В Периодической таблице тантал находится в пятой группе среди тугоплавких металлов. Он обладает особенной химической стойкостью и реагирует далеко не на все вещества. Зато легко поддаётся механической обработке. Подробнее о свойствах и применении тантала читайте далее.
Путаница с металлами
История металла получилась очень запутанной. Долгое время его принимали за ниобий, и понадобилось больше 30 лет, чтобы доказать обратное. До начала XIX века оба металла не были известны науке. В 1801 году в Южной Америке был найден колумбий. Через год в Швеции и Финляндии Андерс Экеберг обнаружил минерал с частичками неизвестного металла, который назвал танталом в честь мифического персонажа.
В 1809 году Уильям Волластон сравнил два новых для химии вещества. Их свойства были очень похожи, из-за чего учёный заключил, что всё это один и тот же металл. Его выводы подтвердил Фридрих Вёлер, и с тех пор между колумбием и танталом ставили знак равенства.
В середине 40-х годов XIX века Генрих Розе усомнился в утверждениях своих предшественников. Он установил, что тантал и колумбий – отдельные элементы. Чтобы подчеркнуть схожесть металлов, он переименовал колумбий в ниобий в честь легендарной дочери Тантала. Позже выводы Розе неоднократно подтверждались, а ему самому часто приписывается открытие ниобия.
Танталовы муки
Первое промышленное применение тантала случилось в 1903 году: из него стали делалать нити накаливания для электрических лампочек. Однако, чтобы использовать металл, учёным пришлось изрядно поработать. С момента открытия его никак не могли выделить в чистом виде. Предполагается, что именно из-за этого его и прозвали танталом.
Согласно мифологии Древней Греции, Тантал был сыном Зевса и фригийской царицы. В отличие от других смертных, ему разрешали посещать пиры богов на Олимпе. Оскорбив их однажды, он был отправлен в подземное царство, чтобы испытывать страшные муки.
Веками Тантал стоит по горло в озере, а над ним нависает ветвь с сочными плодами. Каждый раз, когда он пытается попить воды или сорвать плод, они отдаляются от него. Невозможность получить что-то очень желаемое или то, что находится прямо перед тобой, называют «танталовыми муками». Возможно, их и испытывали химики вплоть до XX века, когда не могли отделить металл от различных примесей.
Свойства Тантала
В Периодической таблице тантал обозначается символом Ta. С атомным номером 73 он стоит после ниобия и перед дубинием. Внешне тантал выглядит как серебристо-белый блестящий металл. Он довольно твёрдый и тяжёлый. Плотность тантала (16,65 г/см³), а по пластичности его сравнивают с золотом.
Этот металл отлично поддаётся обработке. Из него легко можно сделать тонкий лист фольги или проволоку. Чтобы расплавить тантал, нужна высокая температура – 3017 °C, а чтобы вскипятить - 5458 °C. Для сравнения, температура солнечной поверхности равна 5 500 °C.
В химическом плане он очень стабилен. Тантал не реагирует на многие агрессивные вещества и не растворяется в разбавленных кислотах, а только лишь в смеси азотной и плавиковой кислот. К воздуху он тоже равнодушен и окисляется на нём только при температуре выше 280 °C.
Благодаря особенной стойкости область применения тантала довольно широка. В порошковом состоянии он более активен. Например, хорошо горит на воздухе, образуя оксид тантала.
Месторождения и добыча
Доля тантала в земной коре - 0,0002 %, что делает его редким металлом. В природе он очень рассеян и присутствует только в виде двух изотопов: тантал 181 и тантал 180. Последний – радиоактивен и совершает полураспад за 1015 лет.
У металла 20 собственных минералов (воджинит, лопарит, колумбит-танталит), и около 60, в которых он часто содержится. Его постоянным спутником является ниобий, он присутствует во всех породах с танталом. Но они довольно редко оказываются пригодны для промышленного освоения. Наиболее используемый минерал - колумбит-танталит.
Производство тантала не всегда выгодное дело. Самые большие месторождения металла находятся в Бразилии, Австралии, Нигерии, США, Франции, Египте. Они также есть в Мозамбике, Таиланде, Демократической Республике Конго, России.
В некоторых странах Африки добыча металла происходит кустарными способами. За владение землями с месторождениями дорогих ископаемых часто происходят вооруженные конфликты. Так как востребованность тантала только увеличивается, он периодически тоже оказывается в центре этих событий. В частности, «танталовыми войнами» за последние десятилетия прославилась Республика Конго. В 2017 году килограмм металла на мировом рынке оценивается примерно в 320 долларов.
Сферы применения
Тантал - важный материал для разработки высоких технологий. Сегодня металл используют в электронике для создания конденсаторов. Их можно сделать очень маленькими, что удобно для производства гаджетов. Поэтому танталовые конденсаторы присутствуют практически в любых смартфонах, ноутбуках и планшетах.
Внутреннее удельное сопротивление металла почти как у стали, поэтому применение тантала логично там, где нужна высокая температура. Его используют в различных нагревательных элементах, например, для высокотемпературных печей.
Кроме того, металл полезен для изготовления линз. Добавление его оксида в стекло повышает их оптические качества. Из тантала с добавлением титана делают жаропрочные сплавы, стойкие к коррозиям. Из его карбида изготавливают инструменты для резки металлов.
Подходит он и для производства фильеров, лабораторной посуды, авиакосмической техники. В последнее время, тантал всё больше завоёвывает славу ювелирного металла и применяется для изготовления украшений.
Тантал в медицине
Металл применяется в хирургии для восстановления организма. Тонкие танталовые пластинки вставляют в череп для перекрытия трещин или проломов. Прочной проволокой из этого металла скрепляют кости, сшивают ею ткани органов.
Его используют для протезов. Например, металлическую сеть используют для глазных яблок, а пластинами могут заменять уши, пересаживая на них кожу с других частей тела. Нити из тантала служат по-настоящему ювелирному делу: ими сшивают тончайшие нервные волокна, сухожилия, кровеносные сосуды.
Применение тантала в медицине обусловлено его уникальными свойствами. Металл отлично совместим с живой тканью. Он не окисляется в организме, не вызывает раздражения и отторжения.
