Преглед на кода на Тантал (елемент)

{{към пояснение|Тантал|Тантал}}
{{Химичен елемент
	
| вид				=сив метал
| картинка			=Tantalum single crystal and 1cm3 cube.jpg
	
| име				=Тантал
| вляво				=[[Хафний]]
| вдясно			=[[Волфрам]]
| отгоре			=[[Ниобий|Nb]]
| отдолу			=[[Дубний|Db]]
| група				=5
| период			=6
| блок				=d
| серия				=преходен метал
| серия_коментар		=
| конфигурация			=&#91;[[Ксенон|Xe]]&#93; 4f<sup>14</sup> 5d<sup>3</sup> 6s<sup>2</sup>
| конфигурация_коментар		=
| електрони_на_ниво		=2, 8, 18, 32, 11, 2
| електрони_на_ниво_коментар	=
| CAS_номер			=
| CAS_номер_коментар		=
	
| атомна_маса			=180,94788
| атомна_маса_коментар		=
| атомен_радиус			=145
| атомен_радиус2		=200
| атомен_радиус_коментар	=
| ковалентен_радиус		=170±8
| ковалентен_радиус_коментар	=
| ван_дер_Ваалс			=
| ван_дер_Ваалс_коментар	=
| окс_състояния			='''5''', 4, 3, 2, 1, −1, −3
| окс_състояния_коментар	=
| оксид				=Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> и TaO<sub>2</sub> (амфотерни)
| оксид_коментар		=
| електроотрицателност		=1,5
| електроотрицателност_коментар =
| йон_потенциал			=761
| йон_потенциал2		=1500
| йон_потенциал3		=
| йон_потенциал4		=
| йон_потенциал_коментар	=
	
| агрегатно			=твърдо вещество
| агрегатно_коментар		=
| алотропи			=α- и β-тантал
| алотропи_коментар		=
| крист_структура		=кубична обемноцентрирана
| крист_структура_коментар	=<br>(α-тантал)
| крист_структура2		=четириъгълна
| крист_структура_коментар2	=<br>(β-тантал)
| плътност			=16690
| плътност_коментар		=
| топене_K			=3290
| топене_коментар		=
| кипене_K			=5731
| кипене_коментар		=
| моларен_обем			=10,86×10<sup>-6</sup>
| моларен_обем_коментар		=
| тройна_точка_темп		=
| тройна_точка_налягане		=
| тройна_точка_коментар		=
| крит_точка_темп		=
| крит_точка_налягане		=
| крит_точка_коментар		=
| топл_топене			=36,57
| топл_топене_коментар		=
| топл_изпарение		=753
| топл_изпарение_коментар	=
| налягане_пара_T1		=3297
| налягане_пара_T10		=3597
| налягане_пара_T100		=3957
| налягане_пара_T1k		=4395
| налягане_пара_T10k		=4939
| налягане_пара_T100k		=5634
| скорост_звук			=3400
| скорост_звук_коментар		=при 20 [[целзий|°C]]
| топл_капацитет		=140
| топл_капацитет_коментар	=
| електропроводимост		=7,7×10<sup>6</sup>
| електропроводимост_коментар	=при 20 [[целзий|°C]]
| елсъпротивление		=0,131
| елсъпротивление_коментар	=при 20 [[целзий|°C]]
| топлопроводимост		=57,5
| топлопроводимост_коментар	=
| магнетизъм			=[[парамагнетизъм|парамагнитен]]
| магнетизъм_коментар		=
| модул_еластичност		=186
| модул_еластичност_коментар	=
| модул_срязване		=69
| модул_срязване_коментар	=
| модул_натиск			=200
| модул_натиск_коментар		=
| коефициент_Поасон		=0,34
| коефициент_Поасон_коментар	=
| твърдост_Моос	        	=6,5
| твърдост_Моос_коментар	=
| твърдост_Викерс		=870 – 1200
| твърдост_Викерс_коментар      =
| твърдост_Бринел		=440 – 3430
| твърдост_Бринел_коментар 	=
	
| наименование			=на митологичния цар [[Тантал (митология)|Тантал]]
| открит_от			=[[Андерс Екеберг]]
| открит_през			=1802 г.
| изолиран_от			=
| изолиран_през			=
	
| изотопи			=
{{химичен елемент/изотоп разпад1|символ=Ta|масово_число=177|честота=[[синтетичен елемент|синт.]]|период_полуразпад=56,56 часа|тип_разпад=[[електронен захват|ε]]|продукт_символ=Hf|продукт_масово_число=177}}
{{химичен елемент/изотоп разпад1|символ=Ta|масово_число=178|честота=синт.|период_полуразпад=2,36 часа|тип_разпад=ε|продукт_символ=Hf|продукт_масово_число=178}}
{{химичен елемент/изотоп разпад1|символ=Ta|масово_число=179|честота=синт.|период_полуразпад=1,82 г.|тип_разпад=ε|продукт_символ=Hf|продукт_масово_число=179}}
{{химичен елемент/изотоп разпад2|символ=Ta|масово_число=180|честота=синт.|период_полуразпад=8,125 часа|тип_разпад1=ε|продукт_символ1=Hf|продукт_масово_число1=180|тип_разпад2=[[бета-разпад|β<sup>-</sup>]]|продукт_символ2=W|продукт_масово_число2=180}}
{{химичен елемент/изотоп стабилен|символ=Ta|масово_число=180''m''|честота=0,012 %|firstlinks=yes}}
{{химичен елемент/изотоп стабилен|символ=Ta|масово_число=181|честота=99,988 %|firstlinks=no}}
{{химичен елемент/изотоп разпад1|символ=Ta|масово_число=182|честота=синт.|период_полуразпад=114,43 дни|тип_разпад=β<sup>-</sup>|продукт_символ=W|продукт_масово_число=182}}
{{химичен елемент/изотоп разпад1|символ=Ta|масово_число=183|честота=синт.|период_полуразпад=5,1 дни|тип_разпад=β<sup>-</sup>|продукт_символ=W|продукт_масово_число=183}}
}}

'''Танталът''' ('''Ta''') е [[химичен елемент]] от V група на [[периодична система|периодичната система]], [[преходен метал]].

Името му произлиза от героя от древногръцката митология [[Тантал (митология)|Тантал]]. Използва се в [[металургия]]та, в [[ядрена енергетика|ядрената енергетика]], [[медицина]]та, [[бижутерия]]та (вместо [[платина]]).

Това е химичен елемент от V група на периодичната система на Менделеев. Атомният му номер е 73, атомната маса – 180,948. Танталът е рядък, твърд метал със сиво-син цвят. В природата се намира под формата на два изотопа: стабилният <sup>181</sup>Та (99,99%) и радиоактивният <sup>180</sup>Та (0,012%; с време на полуразпад Т<sub>1/2</sub> = 1012 години). Танталът е трудно податлив на корозия и в природата се среща под формата на минерала танталит. Едно от главните му съвременни приложения е в хирургическите инструменти, тъй като не реагира с телесните течности.

== Откриване ==
Елементът е открит през 1802 г. от шведския химик Екеберг, изолиран през 1820 от Берцелиус.<ref name=":0">{{Цитат книга|last=Лефтеров|first=Димитър|title=Химичините елементи и техните изотопи|year=2015|publisher=Академично издателство „Проф. Марин Дринов“|location=София|isbn=978-954-322-831-7|pages=224 – 227}}</ref> До 1844 г., с по-късно 1866 г., когато изследователите са доказали, че ниобиевите и танталовите киселини са различни съединения, се е вярвало, че Ниобий и Тантал са един и същ елемент. По-ранните изследователи единствено можели да изолират нечист метал. Сравнително чист ковък метал е изолиран от Вернер фон Болтън през 1903 г. Жиците, направени с тантал, се използвали за осветителните крушки, преди той да бъде заместен от волфрама.

Името на метала е дадено от Екеберг и произхожда от древногръцката митология, където Тантал е баща на Ниобия.<ref name=":0" /> Той е бил наказан след смъртта си, осъден да стои във вода до колене с превъзходни плодове, растящи над главата му. Всеки път като се наведял да отпие от водата, тя се отдръпвала така че да не може да я стигне и всеки път, когато се протегнел нагоре към плодовете, те се вдигали високо, за да не може да ги стигне. Тъй като металът бил изключително труден за пречистване, го кръстили Тантал.

== Разпространение ==
Съдържанието на тантала в земната кора е около 2×10<sup>-4</sup>% по маса колкото урана, калция и берилия, нареждайки се на 51-во място сред елементите.<ref name=":0" /> Среща се в природата най-често с ниобия, влизайки в състава на десетки минерали. Танталът обикновено се среща в минералите танталит [(Fe, Mn)Ta<sub>2</sub>O<sub>6</sub>], юксенит и каситеит, където при извличането на [[Калий|калия]] танталът преминава в шлака под формата на Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>.

Танталови руди има в Австралия, Бразилия, Египет, Канада, Демократична Република Конго, Мозамбик, Нигерия, Португалия, Малайзия и Тайланд.

Танталитът се намира предимно смесен с колумбит в руда, наречена колтан. Повдигнати са етични въпроси относно човешките права и застрашаването на дивата природа поради експлоатацията на ресурсите в конфликтните територии на Конго.

Има няколко сложни стъпки в разделянето на тантала от ниобия. Търговската продукция на този елемент може да следва един от няколко различни метода, които включват: електролиза на стопен калиев флуоротанталат, окисляване на калиев флуоротанталат с натрий или реакция между танталов карбид и танталов оксид. Танталът е също вторичен продукт при стапянето на калай.

== Физични свойства ==
Танталът е сребристосив, плътен, ковък и много твърд метал. Наличието на примеси го прави крехък и трошлив.<ref name=":1">{{Цитат книга|last=Киркова|first=Елена|title=Химия на елементите и техните съединения|year=2013|publisher=Университетско издателство „Св. Климент Охридски“|location=София|isbn=978-954-07-3504-7|pages=495 – 504}}</ref> Високата температура на топене на тантала от 3017 °C (температура на кипене 5458 °C) е надмината единствено от [[волфрам]]а и [[Рений|рения]]. Има атомно тегло 180,9479. Кристализира в кубична обемноцентрична кристална решетка. Танталът е парамагнитен и преминава в свръхпроводящо състояние при 4,45К.<ref name=":0" />

=== Изотопи ===
Танталът се среща в природата със своите два стабилни изотопа – <sup>180m</sup>Ta и <sup>181</sup>Ta. Получени са изкуствено и изучени 34 изотопа с 16 изомера, като 2 изотопа имат по два изомера.<ref name=":0" /> Те имат период на полуразпад от 1,8 години до части от секундата.

== Химични свойства ==
Татналът има електронната структура KLMN5''s''<sup>2</sup>5''p''<sup>6</sup>'''5''d<sup>3</sup>'''''6s<sup>2</sup> – прибавя се електрон към 5d-подслоя спрямо [[Хафний|хафния]]. Степента на окисление на та тантала най-често е +5, по-рядко +4 и +3.<ref name=":0" />

Химически танталът е много инертен. Неговата инертност отстъпва само на благородните метали, но невинаги.<ref name=":0" /> Прясно отрязана повърхност, изложена на въздух при обикновена температура, се покрива с тънък плътен защитен слой на танталов оксид. Образуваният Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> е единствения стабилен танталов оксид.

Танталът взаимодейства с Br<sub>2</sub> и I<sub>2</sub> при 550 °C, с Cl<sub>2</sub> при 200 °C.<ref name=":0" />

Танталът взаимодейства с Br<sub>2</sub> и I<sub>2</sub> при 150 °C, с Cl<sub>2</sub> – над 200 °C, с H<sub>2</sub> – над 250 °C. С въглерода образува карбиди Ta<sub>2</sub>C и TaC при 800 – 1000 °C. С азота образува нитриди – TaN и Ta<sub>2</sub>N. Под 150 °C не се разтваря в [[царска вода]], а при обикновена температура не взаимодейства със [[Солна киселина|солна]], [[Фосфорна киселина|фосфорна]], [[Сярна киселина|сярна]] и повечето други киселини, воден разтвор на [[амоняк]] и соли. Разтваря се в горещи концентрирани сярна и фосфорна киселина, разтопени основи и NH<sub>4</sub>HF<sub>2</sub>, както и във [[флуороводородна киселина]], смесена с HNO<sub>3</sub>:

<chem>3Ta + 5HNO_3 + 21HF -> 3H_2[TaF_7] + 5NO + 10H_2O</chem><ref name=":1" />

В Националната лаборатория на Лос Аламос, учените са създали танталов карбид-графит – композитен материал, който е един от най-твърдите материали, синтезирани някога. Корейските изследователи са успели да разработят тантал-волфрам-медна сплав, която е два или три пъти по здрава и гъвкава от стоманените сплави.

== Съединения ==
=== Оксиди, хидроксиди и соли ===
Танталовият пентаоксид (Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>) има практическо значение. Получава се при изгаряне на метален прах. Енталпията му на образуване е -1560 kJ/mol.<ref name=":1" /> Представлява бяло труднотопимо прахообразно вещество с висока плътност. Не се разтваря във вода и киселини, с изключение на концентрирана HF. Реагира със стопени алкални основи или карбонати до метатанталати:

<chem>Ta_2O_5 + 2KOH -> 2KTaO_3 + H2O</chem><ref name=":1" />

Това тяхно наименование е неправилно, защото в тяхната структура не се съдържа TaO{{Индекси|p=-|b=3}} – те се наричат танталати. Тези съединения имат перовскитова структура и проявяват сенгето-, пиезо- и пироелектрични свойстава. Най-използван е литиевият танталат.<ref name=":1" />

При стапяне с излишък на [[карбонат]] се получават орто- и пиротанталати:

<chem>Ta_2O_5 + 3Na_2CO_3 -> 2Na_3TaO_4 + 3CO_2</chem><ref name=":1" />

По сух път са получени сулфати и фосфати. Не са известни оксойони.

Диоксидът (TaO<sub>2</sub>) не е добре изучен.

=== Халогениди и оксохалогениди ===
{| class="wikitable"
|+Халогениди на Ta в различини степени на оксисленине<ref name=":1" />
!Степен на окисление
!F<sup>-</sup>
!Cl<sup>-</sup>
!Br<sup>-</sup>
!I<sup>-</sup>
|-
|Ta<sup>5+</sup>
|TaF<sub>5</sub>,
бял
|TaCl<sub>5</sub>,
бял
|TaBr<sub>5</sub>,
бледожълт
|TaI<sub>5</sub>,
черен
|-
|Ta<sup>4+</sup>
|–
|TaCl<sub>4</sub>,
черен
|TaBr<sub>4</sub>,
тъмносин
|TaI<sub>4</sub>
|-
|Ta<sup>3+</sup>
|(TaF<sub>3</sub>)
|TaCl<sub>3</sub>,
черен
|TaBr<sub>3</sub>
|–
|}
Някои халогениди не са добре изучени.

Пентахалогенидите се получават при пряка синтеза над 300 °C. TaF<sub>5</sub> е леснолетлив и хигроскопичен и се топи при 95 °C. Молекулата му е тетрамерна, състояща се от 4 октаедрични TaF<sub>6</sub> единици. Пентахлоридът и пентабромидът образуват димери с извити мостови връзки, а пентайодидът е мономер.<ref name=":1" /> Реагират с алкални флуориди до комплекси – Cs[TaF<sub>6</sub>] с координационно число 8. Смес от TaF<sub>5</sub> и [[Флуороводородна киселина|HF]] е много силен киселинен разтворител и се използва като катализатор при реакциите с ароматни въглеводороди:

<chem>TaF_5 + HF -> [H_2F]^- + [TaF_6]^-</chem><ref name=":1" />

От тетрахалогенидите най-добре е изучен тетрайодидът.<ref name=":1" /> Получава се от TaI<sub>5</sub> при редукция с тантал. Така се получават и другите тетрахалогениди при 300 – 400 °C. Всичките са димерни с верижна структура, изградена от TaX<sub>6</sub>-октаедри. Воден разтвор на TaCl<sub>4</sub> търпи диспропорциониране до утайка от Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>•''n''H<sub>2</sub>O и разтвор на ТаCl<sub>3</sub>.

От трихалогенидите не е познат само TaI<sub>3</sub>. Всички са силни редуктори. Твърди, те са тъмни на цвят, но разтворите им са жълти, сини или зелени в зависимост от условията на получаването.<ref name=":1" />

При високотемпературна редукция до червена жар на TaX<sub>5</sub> се получава халогениди, в които Ta е от по-нисша степен на окисление. Те не са прости съединения, а имат състав Ta<sub>6</sub>X<sub>14</sub>, Ta<sub>6</sub>X<sub>15</sub>, Ta<sub>6</sub>X<sub>16</sub>, където X е Cl, Br или I. Тези съединения съдържат клъстерния катион [Ta<sub>6</sub>X<sub>12</sub>]<sup>2+</sup>, установен чрез рентгеноструктурен анализ.<ref name=":1" />

== Получаване ==
Поради химическото сходство на тантала с ниобия разделянето на тези метали е трудно. Един от първите методи за разделяне, прилаган още от 1866 г., е използването на различната разтворимост на флуоротанталата и флуорониобата на калция в разредена флуороводородна киселина.<ref name=":0" /> Съвременният основен метод за получаването на чист тантал е електролиза на разтопен калиев хептафлорониобат в графитови, чугунени или стоманени тигли, служещи едновременно и за катод. Намира приложение и натриевотермичния способ:<ref name=":0" />

<chem>K_2TaF_7 + 5Na -> Ta + 2KF + 5NaF</chem>

== Приложение ==
Главната употреба на тантала като метален прах е в производството на електронни компоненти, най-вече кондензаторите. Танаталовите електролитни кондензатори използват способността на тантала да образува защитен оксиден повърхностен слой, като единият електор е от танталово фолио, оксидът е диелектрик, а електролитният разтвор играе ролята на другия електрод. Тъй като диелектричния слой може да бъде много тънък (по-тънък от подобния слой в алуминиевия електролитен кондензатор, например), може да се получи висок капацитет в малък обем. Поради предимството в теглото и размера, танталовите кондензатори са много привлекателни за преносими телефони, пейджъри, персонални компютри, както и автомобилната електроника. Танталът може да замени [[платина]]та при изготвяне на химическа апаратура.<ref name=":1" />

Танталът се използва и за производство на различни сплави, които имат висока температура на топене и добра ковкост. Смесен с други метали, той се използва за направата на карбидни инструменти за металообработващи съоръжения в производството на сплави за реактивни двигатели, оборудване за химични процеси, ядрени реакции и снарядни части. Заради ковкостта си, танталът може да се изтегли на тънки жици или влакна, които се използват за изпаряването на метали, например алуминий.

Тъй като е резистентен към влиянието на телесните течности и не е дразнещ, танталът се използва за направата на хирургически инструменти. Танталовият оксид се използва за направата на специални стъкла с висок индекс на рефракция за лещите на камерите. Металът още се използва за части на вакуумни пещи.

Съединенията на тантала намират също широко приложение. Калиевият флуоротанталат се използва като катализатор за производството на каучук.<ref name=":0" /> Танталовият пентаоксид се използва за получаването на стъкла с голям оптичен коефициент на пречупване и изготвяне на малогабаритни лещи за оптични прибори. Танталовият карбид (TaC) е много твърда керамика, използвана за режещи инструменти при обработката на твърди метали. Танталовият нитрид (TaN) е подходящ за устойчиви на изтриване покрития.<ref name=":0" /> Сплав от TaN и NbC има твърдост, доближаваща се до диаманта.<ref name=":1" />

== Предпазни мерки ==
Съединения, съдържащи тантал, се срещат доста рядко и металът обикновено не създава проблеми в лабораторията, но все пак с него трябва да се работи внимателно, като се вземат съответните предпазни мерки. Има доказателства, че танталовите съединения могат да причинят появата на тумори, а металният прах носи опасност от пожар или експлозия. Пречистеният тантал се използва при производството на хирургически инструменти и импланти, защото не реагира с телесните течности.

== Източници ==
<references />
{{Периодична система}}

[[Категория:Химични елементи]]
[[Категория:Преходни метали]]