Tantal ist ein chemisches Element mit dem Symbol Ta und Atomnummer 73. Vorher bekannt als tantalium kommt der Name aus Tantalus, einem Charakter von der griechischen Mythologie. Tantal ist ein seltenes, hartes, blau-graues, glänzendes Übergang-Metall, das hoch widerstandsfähige Korrosion ist. Es ist ein Teil der widerspenstigen Metallgruppe, die als geringer Bestandteil in der Legierung weit verwendet werden. Die chemische Trägheit des Tantals macht es eine wertvolle Substanz für die Laborausrüstung und einen Ersatz für Platin, aber sein Hauptgebrauch ist heute in Tantal-Kondensatoren in der elektronischen Ausrüstung wie Mobiltelefone, DVD-Spieler, Videospiel-Systeme und Computer.

Tantal, immer zusammen mit dem chemisch ähnlichen Niobium, kommt in den Mineralen tantalite, columbite und coltan (eine Mischung von columbite und tantalite) vor.

Geschichte

Tantal wurde in Schweden 1802 von Anders Ekeberg entdeckt. Ein Jahr früher hatte Charles Hatchett das Element columbium entdeckt. 1809 hat der englische Chemiker William Hyde Wollaston die Oxyde abgeleitet sowohl columbium — columbite, mit einer Dichte 5.918 g/cm, als auch Tantal — tantalite, mit einer Dichte 7.935 g/cm verglichen und hat beschlossen, dass die zwei Oxyde, trotz ihres Unterschieds in der gemessenen Dichte, identisch waren. Er hat sich dafür entschieden, das Namentantal zu behalten. Nachdem Friedrich Wöhler diese Ergebnisse bestätigt hat, wurde es gedacht, dass columbium und Tantal dasselbe Element waren. Dieser Beschluss wurde 1846 vom deutschen Chemiker Heinrich Rose diskutiert, der behauptet hat, dass es zwei zusätzliche Elemente in der tantalite Probe gab, und er sie nach den Kindern von Tantalus genannt hat: Niobium (von Niobe, der Göttin von Tränen), und pelopium (von Pelops). Das angenommene Element "pelopium" wurde später als eine Mischung des Tantals und Niobium identifiziert, und es wurde gefunden, dass das Niobium zum columbium bereits entdeckt 1801 von Hatchett identisch war.

Die Unterschiede zwischen Tantal und Niobium wurden unzweideutig 1864 von Christian Wilhelm Blomstrand und Henri Etienne Sainte-Claire Deville, sowie von Louis J. Troost demonstriert, der die empirischen Formeln von einigen ihrer Zusammensetzungen 1865 bestimmt hat. Weitere Bestätigung ist aus dem schweizerischen Chemiker Jean Charles Galissard de Marignac 1866 gekommen, wer bewiesen hat, dass es nur zwei Elemente gab. Diese Entdeckungen haben Wissenschaftler nicht verhindert, Artikel über den so genannten ilmenium bis 1871 zu veröffentlichen. De Marignac war erst, um die metallische Form des Tantals 1864 zu erzeugen, als er Tantal-Chlorid reduziert hat, indem er es in einer Atmosphäre von Wasserstoff geheizt hat. Frühe Ermittlungsbeamte waren nur im Stande gewesen, unreines Tantal zu erzeugen, und das erste relativ reine hämmerbare Metall wurde von Werner von Bolton 1903 erzeugt. Mit dem metallischen Tantal gemachte Leitungen wurden für Glühbirne-Glühfäden verwendet, bis Wolfram es im weit verbreiteten Gebrauch ersetzt hat.

Das Namentantal wurde aus dem Namen mythologischen Tantalus, dem Vater von Niobe in der griechischen Mythologie abgeleitet. In der Geschichte war er nach dem Tod bestraft worden, indem er verurteilt worden ist, bis an die Knie in Wasser mit der vollkommenen Frucht zu stehen, die über seinem Kopf, wächst, von denen beide ihn ewig gepeinigt haben. (Wenn er sich gebogen hat, um das Wasser zu trinken, ist es unter dem Niveau abgeflossen, das er erreichen konnte, und wenn er nach der Frucht, die aus seinem Griff bewegten Zweige gegriffen hat.) hat Ekeberg "Dieses Metall geschrieben, das ich Tantal … teilweise in der Anspielung auf seine Unfähigkeit, wenn versenkt, in Säure nenne, um irgendwelchen zu absorbieren und gesättigt zu werden."

Seit Jahrzehnten ist die kommerzielle Technologie, um Tantal von Niobium zu trennen, mit der Bruchkristallisierung des Kaliums heptafluorotantalate weg vom Kalium oxypentafluoroniobate Monohydrat, ein Prozess verbunden gewesen, der von Jean Charles Galissard de Marignac 1866 entdeckt wurde. Diese Methode ist durch die lösende Förderung von Fluorid enthaltenden Lösungen des Tantals verdrängt worden.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Tantal ist (blau-grau), dicht, hämmerbar, sehr hart, leicht fabriziert und hoch leitend der Hitze und Elektrizität dunkel. Das Metall ist für seinen Widerstand gegen die Korrosion durch Säuren berühmt; tatsächlich, bei Temperaturen unter 150 °C Tantal ist fast völlig geschützt, um durch das normalerweise aggressive Wasser regia anzugreifen. Es kann mit hydrofluoric Säure oder acidic Lösungen aufgelöst werden, die das Fluorid-Ion und Schwefel-Trioxid, sowie mit einer Lösung von Ätzkali enthalten. Der hohe Schmelzpunkt des Tantals von 3017 °C (Siedepunkt 5458 °C) wird nur durch das Wolfram, Rhenium und Osmium für Metalle und Kohlenstoff überschritten.

Tantal besteht in zwei kristallenen Phasen, Alpha und Beta. Die Alpha-Phase ist relativ hämmerbar und weich; es hat Kubikstruktur (Raumgruppe Im3m, Gitter unveränderlich = 0.33058 nm), Härte von Knoop 200-400 HN und elektrischer spezifischer Widerstand 15-60 µΩ  Cm Körper-. Die Beta-Phase ist hart und spröde; seine Kristallsymmetrie ist tetragonal (Raumgruppe P42/mnm, = 1.0194 nm, c = 0.5313 nm), Härte von Knoop ist 1000-1300 HN, und elektrischer spezifischer Widerstand ist an 170-210 µΩ  Cm relativ hoch. Die Beta-Phase ist metastable und wandelt sich zur Alpha-Phase nach der Heizung zu 750-775 °C um. Hauptteil-Tantal ist fast völlig Alpha-Phase, und die Beta-Phase besteht gewöhnlich als dünne Filme, die durch magnetron erhalten sind

das Spritzen, chemische Dampf-Absetzung oder elektrochemische Absetzung von einer eutektischen geschmolzenen Salz-Lösung.

Chemische Eigenschaften

Tantal-Form-Oxyde mit der Oxydation setzen +5 (TaO) und +4 (TaO) fest. Der stabilste Oxydationsstaat ist +5, Tantal pentoxide. Tantal pentoxide ist das Ausgangsmaterial für mehrere Tantal-Zusammensetzungen. Die Zusammensetzungen werden durch das Auflösen des pentoxide in grundlegenden Hydroxyd-Lösungen oder durch das Schmelzen davon in einem anderen Metalloxyd geschaffen. Solche Beispiele sind Lithium tantalate (LiTaO) und Lanthan tantalate (LaTaO). Im Lithium tantalate kommt das tantalate Ion nicht vor; statt dessen vertritt dieser Teil der Formel Verbindung von octahedra, um ein dreidimensionales perovskite Fachwerk zu bilden; während das Lanthan tantalate einsame vierflächige Gruppen enthält.

Die Fluoride des Tantals können für seine Trennung von Niobium verwendet werden. Tantal bildet Halogen-Zusammensetzungen in den Oxydationsstaaten +5, +4, und +3 des Typs, und, obwohl Vielkernkomplexe und substochiometrische Zusammensetzungen auch bekannt sind. Tantal pentafluoride (TaF) ist ein weißer Festkörper mit einem Schmelzpunkt von 97.0 °C, und Tantal pentachloride ist (TaCl) ein weißer Festkörper mit einem Schmelzpunkt von 247.4 °C. Tantal pentachloride ist hydrolyzed durch Wasser und reagiert mit dem zusätzlichen Tantal bei Hochtemperaturen durch das Formen des schwarzen und hoch hygroskopischen Tantals tetrachloride (TaCl). Während die Trihalogen-Zusammensetzungen durch die Verminderung des pentahalogenes mit Wasserstoff erhalten werden können, bestehen die Dihalogen-Zusammensetzungen nicht. Eine Legierung des Tantal-Tellurs bildet Quasikristalle. Tantal-Zusammensetzungen mit der Oxydation setzen mindestens 1 fest sind 2008 berichtet worden.

Ähnlich den meisten anderen widerspenstigen Metallen sind die härtesten bekannten Zusammensetzungen des Tantals seine stabilen Nitride und Karbide. Tantal-Karbid, TaC, wie das allgemeiner verwendete Wolfram-Karbid, ist eine sehr harte Keramik, die im Ausschnitt von Werkzeugen verwendet wird. Tantal (III) Nitrid wird als ein dünner Filmisolator in einigen mikroelektronischen Herstellungsprozessen verwendet. Chemiker am Los Alamos National Laboratory in den Vereinigten Staaten haben ein Tantal-Zusammensetzungsmaterial des Karbid-Grafits entwickelt, das eines der härtesten jemals synthetisierten Materialien ist. Koreanische Forscher haben eine amorphe mit dem Tantal mit dem Wolfram kupferne Legierung entwickelt, die flexibler und zwei bis dreimal stärker ist als allgemein verwendete Stahllegierung. Es gibt zwei Tantal aluminides, TaAl und TaAl. Diese sind stabil, widerspenstig, und reflektierend, und sie sind als Überzüge für den Gebrauch in Infrarotwelle-Spiegeln vorgeschlagen worden.

Isotope

Natürliches Tantal besteht aus zwei Isotopen: Ta (0.012 %) und Ta (99.988 %). Ta ist ein stabiles Isotop. Ta (zeigt M einen Metastable-Staat an), wird vorausgesagt, um auf drei Weisen zu verfallen: Isomerer Übergang zum Boden-Staat Ta, Beta-Zerfall zu W oder Elektron gewinnen zu Hf. Jedoch ist die Radioaktivität dieses Kernisomer nie beobachtet worden. Nur eine niedrigere Grenze auf seiner Hälfte des Lebens von mehr als 10 Jahren ist festgelegt worden. Der Boden-Staat Ta hat ein halbes Leben von nur 8 Stunden. Ta ist der einzige natürlich vorkommende Kernisomer (radiogenic und das cosmogenic kurze Leben nuclides ausschließend). Es ist auch das seltenste Isotop im Weltall, den elementaren Überfluss am Tantal und isotopic Überfluss an Ta in der natürlichen Mischung von Isotopen in Betracht ziehend (und wieder radiogenic und cosmogenic kurzem Leben nuclides ausschließend).

Tantal ist theoretisch als ein "Einpökeln"-Material für Kernwaffen untersucht worden (Kobalt ist das besser bekannte hypothetische Einpökeln-Material). Eine Außenschale von Ta würde durch den intensiven energiereichen Neutronfluss von einer hypothetischen explodierenden Kernwaffe bestrahlt. Das würde das Tantal ins radioaktive Isotop Ta umwandeln, der eine Halbwertzeit von 114.4 Tagen hat und Gammastrahlung mit etwa 1.12 Millionen Elektronvolt (MeV) der Energie pro Kopf erzeugt, die die Radioaktivität des radioaktiven Kernniederschlags von der Explosion seit mehreren Monaten bedeutsam vergrößern würde. Solche "gesalzenen" Waffen sind nie gebaut oder geprüft worden, so weit öffentlich bekannt, und sicher nie als Waffen verwendet ist.

Ereignis

schätzt, setzt Tantal ungefähr 1 ppm oder 2 ppm der Kruste der Erde durch das Gewicht zusammen. Es gibt viele Arten von Tantal-Mineralen, von denen nur einige so weit durch die Industrie als Rohstoffe verwendet werden: tantalite, microlite, wodginite, euxenite, Polyverrücktheit. Tantalite (Fe, Minnesota) TaO ist das wichtigste Mineral für die Tantal-Förderung. Tantalite hat dieselbe Mineralstruktur wie columbite (Fe, Minnesota) (Ta, Nebraska) O; wenn es mehr Ta gibt als Nb, wird es tantalite genannt, und wenn es mehr Nb gibt, als Ta es ist, hat columbite (oder niobite) genannt. Die hohe Speicherdichte von tantalite und anderem Tantal, das Minerale enthält, macht den Gebrauch der Gravitationstrennung die beste Methode. Andere Minerale schließen samarskite und fergusonite ein.

Das primäre Bergwerk des Tantals ist in Australien, wo der größte Erzeuger, Globale Fortgeschrittene Metalle, früher bekannt als Minerale von Talison, zwei Gruben im Westlichen Australien, Greenbushes in Southwest und Wodgina im Gebiet von Pilbara operiert. Die Wodgina Mine wurde im Januar 2011 nach dem Bergwerk an der Seite wiedereröffnet wurde gegen Ende 2008 wegen der globalen Finanzkrise aufgehoben. Diese Mine erzeugt ein primäres Tantal konzentrieren sich, der weiter bei der Operation von Greenbushes befördert wird, bevor er an Kunden verkauft wird. Wohingegen die groß angelegten Erzeuger von Niobium in Brasilien und Kanada sind, gibt das Erz dort auch einen kleinen Prozentsatz des Tantals nach. Einige andere Länder wie China, Äthiopien und Mine-Erze von Mozambique mit einem höheren Prozentsatz des Tantals, und erzeugen sie einen bedeutenden Prozentsatz der Produktion in der Welt davon. Tantal wird auch in Thailand und Malaysia als ein Nebenprodukt der Dose erzeugt, die dort abbaut. Während der Gravitationstrennung der Erze von Seife-Ablagerungen nicht nur wird Cassiterite (SnO) gefunden, aber ein kleiner Prozentsatz von auch eingeschlossenem tantalite. Die Schlacke von den Zinnschmelzern enthält dann wirtschaftlich nützliche Beträge des Tantals, das von der Schlacke durchgefiltert wird. Zukünftige Quellen der Versorgung des Tantals, in der Größenordnung von der geschätzten Größe, werden in Saudi-Arabien, Ägypten, Grönland, China, Mozambique, Kanada, Australien, den Vereinigten Staaten, Finnland und Brasilien erforscht.

Coltan, der Industriename für ein columbite-tantalite Mineral, aus dem columbium (d. h. Niobium) und Tantal herausgezogen werden, kann auch in Zentralafrika gefunden werden, das ist, warum Tantal mit dem Krieg im Kongo verbunden wird. Gemäß einem Bericht der Vereinten Nationen am 23. Oktober 2003, dem Schmuggel und der Ausfuhr von coltan hat geholfen, dem Krieg im Kongo, eine Krise Brennstoff zu liefern, die auf etwa 5.4 Millionen Todesfälle seit 1998 - das Bilden davon der tödlichste dokumentierte Konflikt in der Welt seit dem Zweiten Weltkrieg hinausgelaufen ist. Moralfragen sind über das verantwortliche korporative Verhalten, die Menschenrechte aufgebracht worden, und Tierwelt wegen der Ausnutzung von Mitteln wie coltan in den Gebieten der bewaffneten Auseinandersetzung der Waschschüssel von Kongo gefährdend. Jedoch, obwohl wichtig, für die lokale Wirtschaft im Kongo, ist der Beitrag von coltan, der im Kongo zur Weltversorgung des Tantals abbaut, gewöhnlich klein. Der Geologische USA-Überblick berichtet in seinem Jahrbuch, dass dieses Gebiet wenig weniger als 1 % der Tantal-Produktion in der Welt in 2002-2006 erzeugt hat, an 10 % 2000 und 2008 kulminierend.

Produktion und Herstellung

Mehrere Schritte werden an der Förderung des Tantals von tantalite beteiligt. Erstens wird das Mineral zerquetscht und durch die Ernst-Trennung konzentriert. Das wird allgemein in der Nähe von der Mine-Seite ausgeführt. Weiter wird die Verarbeitung durch die chemische Trennung gewöhnlich durch das Behandeln von den Erzen mit einer Mischung von hydrofluoric saurer und Schwefelsäure an mehr als 90 °C getan. Diese Reagenzien lösen das Tantal und die Niobium-Oxyde auf, um komplizierte Fluoride zu geben, die von Unreinheiten und von einander getrennt werden können:

:TaO + 14 HF  2 H [TaF] + 5 HO

:NbO + 10 HF  2 H [NbOF] + 3 HO

Die erste Industrieskala-Trennung, die von de Marignac entwickelt ist, hat den Unterschied in der Löslichkeit zwischen dem komplizierten Niobium und den Tantal-Fluoriden K [NbOF] verwendet · HO (Kalium oxypentafluoroniobate Monohydrat) und K [TaF] (Kalium heptafluorotantalate) in Wasser. Neuere Prozesse verwenden die flüssige Förderung der Fluoride von der wässrigen Lösung durch organische Lösungsmittel wie cyclohexanone. Das komplizierte Niobium und die Tantal-Fluoride werden getrennt vom organischen Lösungsmittel mit Wasser herausgezogen, und entweder durch die Hinzufügung des Kalium-Fluorids hinabgestürzt, um einen Kalium-Fluorid-Komplex zu erzeugen, oder mit Ammoniak als der pentoxide hinabgestürzt:

:H [TaF] + 2 KF  K [TaF]  + 2 HF

:2 H [TaF] + 14 NHOH  TaO  + 14 NHF + 9 HO

Der gereinigte K [TaF] wird allgemein durch die Verminderung mit geschmolzenem Natrium behandelt, um ein raues Tantal-Puder zu erzeugen.

In Bezug auf die Herstellung muss das ganze Schweißen des Tantals in einer trägen Atmosphäre von Argon oder Helium getan werden, um es vor der Verunreinigung mit atmosphärischem Benzin zu beschirmen. Tantal ist nicht lötbar. Schleifen des Tantals ist besonders so für das ausgeglühte Tantal schwierig. In der ausgeglühten Bedingung ist Tantal äußerst hämmerbar und kann als Metallplatten sogleich gebildet werden.

Anwendungen

Elektronik

Der Hauptgebrauch für das Tantal, als das Metallpuder, ist in der Produktion von elektronischen Bestandteilen, hauptsächlich Kondensatoren und einige Hochleistungswiderstände. Tantal elektrolytische Kondensatoren nutzt die Tendenz des Tantals aus, eine Schutzoxydoberflächenschicht mit Tantal-Puder zu bilden, das in eine Kügelchen-Gestalt, als ein "Teller" des Kondensators, das Oxyd als das Dielektrikum, und eine elektrolytische Lösung oder der leitende Festkörper als der andere "Teller" gedrückt ist. Weil die dielektrische Schicht sehr dünn sein kann (dünner als die ähnliche Schicht in, zum Beispiel, ein elektrolytischer Aluminiumkondensator), kann eine hohe Kapazität in einem kleinen Volumen erreicht werden. Wegen der Größe und Gewicht-Vorteile sind Tantal-Kondensatoren für tragbare Telefone, Personalcomputer und Automobilelektronik attraktiv.

Legierung

Tantal wird auch verwendet, um eine Vielfalt der Legierung zu erzeugen, die hohe Schmelzpunkte hat, stark ist und gute Dehnbarkeit hat. Beeinträchtigt mit anderen Metallen wird es auch im Bilden von Karbid-Werkzeugen für die Metallbearbeitungsausrüstung und in der Produktion der Superlegierung für Düsenantrieb-Bestandteile, chemische Prozess-Ausrüstung, Kernreaktoren und Raketenteile verwendet. Wegen seiner Dehnbarkeit kann Tantal in feine Leitungen oder Glühfäden gezogen werden, die für verdampfende Metalle wie Aluminium verwendet werden. Da es Angriff durch Körperflüssigkeiten widersteht und nichtirritierend ist, wird Tantal im Bilden chirurgischer Instrumente und implants weit verwendet. Zum Beispiel werden poröse Tantal-Überzüge im Aufbau von orthopädischen implants wegen der Fähigkeit des Tantals verwendet, ein direktes Band zum harten Gewebe zu bilden.

Tantal ist gegen die meisten Säuren außer hydrofluoric saurer und heißer Schwefelsäure träge, auch heiße Laugen veranlassen Tantal zu korrodieren. Dieses Eigentum macht es ein ideales Metall für chemische Reaktionsbehälter und Pfeifen für zerfressende Flüssigkeiten. Hitzeaustauschen-Rollen für die Dampfheizung von Salzsäure werden vom Tantal gemacht. Tantal wurde in der Produktion von extremen hohen Frequenzelektrontuben für Radiosender umfassend verwendet. Das Tantal ist dazu fähig, Sauerstoff und Stickstoff durch das Formen von Nitriden und Oxyden zu gewinnen, und hilft deshalb, das für die Tuben erforderliche Hochvakuum zu stützen.

Anderer Gebrauch

Das Oxyd wird verwendet, um spezielles hohes Brechungsindex-Glas für Kameralinsen zu machen. Der hohe Schmelzpunkt und Oxydationswiderstand führen zum Gebrauch des Metalls in der Produktion von Vakuumbrennofen-Teilen. Wegen seiner hohen Speicherdichte sind gestaltete Anklage und explosiv gebildete penetrator Überseedampfer vom Tantal gebaut worden. Tantal vergrößert außerordentlich die Rüstungsdurchdringen-Fähigkeiten zu einer geformten Anklage wegen seiner hohen Speicherdichte und hohen Schmelzpunkts. Es wird auch gelegentlich in wertvollen Bewachungen z.B von Audemars Piguet, Hublot, Montblanc und Panerai verwendet. Tantal ist auch hoch bioinert und wird als ein orthopädisches implant Material verwendet. Die Elastizität des Tantals macht es ein großes Material für den Hüfte-Ersatz, um Betonungsabschirmung zu vermeiden.

Vorsichtsmaßnahmen

Zusammensetzungen, die Tantal enthalten, wird im Laboratorium selten gestoßen. Das Metall ist hoch biocompatible und wird für den Körper implants und die Überzüge verwendet, deshalb kann Aufmerksamkeit auf andere Elemente oder die physische Natur der chemischen Zusammensetzung gerichtet werden. Eine einzelne Studie ist die einzige Verweisung im Literaturverbindungstantal zu lokalen Sarkomen. Die Studie wurde in der IARC Monografie vol angesetzt. 74, der das folgende "Zeichen dem Leser" einschließt: "Die Einschließung eines Agenten in den Monografien deutet nicht an, dass es ein Karzinogen nur ist, dass die veröffentlichten Daten untersucht worden sind."

Links

• Tantal-Niobium internationales Studienzentrum