Танта́л (лат. Tantalum), Ta, химический элемент V группы короткой формы (5-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 73, атомная масса 180,94788. Имеет два природных изотопа: стабильный ¹⁸¹Та (99,988%) и метастабильный ^180mТа (0,012%, Т_1/2 св. 10¹⁵ лет; для основного состояния ¹⁸⁰Та Т_1/2 8,15 ч); искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 155–190.

Историческая справка

Открыт в 1802 г. шведским химиком А. Экебергом и из-за трудностей выделения в чистом виде назван по имени героя древнегреческой мифологии Тантала; в виде металла получен в 1903 г. немецким химиком В. Болтоном.

Распространённость в природе

Содержание тантала в земной коре 2,5·10^–4% по массе. Вместе с Nb входит в состав минералов колумбита-танталита, пирохлора, микролита и др., вместе со Sn – в состав касситерита (см. Танталовые руды).

Образец чистого тантала.Образец чистого тантала.

Свойства

Конфигурация внешних электронных оболочек атома тантала 5d³6s²; в соединениях обычно проявляет cтепень окисления +5, реже +4 и др.; энергии ионизации Ta⁰→Ta⁺→Ta²⁺ соответственно 7,89 и 16,2 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,5; атомный радиус 146 пм, ионные радиусы Ta⁵⁺ 78 (координационное число 6), 83(7) и 88(8) пм.

В свободном виде тантал – блестящий серебристо-серый пластичный металл; кристаллическая решётка кубическая; t_пл 3020 °C, t_кип около 5400 °C; плотность 16 670 кг/м³. Легко обрабатывается давлением на холоде, жаропрочен. Примеси H, C, N и О снижают пластичность.

Химически тантал очень инертен, на холоде не реагирует с большинством кислот (кроме фтороводородной) и водными растворами щелочей, устойчив к большинству расплавленных металлов (кроме Fe, Co, Ni). На воздухе покрывается тонкой плёнкой низших оксидов. Оксид Ta₂O₅ является промежуточным продуктом при переработке концентратов. Тантал обратимо поглощает Н₂, образуя TaH, TaH₂, ТаН₃ и твёрдые растворы, при взаимодействии с B, С, N, P, As, S образует бориды TaB и TaB₂, карбиды Ta₂C и ТаС, нитриды Ta₂N и TaN, фосфиды Ta₂P и TaP, арсениды TaAs и TaAs₂, сульфиды TaS₂ и TaS₃, а также твёрдые растворы. Получены сульфаты и фосфаты тантала, многочисленные танталаты, фторо- и хлоротанталаты, танталорганические соединения.

Получение

Тантал получают из рудных концентратов и шлаков оловянной плавки фторидным, сульфатным или хлоридным методами. Для очистки и разделения используют жидкостную экстракцию, для получения металла – Na-термическое восстановление K₂TaF₇, для получения Ta₂O₅ – осаждение и прокаливание гидроксида. Мировое производство тантала в начале 2000-х гг. составляло до 1400 т/год, позднее значительно снизилось.

Применение

Металлический тантал применяют в виде порошка (в электролитических конденсаторах), проволоки, тиглей и др. металлических изделий (в химической промышленности, ядерной энергетике, медицине и др.), как присадку к сплавам; пентаоксид тантала – как компонент стёкол, сырьё для получения танталата лития LiTaO₃ (материал для акусто- и электрооптики, нелинейной оптики и др.); карбид тантала – как компонент твёрдых сплавов.