Тантал (химический элемент)

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.

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).

Конфигурация внешних электронных оболочек атома тантала 5d³ 6s² ; 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 Ta₂ O₅ 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 Ta₂ C и ТаС, нитриды Ta₂ N и TaN, фосфиды Ta₂ P 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.

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 K₂ TaF₇ , для получения Ta₂ O₅ – осаждение и прокаливание гидроксида. Мировое производство тантала в начале 2000-х гг. составляло до 1400 т/год, позднее значительно снизилось.

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.