Тугоплавкий металл тантал

Тантал (Ta) - химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 73, атомная масса 180,94. Блестящий серебристо-белый металл, относящийся к классу тугоплавких. Имеет плотность 16,65 г/см³, температуру плавления t_пл. = 3017 °С, температуру кипения t_кип. = 5458 °С. Обладает хорошей прочностью, твердостью и при этом достаточно пластичен.

Описываемый химический элемент относится к редким металлам. Его запасы в земной коре составляют примерно 0,0002%. В рудах всегда встречается вместе с ниобием. Основные минералы - колумбит-танталит, лопарит.

Тантал был открыт шведским химиком А. Г. Экебергом в 1802 г. Но в результате этого открытия он не был выделен в чистом виде. До 1844 г. считалось, что Ta и Nb являются одним и тем же элементом. В 1903 г. пластичный металлический тантал впервые удалось получить немецкому ученому В. Болтону, а первый промышленный штабик был произведен лишь в 1922 г. Активное промышленное производство Ta было налажено в конце Второй Мировой войны.

Физическиесвойства

Свойство	Значение
Атомный номер	73
Атомная масса, а.е.м	180,94
Радиус атома, пм	149
Плотность, г/см³	16,65
Молярная теплоемкость, Дж/(K·моль)	25,39
Теплопроводность, Вт/(м·K)	57,5
Температура плавления, °С	3017
Температура кипения, °С	5458
Теплота плавления, кДж/моль	24,7
Теплота испарения, кДж/моль	758
Молярный объем, см³/моль	10,9
Группа металлов	Тугоплавкий металл

Химические свойства

Свойство	Значение
Ковалентный радиус, пм	134
Радиус иона, пм	(+5e) 68
Электроотрицательность (по Полингу)	1,5
Электродный потенциал	0
Степени окисления	5

В большинстве случаев материал распространяется в чистом виде, однако, встречаются и сплавы с другими металлами.

• ТВЧ - тантал высокой чистоты, содержание Ta составляет 99,9%.
• Т - чистый тантал с 99,37% Ta и 0,5% Nb.
• ТВ - сплав Ta с W.

Достоинства:
• обладает высокой температурой плавления;
• имеет хорошие механические и технологические свойства - твердый, прочный и пластичный металл;
• стоек к коррозии во многих химически агрессивных средах;
• обладает способностью поглощать газы;
• имеет хорошую совместимость с биологическими тканями.

Недостатки:
• низкий процент содержания в земной коре;
• очень высокая стоимость.

Основные направления использования металла следующие:

• электровакуумные приборы;
• электроника;
• медицина;
• химическая и атомная промышленность;
• металлургия.

Основными свойствами, которые используются для производства деталей электровакуумных приборов, являются высокая температура плавления и способность к поглощению газов. Среди конкретных компонентов, производимых из тантала, можно выделить пружины, сетки мощных генераторных ламп, катоды прямого и косвенного накала, аноды.

Способность Ta к образованию устойчивой оксидной пленки при электролитическом анодном окислении используется для создания электронных компонентов. Такое свойство тантала позволяет применять данный материал в электролитических конденсаторах.

Благодаря совместимости Ta с биологическими тканями рассматриваемый металл получил широкое распространение в медицине.

Коррозионная стойкость, прочность и тугоплавкость тантала определили его использование в химическом и ядерном машиностроении в качестве конструкционного материала.

Очень высокая твердость Ta позволяет применять данный металл для производства твердых сплавов. Так замена TiС на TaС существенно улучшает механические свойства твердого сплава.

Промышленностью выпускается большое разнообразие заготовок из рассматриваемого тугоплавкого материала. Среди плоского проката наиболее распространены танталовая фольга и лента, листы и полосы; круглый прокат представлен танталовой трубой, проволокой и нитью, прутками и кругами. Также важной промышленной продукцией является порошок тантала.