Tantal | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Utseende | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Skinnende grå metall | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spektral linje | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Generelt | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Navn, symbol, atomnummer | tantal, Ta, 73 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Serie | overgangsmetaller | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gruppe , punktum , blokk | 5 (VB) , 6 , d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tetthet | 16 650 kg / m³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hardhet | 6.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronisk konfigurasjon | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spektroskopisk begrep | 4 F 3/2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomiske egenskaper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomvekt | 180,94788 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomradius (kalkulert) | 145 (200) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalent radius | 138 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Van der Waals radius | 142.5 pm [1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronisk konfigurasjon | [ Xe ] 4f 14 5d 3 6s 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
og - etter energinivå | 2, 8, 18, 32, 11, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oksydasjonstilstander | 5, 4, 3, 2, -1 (moderat surt ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Krystallinsk struktur | kroppssentrert kubikk | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fysiske egenskaper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Når det gjelder | fast | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fusjonspunkt | 3 290 K (3 020 °C ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kokepunkt | 5 731 K (5 458 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molar volum | 1,085 × 10 −5 m³ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Entalpi av fordampning | 743 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fusjonsvarme | 31,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Damptrykk | 0,776 Pa ved 3 269 K. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lydens hastighet | 3 400 m/s ved 293,15 K. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Andre eiendommer | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS-nummer | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativitet | 1.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spesifikk varme | 140 J / (kg K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrisk ledningsevne | 7,61 × 10 6 / m Ω | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Termisk ledningsevne | 57,5 W / (m K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energi fra første ionisering | 761 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Andre ioniseringsenergi | 1 500 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mer stabile isotoper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
iso: isotop NA: overflod i naturen TD: halveringstid DM: forfallsmodus DE: forfallsenergi i MeV DP: forfallsprodukt |
Tantal er det kjemiske elementet med atomnummer 73 og symbolet er Ta .
Det er et hardt og formbart overgangsmetall , skinnende, blågrå i fargen, meget motstandsdyktig mot korrosjon, spesielt syreangrep , og er en god leder av varme og elektrisitet. Den er ganske sjelden i naturen og finnes i mineralet tantalitt . Tantal har mange bruksområder: det brukes i kirurgiske instrumenter, i intrakorporale proteseimplantater, fordi det ikke reagerer med kroppsvæsker, men også i produksjon av små kondensatorer for en verden av forbrukerelektronikk og mobiltelefoni . Den brukes også i haute horlogerie for produksjon av etuier til armbåndsur. [2]
Tantal er svært motstandsdyktig mot korrosjon: for temperaturer under150 ° C kan betraktes som fullstendig immun mot kjemiske angrep, selv mot ekstremt aggressive stoffer som aqua regia , og kan bare påvirkes av flussyre , av sure løsninger som inneholder fluorionet og av fritt svoveltrioksid . Tantal har et meget høyt smeltepunkt, kun overgått av wolfram og rhenium (smeltepunkt 3 290 K, kokepunkt 5 731 K). Tantal danner oksider med oksidasjonstilstander +5 (Ta 2 O 5 , mer stabil) og +4 (TaO 2 ).
Hovedbruken for tantal, i form av metallpulver, er i produksjonen av elektroniske komponenter, spesielt tantalkondensatorer , som er svært små i forhold til deres kapasitet. Disse brukes i nesten alle bærbare elektroniske enheter, for eksempel mobiltelefoner , bærbare datamaskiner , DVD-spillere , digitale kameraer og videokameraer , og bilelektronikk.
Tantal brukes også i et stort utvalg legeringer med høyt smeltepunkt, sterk styrke og god duktilitet. Legert med andre metaller brukes det også til produksjon av karbidverktøy for metallbearbeiding og i produksjon av superlegeringer for jetmotorer , instrumentering for kjemiske laboratorier og atomreaktorer og deler til missiler .
Andre bruksområder:
Tantal (fra det gamle greske Tantalos ) ble oppdaget i Sverige i 1802 av Anders Ekeberg og isolert rundt 1824 av Jöns Berzelius . [3] Mange kjemikere på den tiden mente at niob og tantal var det samme grunnstoffet: denne oppfatningen ble tilbakevist i 1844 og 1866, da forskere viste at niobsyre og tantalsyre var to forskjellige forbindelser.
De første forskerne klarte bare å isolere det urene metallet: det første relativt rene og duktile metalliske tantalet ble produsert av Werner von Bolton i 1903 . Tantal filamenter ble brukt i elektriske pærer til de ble erstattet av wolfram . [4]
Navnet ble valgt av Ekeberg og stammer fra den mytiske karakteren til Tantalus (gresk Τάνταλος Tántalos ), far til Niobe i gresk mytologi , som etter hans død ble dømt til å forbli nedsenket i vann opp til knærne, mens frukt vokste over ham perfekt at de ville friste ham i evighet: hvis han bøyde seg for å drikke, forsvant vannet, og hvis han løftet armene for å plukke frukten, steg grenene som holdt dem utenfor hans rekkevidde. På en måte ligner dette den kjemiske oppførselen til tantal, som ikke løses opp i syrer. [4]
Coltan, forkortelse for columbite-tantalite eller columbo-tantalite, en blanding av to oksider med høyt tantalinnhold, finnes i store mengder i den østlige delen av Kongo . Ledelsen av utvinningen og trafikken av dette og andre mineraler ( gull , kassiteritt , etc.) av paramilitære organisasjoner og afrikansk gerilja, med relativ utnyttelse av lokal arbeidskraft, bidrar til den ti år lange ustabiliteten i området og til borgerkrigen . FN selv er involvert på stedet, først i MONUC-oppdraget og siden 2010 i MONUSCO-oppdraget. [5] I journalistiske kilder blir denne konflikten ofte referert til som "Coltan-krigen", og starter med FN-rapporter som brakte saken frem i lyset i 2001. [6]
Gjennom årene har flere multinasjonale selskaper blitt anklaget for å bidra til denne trafikken, [7] opp til former for opprinnelsessertifisering. [8] Til tross for millioner av dødsfall forårsaket av konflikter, de utbredte bruddene på menneskerettighetene som er observert og involveringen av den nye teknologisektoren, finner saken også liten plass i media. [9]
Tantal finnes hovedsakelig i mineralet tantalitt [( Fe , Mn ) Ta 2 O 6 ] og euksenitt- (Y) (andre mineraler: samarskitt og fergusonitt ). Tantalitt finnes oftest blandet med kolumbitt i et mineral kalt kolumbitt-tantalitt ( i daglig tale coltan ).
Kommersielt utnyttede tantalforekomster finnes i Australia , Brasil , Canada , Den demokratiske republikken Kongo , Mosambik , Nigeria , Portugal og Thailand .
Separasjonen av tantal fra niob tar en lang prosess, som består av mange kompliserte trinn. Kommersiell produksjon av dette elementet kan utnytte en av mange forskjellige metoder, inkludert elektrolyse av smeltet kaliumfluortantalat eller dets reduksjon med natrium , eller reaksjonen mellom tantalkarbid og tantaloksid . Tantal utvinnes også som et biprodukt av tinngruvedrift .
Store tantalprodusenter i 2019 [10] | ||
---|---|---|
Stilling | Landsby | Produksjon (tonn) |
1 | DR i Kongo | 580 |
2 | Brasil | 430 |
3 | Rwanda | 336 |
4 | Nigeria | 180 |
5 | Kina | 76 |
6 | Etiopia | 70 |
7 | Australia | 67 |
8 | Burundi | 38 |
9 | Russland | 26 |
Forskere ved det amerikanske Los Alamos National Laboratory har utviklet et komposittmateriale av tantalkarbid og grafitt som har vist seg å være et av de hardeste materialene som noen gang er laget av mennesker .
Naturlig tilgjengelig tantal består av to isotoper : Ta-181 (99,988%), [11] [12] som er stabil, og den sjeldne [13] Ta-180m (0,012%). [14] Sistnevnte representerer den eksiterte tilstanden til nukliden Ta-180, dvs. en av dens kjernefysiske isomere (teknisk betegnelse for kjernefysikk ). Isotopen Ta-180m, som har spinn 9-, er den første eksiterte tilstanden til Ta-180, som har spin1 +. Denne eksiterte tilstanden Ta-180m de-energiserer og avtar elektromagnetisk ved Ta-180 og sender ut gammastråling på 77,2 keV. Halveringstiden for denne prosessen er ekstremt høy og av denne grunn er den vanskelig å måle: den er estimert til over 7 · 10 15 år . [14] En viktig faktor som er ansvarlig for en så lang halveringstid er det store kjernefysiske vinkelmomentgapet mellom de eksiterte og fundamentale tilstandene, [15] og en annen er det lille energigapet, dvs. den lille gevinsten i stabilitet etter et forfall. Ta-180 som er dannet på denne måten, i motsetning til Ta-181, har protoner og nøytroner både merkelige og, også av denne grunn, er den ustabil: 85 % henfaller ved elektronisk fangst for å gi Hf-180 (stabil), og med 15 % for beta-forfall for å gi W-180 (med forbehold om alfa-forfall , men observerbart stabil), med en halveringstid på 8,154 timer. [14] Resultatet er at Ta-180 er den eneste isotopen som er tilstede i naturen praktisk talt bare i en eksitert tilstand.
Støv fra dette metallet kan antennes og til og med eksplodere når det varmes opp.