . ЦРК Пресс. п. 28. ISBN 978-0-8247-7309-0.
  76. ^ Грин, TH. (1995). «Значение Nb/Ta как индикатора геохимических процессов в системе кора-мантия». Химическая геология . 120 (3–4): 347–359. Бибкод :1995ЧГео.120..347Г. дои : 10.1016/0009-2541(94)00145-X.
  77. ^ Ху, З.; Гао, С. (2008). «Содержание микроэлементов в верхней коре: пересмотр и обновление». Химическая геология . 253 (3–4): 205. Бибкод : 2008ChGeo.253..205H. doi :10.1016/j.chemgeo.2008.05.010.
  78. ^ abc Филелла, М. (2017). «Тантал в окружающей среде». Обзоры наук о Земле . 173 : 122–140. Бибкод : 2017ESRv..173..122F. doi :10.1016/j.earscirev.2017.07.002.
  79. ^ Филелла, М.; Родушкин И. (2018). «Краткое руководство по определению менее изученных технологически важных элементов (Nb, Ta, Ga, In, Ge, Te) методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в пробах окружающей среды». Spectrochimica Acta Часть B. 141 : 80–84. Бибкод : 2018AcSpe.141...80F. дои : 10.1016/j.sab.2018.01.004.
  80. ^ Властелич, И.; Сухорский, К.; Селлегри, К.; Коломб, А.; Науре, Ф.; Бувье, Л.; Пиро, Дж.Л. (2015). «Бюджет элементов атмосферного аэрозоля с высокой напряженностью поля (Пюи-де-Дом, Франция)». Geochimica et Cosmochimica Acta . 167 : 253–268. Бибкод : 2015GeCoA.167..253В. дои : 10.1016/j.gca.2015.07.006.
  81. ^ Филелла, М.; Родригес-Мурильо, Х.К. (2017). «Менее изученные ТВК: увеличивается ли их концентрация в окружающей среде из-за их использования в новых технологиях?». Хемосфера . 182 : 605–616. Бибкод : 2017Chmsp.182..605F. doi :10.1016/j.chemSphere.2017.05.024. ПМИД  28525874.
  82. ^ Мацуно, Х.; Ёкояма, А.; Ватари, Ф.; Уо, М.; Кавасаки, Т. (2001). «Биосовместимость и остеогенез имплантатов из тугоплавких металлов, титана, гафния, ниобия, тантала и рения. Биосовместимость тантала». Биоматериалы . 22 (11): 1253–1262. дои : 10.1016/S0142-9612(00)00275-1. ПМИД  11336297.
  83. ^ «CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям - Тантал (металлическая и оксидная пыль, как Та)» . www.cdc.gov . Проверено 24 ноября 2015 г.
  84. ^ «Джек Райан, 2 сезон». IMDB . Проверено 28 января 2024 г.

Внешние ссылки

Найдите тантал в Викисловаре, бесплатном словаре.
Викискладе есть медиафайлы, связанные с танталом.