Tantal – Wikipedia

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Caractéristiques
En général
Nom, symbole, numéro de commande Cetion, Ta, 73
Catégorie d’élément Métaux de transition
Groupe, point, bloc 5, 6, D
Regarder degré
Numero CAS

7440-25-7

Par exemple le numéro 231-135-5
Echa-Infocard 100 028.304
Partie de masse sur l’enveloppe de la Terre 8 ppm (41. Rang) [d’abord]
Atomaire [2]
Masse atomique 180 94788 (2) [3] dans
Rayon de l’atome (calculé) 145 (200) PM
Rayon de kovalenter 138 h
Configuration d’électrons [Véhicule] 4F 14 5d 3 6s 2
1. Énergie d’ionisation 7 . 549 571 (25) [4] 728 . 42 kJ / fois [5]
2. Énergie d’ionisation 16 . 2 (5) [4] d’abord 560 kJ / fois [5]
3. Énergie d’ionisation 23 . 1 (1,6) [4] 2 230 kJ / fois [5]
4. Énergie d’ionisation 35 . 0 (1,7) [4] 3 380 kJ / fois [5]
5. Énergie d’ionisation 48 . 272 (25) [4] 4 657 . 5 kJ / fois [5]
Physiquement [2]
État global festival
Structure en cristal encarneaux cubiques
densité 16,65 g / cm 3 (20 ° C) [6]
Moh dureté 6.5
magnétisme Paramagnétique ( X m = 1,8 · 10 −4 ) [7]
Point de fusion 3290 K (3017 ° C)
point d’ébullition 5693 K [8] (5420 ° C)
Volume des molaires 10,85 · 10 −6 m 3 · Mol −1
Évaporer 753 kJ / fois [8]
Fusion 36 kJ · fois −1
Vitesse sonore 3400 m · s −1 à 293,15 K
La capacité thermique spécifique 140 J · kg −1 · K −1
Conductivité électrique 7.61 · 10 6 ET EN −1 · M −1
Conductivité thermique 57 W · M −1 · K −1
Chimique [2]
États d’oxydation 5
Potentiel normal −0,81 V (½ TA 2 O 5 + 5 h + + 5 et
→ Ta + 2½ h 2 O)
Électronégativité 1.5 (échelle de pauling)
Isotope
Isotope NH t 1/2 POUR Eux (mev) Zp
177 je {son.} 56,56 h e 1.166 177 HF
178 je {son.} 2,36 h e 1.910 178 HF
179 je {son.} 1,82 A e 0.110 179 HF
180 je {son.} 8 125 h e 0,854 180 HF
b 0,708 180 DANS
180m je 0,012% > 2 · 10 16 un e 0,929 180 HF
b 0,783 180 DANS
IL 0,075 180 je
181 je 99 988 % Écurie
182 je {son.} 114,43 D b 1.814 182 DANS
183 je {son.} 5,1 D b 1 070 183 DANS
Pour plus d’isotopes, voir la liste des isotopes
Propriétés RMN
consignes de sécurité
MME
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Suisse: 5 mg · m −3 (Mesuré comme une poussière imitable) [dix]

Dans la mesure du possible et commun, des unités SI sont utilisées.
Sauf indication contraire, les données fournies s’appliquent aux conditions standard.

Tacebook [ Tantal ] est un élément chimique avec le symbole TA et le numéro de commande 73; Dans le système périodique, il se situe dans le cinquième groupe ou le groupe de vanadium. C’est un rarement du ductile, du graphite gris, du métal de transition brillant. Tantal est principalement utilisé pour la capacité de capacité avec une petite taille. Étant donné que le métal est non toxique et par rapport aux fluides corporels, il est également utilisé pour les implants, comme pour les ongles osseux.

Tantal de grande taille

L’élément a été trouvé en 1802 par Anders Gustav Ebergerg à la fois dans un minerai de tantalite de Kimito en Finlande et à Ytterde de Ytterby en Suède. Il a séparé un oxyde très constant (tantal (V) oxyde) qui ne se disait pas dans aucun acide. Pour enregistrer cette incapacité à absorber l’acide, même si elle est disponible en grande quantité, Ekeberg, en faisant allusion à la figure mythologique du Tantalos, qui ne pouvait pas boire au milieu d’un étang, a incité le tant que Tantal métallique. [11]

Un peu plus tôt, en 1801, Charles Hatchett lui trouva un élément inconnu dans un minerai du Massachusetts, qu’il lui était inconnu Colomb appelé. [douzième] Les oxydes obtenus à partir des deux minerais ont été comparés en 1809 par William Hyde Wollaston et considérés comme l’oxyde d’un seul élément. Il a expliqué les différences mesurées dans le poids spécifique des oxydes par différents états d’oxydation de l’élément. [13] Seul Heinrich Rose s’est méfiée de ce résultat et a examiné les minerais plus précisément. En 1844, il a réussi à prouver qu’il y a deux éléments différents dans l’Erzen de la série de cristaux mixtes Tantalite Columbit. Il a nommé le plus facile dans le minéral Colon Élément se produisant à Niobe, la fille des Tantalos, Niob. [14]

Après la découverte du nouvel élément, divers chimistes ont tenté de présenter le Tantalum Elementary. Le premier, qui était le tantale élémentaire en réduisant l’heptafluorotantalate de potassium avec du potassium, était Jöns Jakob Berzelius en 1824. [15] Cependant, son métal, comme la Rose, ne comprenait que 50% de tantale. [16] Henri Moissan a tenté de produire du tantale dans le four électrique en 1902, mais son produit était très dur et cassant en raison du carbone contenu. [17]

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Le premier à produire du tantalum pur et Duktiles était Werner von Bolton 1903. [18] Il y a atteint en réduisant les oxydes brillants dans le vide et en faisant fondre le métal tantal impur dans le vide et une arche de flamme électrique. [19]

La première application du nouvel élément était celle comme un fil de lueur dans les lampes à incandescence. La raison de passer de l’osmium précédemment utilisé à Tantal était qu’il est plus facile de traiter et a une température utilisateur possible plus élevée allant jusqu’à 2300 ° C. [19] Plus tard, il a été remplacé par Wolfram, qui a un point de fusion encore plus élevé et permet ainsi un spectre lumineux plus près de la lumière du soleil et une sortie lumineuse plus élevée.

En 1922, en utilisant l’utilisation du même et un an plus tard, un nouvel objectif pour Tantal a été trouvé dans les tubes radio. [20]

Tantal est avec un contenu de 2 ppm dans la croûte de terre continentale [21] ou 8 ppm dans la terre de la Terre un élément rare sur Terre. La fréquence est comparable à celle de l’arsenic et du germanium. Au sein du groupe, la fréquence diminue d’un temps. Dans le système solaire est 180m Ta même l’isotope stable le plus rare parmi les éléments rares. [22]

Tantal ne se produit pas, mais uniquement sous la forme de ses connexions dans différents minéraux. En raison de la similitude des deux éléments, les Tantaleres contiennent toujours le NiOB et vice versa (socialisation). Les minéraux de tantale les plus importants sont les représentants de la série de cristaux mixtes de Tantalite Columbit avec la formule générale (Fe, Mn) (NB, TA) 2 O 6 , en fonction de la domination du niob ou du tantal Colon (Columbit de série de cristaux mixtes- (Fe) -Columbit- (Mn)) ou Tantalit (Tantalite des séries de cristaux mixtes (FE) -Tantalite (MN)) sont mentionnées, ainsi que des représentants de la série TAPIOLIT. Royaume de Tantalum Columbite sera également comme Tantalite désigné. Des exemples de minéraux riches en Tantali de ces lignes sont le tapiolith (FE) (Fe 2+ , MN 2+ ) (Ta, nb) 2 O 6 et tantalite (Mn), Mn 2+ je 2 O 6 . [23] Souvent, ces minerais sont également appelés Coltan. Coltan est un acronyme moderne utilisé en politique principalement en politique Col Umbit – Dissoudre Le talite, qui fait référence au minerai niob-tantal, qui compte parmi les quatre séries de cristaux mixtes Columbit- (FE) -Columbit- (Mn), Tantalit (Mn) -Tantalit- (Fe), Columbit- (Mn) -antalite (Mn) et Columbit- (Fe) -Tantalite (Fe).
Les représentants du groupe Microlith au sein du Pyrochlor-Obergruppe et de la Thoreaulith sont plus rares.

Une grande partie de l’offre de tantale du monde occidental provient de scories, qui surviennent en matière de fusion de Zinnerzen ainsi que de l’essai principal. En 2011, environ 40 à 50% de l’entrée mondiale des tantalums et de la République démocratique du Congo ont été éliminées. [24] En 2020, en revanche, la République démocratique du Congo avec 780 tonnes et le Brésil avec 430 tonnes, le Nigéria avec 260 tonnes et le Rwanda avec 254 tonnes étaient les transporteurs les plus importants de Tantalisers. Ensemble, ces 4 pays ont fourni 80% de la production primaire mondiale. [25] Tantal figure sur la liste des matières premières critiques de l’UE et des États-Unis en raison de cette forte dépendance à l’égard de quelques pays. [26] [27] Deux mines en Australie étaient importantes: la mine Wodgina dans le nord-ouest et la mine à Bridgetown-Greenbush Shire en Australie occidentale. De plus, vous trouverez également des minerais tant au Canada et divers pays africains tels que l’Éthiopie, le Mozambique et le Rwanda. Dans les médias, l’occurrence à l’est de la République démocratique [28] [29] Et continuer à jouer un rôle important dans les conflits armés ultérieurs.
Des tanttims tels que B. Les représentants tantalés de la série Kistal mixte Kistal de Columbit Conflit minéral classifié, [30] Son utilisation pour les entreprises est soumise à faire rapport à la SEC. C’est la raison de cela en tant que lieu de production à l’est du Congo, qui sont contrôlés par des rebelles et sont donc soupçonnés de financer des conflits armés. [trente et un]

Promotion mondiale de tantale [32]

Puisqu’il y a toujours du tantalum et du nob ensemble dans les minerais utilisés pour l’antantation, ils doivent être séparés pour extraire les réinmétaux. Ceci est rendu plus difficile par la grande similitude des deux éléments.

La première procédure de séparation a été développée en 1866 par Jean Charles Galissard de Marignac. Il a utilisé la solubilité différente des deux éléments de l’acide de la rivière dilué. Tantal forme le kin-soluble k 2 Savoir 7 , Niob le puits-soluble k 3 Nbof 5 · 2 h 2 O. [34]

Le processus techniquement utilisé est basé sur l’extraction et utilise la solubilité différente des sels de fluor complexes dans l’eau et certains solvants organiques. Le mélange d’arc est initialement dissous dans l’acide rivière concentré ou les mélanges de la rivière et de l’acide sulfurique. Les fluorures complexes forment [nbof 5 ]] 2− Et [Taf 7 ]] 2− . Après que des composants insolubles ont été filtrés, la séparation peut être effectuée par extraction liquide-liquide en utilisant la méthylisobutyl cétone. Si la solution est déplacée avec de la méthylisobutylketone, les complexes niobiques et tantalums passent dans la phase organique, tandis que d’autres éléments tels que le fer ou le manganèse restent dans la phase aqueuse. Si de l’eau est ajoutée à la phase organique séparée, seul le complexe niobique dans ce domaine se dissout, le tantale reste dans la méthylisobutyl cétone. [35]

Avec l’aide du fluorure de potassium, le tant Tantal 2 [Tu sais 7 ] être abattu. La réduction du tantale élémentaire se déroule généralement par le sodium.

Réduction de sodium

Il existe une alternative possible à l’extraction de la distillation fractionnée. À cette fin, les différents points d’ébullition des deux chlorure de chlorure de chlorure (V) et de chlorure de chlorure (V) sont utilisés. Ceux-ci peuvent être obtenus à partir des minerais avec du chlore et du coke à des températures élevées. Après la séparation, le tantalchlorure est également réduit en métal avec du sodium.

En plus des minerais de tantalite de collums, les scories de la fusion de l’étain sont une source importante d’antantalisation (contiennent quelques pour cent de tantale).

Le tantale des condensateurs dans les assemblages électroniques n’est presque pas recyclé. Les déchets internes résultant de la production de poudre et de la production de condensateurs, en revanche, conviennent au recyclage. Lors de la production de Walzijet tant que (20% de la consommation), les puces et les faux chargeurs sont encourus par la fusion. Les additifs en alliage tantalcarbid des métaux durs et les restes de sputtertargets sont également recyclables.

L’oxyde de Tantal (V) composé de lunettes et autres sous la forme de tétri-talats lithium dans les composants électroniques nécessite un processus de recyclage chimique élaboré. Cela comprend la torréfaction, la dissolution dans l’acide fluvial ou l’acide sulfurique, l’extraction de solvant avec des cétones ainsi que l’abattage de l’oxyde tant (V) ou la cristallisation du fluorotalate de potassium. Celles-ci sont ensuite fondues dans le poêle à faisceau d’électrons. [36]

Des restes de fin de vie sont récupérées à partir d’environ 10% du tant que contenu dans le monde, qui proviennent presque exclusivement des applications commerciales. Le retour de Tantal des super alliages et des étoiles de pulvérisation fonctionne mieux que le retour des condensateurs, des produits chimiques et des métaux durs. Dans les biens de consommation comme B. Les smartphones et autres appareils électroniques mobiles sont inclus, mais sa concentration pour le recyclage est trop faible. Avec un nouveau crépuscule, qui se produit pendant la production et le traitement, il existe un taux d’application de ferraille d’environ 25% dans la production de tantale. [37]

Propriétés physiques [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Structure cristalline de Tantal, un = 330,3 pm [38]

Tantal est clairement un lilagraues, Steel Hardy (Vickers Durness: 60–120 HV [39] ), Université de la fusion lourde, qui, dans la plupart de ses propriétés, ressemble au niob. Il cristallise dans une structure cristalline centrée sur la salle cubique. En plus de la structure α cubique, β-Agal est également connu, qui cristallise dans une structure cristalline tétragonale correspondant au β-Uranan. Cette modification est métastable et peut être obtenue par électrolyse d’une fusion de tantale. [40]

Avec un point de fusion d’environ 3000 ° C [41] Tantal a le point de fusion le plus élevé de tous les éléments selon Wolfram, le carbone et le rhénium. Si seulement une petite quantité de carbone ou d’hydrogène est stockée dans le métal, le point de fusion augmente considérablement. Un carbure de tantale ultérieur a un point de fusion de 3983 ° C [42] L’un des points de fusion les plus élevés de toutes les substances.

En dessous d’une température de saut de 4,3 Kelvin, Tantal devient un supraconducteur. [39]

Tandis que le tantalum pur est ductil et peut être fortement étiré (résistance à la traction: 240 MPa [39] ), la résistance mécanique change considérablement, même de petites quantités de carbone ou d’hydrogène. Le matériel devient cassant et difficile à traiter. Ce fait est utilisé pour la production de poudre tantale. Il est chargé d’hydrogène dans la technologie et donc parcourir, puis écrasé en conséquence et libéré à nouveau de l’hydrogène à une température plus élevée.

Propriétés chimiques [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Tantal est un métal de base et réagit à des températures élevées avec la plupart des non-métaux tels que l’oxygène, halogénique ou carbone. À température ambiante, cependant, le métal est protégé par une fine couche d’oxyde de tantale (V) et donc passivé. Une réaction n’a lieu qu’à partir d’une température d’environ 300 ° C. [39] En tant que poudre, c’est un solide inflammable qui peut être facilement enflammé par une brève action d’une source d’allumage, puis continue de brûler après son retrait. Plus le tissu est fini, plus le risque d’inflammation est grand. Le métal en forme compacte n’est pas inflammable. [9]

Dans la plupart des acides, le Tantal n’est pas soluble en raison de la passivation, même l’eau royale est incapable de résoudre le métal. Le tantal n’est attaqué que par l’acide fluvial, l’oléum (un mélange d’acide sulfurique et de trioxyde de soufre) et de fondre.

Il y a un total de 30 isotopes et 26 isomères de base de 155 Être jusqu’à 185 Prenez connu. [43] Le tantale naturel se compose presque exclusivement de l’isotope (à 99,988%) 181 Ta. De plus, 0,012% vient l’isomère de base 180m Ta vor.

180m L’AT est le seul nuclide durable et naturel qui n’est pas dans son état de base, mais à l’état vivant. Aucune désintégration radioactive n’a été observée jusqu’à présent, la demi-vie de l’isomère doit être au moins 2,10 16 Des années mentent. [44] L’état de base 180 TA, en revanche, est instable et se désintégre avec une demi-vie de seulement 8,125 heures. 180m TA a une fréquence de 2,49 · 10 dans le système solaire −6 (basé sur le silicium = 1 · 10 6 ). [22]

Divers condensateurs tantaliques

La majeure partie du tantale (volume de production annuel mondial 1 400 t) est utilisée pour une très faible capacité de capacité. En 2007, 60% du tantale a été utilisé pour fabriquer des condensateurs. [25] Ces condensateurs électrolytiques tant que sont utilisés partout dans la microélectronique moderne, par exemple pour les téléphones portables et dans la construction automobile. L’effet est basé sur la couche de tantaloxyde encore stable et isolante à la surface du film tant enveloppé. Plus la couche mince entre les électrodes, plus la capacité avec la même surface de papier d’aluminium est élevée; De plus, le tantaloxyde a un auteur extrêmement élevé, ce qui augmente également la capacité.

Étant donné que le tantal n’est pas toxique et ne réagit pas avec les tissus corporels ou les liquides, le tantale élémentaire est utilisé pour les implants médicaux et les instruments. Par exemple, les ongles d’os, les prothèses, les supports et les vis de mâchoire de Tantal sont fabriqués. [39] En tant que revêtement sur une calandre en carbone poreuse, il réalise une ostéointégration particulièrement bonne, c’est pourquoi des implants enduits de tantal sont utilisés, en particulier dans la chirurgie de reconstruction avec une perte de substances osseuse à tumeur ou à l’infection plus grande, sans être antimicrobienne. [45] De plus, il est un peu utilisé en raison des coûts élevés [39] Agent de contraste x-rayage. [quarante-six]

Tantal est utilisé dans l’industrie chimique en raison de sa durabilité. Il sert de matériau de doublure pour les chaudières de réaction et est utilisé pour les échangeurs de chaleur et les pompes. À ces fins, aucun tantalum pur n’est généralement utilisé, mais des alliages avec 2,5 à 10% de tungstène. Celles-ci sont plus stables et plus résistantes que le tantale pur. Dans le même temps, la ductilité souhaitée reste. Les autres utilisations sont les dispositifs de laboratoire, les buses de rotation et les cathodes des tubes électroniques. Ici, il profite au Tantal qu’il est capable d’absorber jusqu’à 740 gaz de volume à 800 ° C (effet Getter), ce qui assure un vide élevé dans les tubes.

Les super alliages qui sont utilisés dans la construction de turbines et de moteurs d’avion contiennent jusqu’à 9% de tantale. L’ajout de 3 à 4% tantal augmente la résistance du matériau à des températures élevées. [39]

Dans des conditions de laboratoire, le traitement de Tantalum et ses connexions ne pose généralement aucun problème. Le tantale élémentaire et les tantalums ne sont pas toxiques. Cependant, il existe de vagues indications de comportement provoquant un cancer de certains Tantalums. Un risque élevé de feu et d’explosion – ainsi que d’autres métaux finement distribués – suppose – ainsi que d’autres métaux finement distribués.

L’oxyde tant que (V) est une poudre blanche qui est utilisée pour fabriquer des lunettes élevées et des matériaux cristallins spéciaux.
Tantalic Carck sert avec sa température de fusion de 3880 ° C et une dureté similaire à celle du quartz, comme couche protectrice sur des alliages très chauds dans les moteurs et les outils de coupe.

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