Tantaal - referaat (1)

TANTAAL
Referaat
Tallinn 2008
Tantaal(sümbol Ta) on keemiline element järjekorranumbriga 73, metall .
Tantaal esineb looduses 2 isotoobina. Isotoop massiarvuga 181 on stabiilne.Isotoob massiarvuga 180 on radioaktiivne,poolestusajaga 1200 miljardit aastat.
Tantaali tihedus normaaltingimustel on 16,65 g/cm³ ja tema sulamis temperatuur on 3017 Celsiuse kraadi.
Levik
Tantaal on haruldane ja hajutatud element;maakoores u 10 korda vähemlevinud kui Nb( nioobium ). Tantaalil ja nioobiumil on ühised mineraalid ,kuid lisaks saadakse Tantaali (erinevalt Nb-st) suurel määral tinatootmise kõrvalsaadusena.Esineb ka pürokloori tüüpi mineraal mikroliit,mis on erandlikult tantaalirikas.Looduslik Tantaal on kahe isotoobi segu:stabiilne
ja radioaktiivne.
Saamine
Enamik toodetavast tantaalist eraldatakse tinatööstuse räbust ning pürokloori-ja kolumbiidi-tantaliidi kontsentraatidest.Rikastatud kontsentraatide fluorimisel tekkiv kaaliumheptafluorotantalaat eraldatakse sarnasest Nb-ühendist fraktsioonkristallimisel või vedelikekstraktsioonil (nt isobutüülmetüülketooniga).Mõnikord kasutatakse Ta(tantaal) ja Nb(nioobium) eraldamiseks ka kloriidmenetlust(põhineb pentakloriidide fraktsioondestillatsioonil).
Vaba metall redutseeritakse leelismetallidega,saadakse fluoriühendite elektrolüüsil jt meetoditega.
Elemendi, ühendite kasutusalad

• kondensaatorid
  
• vaakumtoru hõõgniidid
  
• lõikeriistad, raketid
  
• prilliraamid, proteesid
  
• kaamera läätsed
  

Biotoime
Tantaal ei ole biometall ,ühendid on suhteliselt vähemürgised.
Ühendid
Soolad .Tantaali puhul on tuntud ka mõned hapete lihtsoolad,nt värvusetu kristalne tantaal sulfaat ja tantaal fosfaat ,kuid iseloomulikumad on oksiidsoolad..Tantaal moodustab ka liitsooli.
Tantaali tüüpiline oksüdatsiooniaste on V,kuid esineb ka madalamaid väärtusi,peamiselt IV halogeniidides.On tuntud ka oksohalogeniidid ning segahalogeniidid.
Tantalaadid on soolad,kus TA esineb aniooni koostises.Eristatakse peamiselt järgmisi hüpoteetiliste tantaalhapete sooli :metatantalaadid TaO-3,ortotantalaadid TaO,ditantalaadid Ta O ning mitmesugused polütantalaadid.Esinevad ka halogeno-tantalaadid,milledest tähtsaim on kaaliumheptafluorotantalaat ,värvusetu ,vees rasklahustuv,aeglaselt hüdrolüüsuv kristallaine,mida kasutatakse Ta elektolüütilisel ja metallotermilisel saamisel.
Tantalaadid on üldiselt püsivamad kui vastavad niobaadid,nad on reeglina vees lahustumatud rasksulavad tahkised .Mitmed tantalaadid on senjettelektriliste või elektroopiliste omadustega.Tantalaate saadakse Ta O ja metallioksiidide segude kuumutamisel jmt meetoditega.
Tantaali kogutoodang on veidi väiksem kui kullal ,mistõttu tema kasutamine on väga piiratud.Eriti hinnatav on Ta keemiline püsivus(võrreldav plaatinaga),mis leiab kasutamist kuumus-ja korrosioonikindlates sulamites.
Ligikaudu 40%toodangust kasutatakse Ta-pulbrina elektrolüütkondensaatorites jm elektroonikas,20-25% karbiididena kõvasulamites ja 15-20% lisandina sulamitele(peamiselt vääristerastele).Tantaal talub nii kõrgeid kui ka madalaid temperatuure,on mehhaaniliselt püsiv temperatuurini 1500-1600 kraadi. Sulam 90% Ta+10%W säilitab suure tugevuse isegi kuni temperatuurini 3300kraadi.
Ülejäänud osa Ta-toodangust kasutatakse elektronlampide detailides,keemiatööstuses(korrosioonikindlad katted),meditsiinis proteesimisel(sobib hästi bioloogiliste kudedega), filjeeride ja raketidüüside materjalina,keemialabori nõude valmistamisel jm.
Tuntud on ka keerulisemad segaühendid :niobaat-tantalaadid,titanaatniobaa-tantalaadid jmt.
Ta O tantaaloksiid(ditantaalpentaoksiid) on värvusetu rasksulav, st 1787 kraadi) kristallaine,tähtsaim Ta-ühend .Ta O ei lahustu vees ega reageeri hapetega, v.a HF ,millega moodustab heksafluorotantaalvesinikhappe.
Ta O on amfoteerne oksiid ,mille happelised omadused on nõrgemad kui Nb O -l.Erinevalt viimasest ei redutseeru Ta O vesinikuga vaba metallini,kuumutamisel söe või Mg-ga tekib aga TaO .Ta O sulatamisel leelistega moodustuvad metatantalaadid,karbonaatidega-ortotantalaadid:2
Tantaal oksiidhüdraadid Ta O *nH O tekivad lahj hapete toimel tantalaatide lahustesse:3
Sültjas hüdraadisade(tehnilise nimetusega tantaalhape või tantaalhüdroksiid) lahustub kergesti paljudes hapetes(isegi oksaalhappes ja viinhappes ning nende soolades),leeliste ning leelismetallkarbonaatide lahuses.Muutuva koostisega tantaaloksiidhüdraate kasutatakse vaheühendina tantaalitehnoloogias.
Omadused
Ta on terashall,sinaka varjundiga,suure tiheduse ja väga kõrge sulamistemperatuuriga metall.Puhas Ta on väga plastne ,kuid lisandid(elemendid H,N,C ja O lahustunud lihtainetena või nende ühendid) muudavad metalli hapraks.Ta on madaltemperatuurne ülijuht.Elektroni väljutamistöö metallist on väga väike. Lihtainena on Tantaal keemiliselt väga inertne,üks kõige vastupidavamaid metalle üldse.Kompaktne metall hakkab õhus oksüdeeruma alles üle 300 kraadi,madalamal temperatuuril kaitseb üliõhuke oksiidikelme metalli.
Toatemperatuuril ei reageeri Tantaal ka ühegi kuiva halogeeniga.Eriti vastupidav on Tantaal hapete ja leeliste toimele(ületades selles osas isegi väärismetalle),toatemperatuuril reageerib ainult HF-ga.150kraadi ei reageeri Tantaal isegi kuningveega.Tantaal on vastupidav leelislahuste ja paljude sulametallide toimele.
Lisaks HF-le reageerib (lahustub) Tantaal toatemperatuuril ka segus HF+HNO .Kuumutamisel reageerib Tantaal konts leeliste ja konts hapete(H SO ,H PO ) lahustega ning gaasiliste halogeenvesinikega.Madalamal temperatuuril tekivad Tantaali kõrgema oksüdatsiooniastmega soolad,nt TaC (410kraadi) ja TaBr (375kraadi) ja eraldub H .Kõrgemal temperatuuril halogeniidid osaliselt lagunevad,nt üle 550kraadi.
Vesinikuga moodustab Ta nii hüdriidi(Ta H) kui ka tahke lahuse (sisaldab kuni 30 aatomprotsenti H).
Süsinikuga tekivad karbiidid Ta C ja TaC.
Lämmastikuga moodustuvad TaN,Ta N ja mittestöhhiomeetrilised nitriidid .
Tantaal reageerib ka teiste lämmastikurühma elementidega: fosforiga,arseeniga ja antimoniga(tekivad mitmed stibiidid).Vismutiga (nagu ka paljude teiste metallidega) moodustab tantaal sulameid .
Tantaali reageerimisel väävliga tekivad sulfiidid TaS ja TaSi,räniga 4 silitsiidi TaSi,Ta Si ,Ta Si ja Ta Si ,kõik rasksulavad püsivad kristallained.
Reageerimisel booriga tekivad mitmed boriidid,sh ülirasksulav TaB ,
Üldiseld kaldub Ta (nagu ka Nb)moodustama lisaks veel mittestöhhiomeetrilisi ühendeid mitmete eelnimetatud elementidega.
Kasutatud kirjandus:
Raamat „Elementide keemia“
http://web.zone.ee/chemistry/Ta.ht m