Tantal

nguyên tố hóa học của nguyên tử số 73, một kim loại màu xám bạc cứng của chuỗi kim loại chuyển tiếp.

Tantal (tiếng Latinh: Tantalum) là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Tasố nguyên tử bằng 73.

Tantal, 73Ta
Tính chất chung
Tên, ký hiệuTantal, Ta
Hình dạngXám xanh
Tantal trong bảng tuần hoàn
Hydro (diatomic nonmetal)
Heli (noble gas)
Lithi (alkali metal)
Beryli (alkaline earth metal)
Bor (metalloid)
Carbon (polyatomic nonmetal)
Nitơ (diatomic nonmetal)
Oxy (diatomic nonmetal)
Fluor (diatomic nonmetal)
Neon (noble gas)
Natri (alkali metal)
Magnesi (alkaline earth metal)
Nhôm (post-transition metal)
Silic (metalloid)
Phosphor (polyatomic nonmetal)
Lưu huỳnh (polyatomic nonmetal)
Chlor (diatomic nonmetal)
Argon (noble gas)
Kali (alkali metal)
Calci (alkaline earth metal)
Scandi (transition metal)
Titani (transition metal)
Vanadi (transition metal)
Chrom (transition metal)
Mangan (transition metal)
Sắt (transition metal)
Cobalt (transition metal)
Nickel (transition metal)
Đồng (transition metal)
Kẽm (transition metal)
Gali (post-transition metal)
Germani (metalloid)
Arsenic (metalloid)
Seleni (polyatomic nonmetal)
Brom (diatomic nonmetal)
Krypton (noble gas)
Rubidi (alkali metal)
Stronti (alkaline earth metal)
Yttri (transition metal)
Zirconi (transition metal)
Niobi (transition metal)
Molypden (transition metal)
Techneti (transition metal)
Rutheni (transition metal)
Rhodi (transition metal)
Paladi (transition metal)
Bạc (transition metal)
Cadmi (transition metal)
Indi (post-transition metal)
Thiếc (post-transition metal)
Antimon (metalloid)
Teluri (metalloid)
Iod (diatomic nonmetal)
Xenon (noble gas)
Caesi (alkali metal)
Bari (alkaline earth metal)
Lantan (lanthanide)
Ceri (lanthanide)
Praseodymi (lanthanide)
Neodymi (lanthanide)
Promethi (lanthanide)
Samari (lanthanide)
Europi (lanthanide)
Gadolini (lanthanide)
Terbi (lanthanide)
Dysprosi (lanthanide)
Holmi (lanthanide)
Erbi (lanthanide)
Thulium (lanthanide)
Ytterbi (lanthanide)
Luteti (lanthanide)
Hafni (transition metal)
Tantal (transition metal)
Wolfram (transition metal)
Rheni (transition metal)
Osmi (transition metal)
Iridi (transition metal)
Platin (transition metal)
Vàng (transition metal)
Thuỷ ngân (transition metal)
Thali (post-transition metal)
Chì (post-transition metal)
Bismuth (post-transition metal)
Poloni (metalloid)
Astatin (diatomic nonmetal)
Radon (noble gas)
Franci (alkali metal)
Radi (alkaline earth metal)
Actini (actinide)
Thori (actinide)
Protactini (actinide)
Urani (actinide)
Neptuni (actinide)
Plutoni (actinide)
Americi (actinide)
Curium (actinide)
Berkeli (actinide)
Californi (actinide)
Einsteini (actinide)
Fermi (actinide)
Mendelevi (actinide)
Nobeli (actinide)
Lawrenci (actinide)
Rutherfordi (transition metal)
Dubni (transition metal)
Seaborgi (transition metal)
Bohri (transition metal)
Hassi (transition metal)
Meitneri (unknown chemical properties)
Darmstadti (unknown chemical properties)
Roentgeni (unknown chemical properties)
Copernici (transition metal)
Nihoni (unknown chemical properties)
Flerovi (post-transition metal)
Moscovi (unknown chemical properties)
Livermori (unknown chemical properties)
Tennessine (unknown chemical properties)
Oganesson (unknown chemical properties)
Nb

Ta

Db
HafniTantalWolfram
Số nguyên tử (Z)73
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar)180,94788
Phân loại  kim loại chuyển tiếp
Nhóm, phân lớp5d
Chu kỳChu kỳ 6
Cấu hình electron[Xe] 4f14 5d3 6s2
mỗi lớp
2, 8, 18, 32, 11, 2
Tính chất vật lý
Màu sắcXám xanh
Trạng thái vật chấtChất rắn
Nhiệt độ nóng chảy3290 K ​(3017 °C, ​5463 °F)
Nhiệt độ sôi5731 K ​(5458 °C, ​9856 °F)
Mật độ16,69 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏngở nhiệt độ nóng chảy: 15 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy36,57 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi732,8 kJ·mol−1
Nhiệt dung25,36 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
ở T (K) 3297 3597 3957 4395 4939 5634
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa5, 4, 3, 2, -1Acid trung bình
Độ âm điện1,5 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóaThứ nhất: 761 kJ·mol−1
Thứ hai: 1500 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trịthực nghiệm: 146 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị170±8 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể ​α-Ta: Lập phương tâm khối
β-Ta: Bốn phương[1]
[[File:α-Ta: Lập phương tâm khối
β-Ta: Bốn phương[1]|50px|alt=Cấu trúc tinh thể α-Ta: Lập phương tâm khối
β-Ta: Bốn phương[1] của Tantal|Cấu trúc tinh thể α-Ta: Lập phương tâm khối
β-Ta: Bốn phương[1] của Tantal]]
Vận tốc âm thanhque mỏng: 3400 m·s−1 (ở 20 °C)
Độ giãn nở nhiệt6,3 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt57,5 W·m−1·K−1
Điện trở suấtở 20 °C: 131 n Ω·m
Tính chất từThuận từ[2]
Mô đun Young186 GPa
Mô đun cắt69 GPa
Mô đun khối200 GPa
Hệ số Poisson0,34
Độ cứng theo thang Mohs6,5
Độ cứng theo thang Vickers873 MPa
Độ cứng theo thang Brinell800 MPa
Số đăng ký CAS7440-25-7
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Tantal
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP
177Ta Tổng hợp 56,56 giờ β+ 1.166 177Hf
178Ta Tổng hợp 2,36 giờ β+ 1.910 178Hf
179Ta Tổng hợp 1,82 năm ε 0.110 179Hf
180Ta Tổng hợp 8,125 giờ ε 0.854 180Hf
β- 0.708 180W
180mTa 0.0122% 180mTa ổn định với 107 neutron[3]
181Ta 99.988% 181Ta ổn định với 108 neutron[4]
182Ta Tổng hợp 114,43 ngày β- 1.814 182W
183Ta Tổng hợp 5,1 ngày β- 1.070 183W

Nó là nguyên tố hiếm, cứng, có màu xám-xanh óng ánh, là kim loại chuyển tiếp, chống ăn mòn rất tốt, thường có trong khoáng chất tantalít. tantal được dùng trong các dụng cụ phẫu thuật và cấy ghép trong cơ thể, vì nó không phản ứng với các dịch thể.

Thuộc tính

sửa

Tantal màu xám, nặng, dễ uốn, cứng, dễ gia công, chống ăn mòn bởi acid rất tốt, dẫn điện và nhiệt tốt. Ở nhiệt độ dưới 150 C tantal không phản ứng hóa học với chất nào, ngay cả với nước cường toan, và chỉ bị ăn mòn bởi acid hydrofluoric, dung dịch acid chứa ion fluorsulfide trioxide. Nhiệt độ nóng chảy của tantal chỉ thấp hơn wolframrheni (chảy tại 3.290 K, sôi tại 5.731 K). tantal có điện dung lớn nhất trong số các hóa chất dùng trong tụ điện.

Ứng dụng

sửa

Lịch sử

sửa

Tantal (tiếng Hy Lạptantalos, một nhân vật huyền thoại) được tìm thấy ở Thụy Điển năm 1802 bởi Anders Ekeberg và được chiết tách năm 1820 bởi Jöns Berzelius. Nhiều nhà hóa học thời đó đã tin là niobi và tantal là một nguyên tố cho mãi đến năm 18441866 khi các nghiên cứu đã cho thấy acid niobic và tantalic là khác nhau. Các nghiên cứu đầu tiên chỉ tạo ra được tantal không nguyên chất và mẫu nguyên chất đầu tiên được tạo ra bởi Werner von Bolton năm 1903. Các dây tóc làm bởi tantal được dùng cho bóng đèn cho đến khi wolfram thay thế nó.

Tên tantal được đặt theo tantalus, cha của Niobe trong thần thoại Hy Lạp.

Độ phổ biến

sửa

Tantal được ước tính chiếm khoảng 1 ppm[5] hoặc 2 ppm[6] trong lớp vỏ Trái Đất theo khối lượng.

Có một số loại khoáng vật tantal, chỉ vài loại trong số đó được dùng làm nguyên liệu thô trong công nghiệp sản xuất tantal như: tantalt, microlit, wodginit, euxenit, polycrase. tantalt (Fe,Mn) Ta2O6 là khoáng vật tách tantal quan trọng nhất. tantalt có cùng cấu trúc khoáng vật với columbit (Fe,Mn) (Ta,Nb)2O6; nếu Ta nhiều hơn Nb thì nó được gọi là tantalt và ngược lại thì gọi là columbit (hay niobit). Tỷ trọng của tantalt và các khoáng vật chứa tantal khác cao làm cho nó được tác ra bằng phương pháp trọng lực. Các khoáng vật khác gồm samarskitfergusonit.

Quặng tantal có ở Úc, Brasil, Canada, Congo, Mozambique, Nigeria, Bồ Đào Nha, Thái Lan...

Tantalt hay lẫn với columbit trong quặng coltan. Việc khai khoáng quặng này ở Congo đã gây nên nhiều vấn đề về quyền con người và bảo vệ môi trường thiên nhiên.

Nhiều quy trình phức tạp cần thực hiện để tách tantal khỏi niobi. Các phương pháp điều chế thương mại có thể gồm: điện phân hợp chất kali florotantalat nóng chảy, khử hợp chất trên bằng natri, hay bằng phản ứng giữa hợp chất tantal Carbide với tantal oxide. tantal còn là sản phẩm phụ của tinh luyện thiếc.

Hợp chất

sửa

Các nhà khoa học tại Los Alamos National Laboratory đã chế tạo được chất composít chứa tantal và cacbon thuộc vào loại vật liệu cứng nhất mà con người tạo ra.

Đồng vị

sửa

Tantal tự nhiên có hai đồng vị. Ta-181 là đồng vị bền còn Ta-180m là đồng vị phóng xạ chuyển hóa chậm thành chất đồng phân nguyên tử với chu kỳ bán rã khoảng 1015 năm.[cần dẫn nguồn]

Cảnh báo

sửa

Các hợp chất chứa tantal rất hiếm gặp, và kim loại này thường không gây nên vấn đề gì trong phòng thí nghiệm, nhưng nó vẫn nên được coi là rất độc. Có bằng chứng cho thấy hợp chất của tantal có thể gây nên khối u, và bụi kim loại tantal có thể gây cháy hay nổ.

Tham khảo

sửa
  1. ^ doi:10.1107/S0567740873004140
    Hoàn thành chú thích này
  2. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Lưu trữ 2011-03-03 tại Wayback Machine, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  3. ^ Đồng phân hạt nhân ổn định theo quan sát duy nhất được biết đến, được cho là phân rã bằng quá trình chuyển đổi đồng phân thành 180Ta, phân rã β- thành 180W, hoặc bắt giữ electron thành 180Hf với chu kỳ bán rã hơn 4,5×1016 năm.
  4. ^ Được cho là trải qua quá trình phân rã alpha thành 177Lu.
  5. ^ Emsley, John (2001). “Tantalum”. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. tr. 420. ISBN 0198503407.
  6. ^ Agulyansky, Anatoly (2004). The Chemistry of Tantalum and Niobium Fluoride Compounds. Elsevier. ISBN 978-0-444-51604-6. Truy cập ngày 2 tháng 9 năm 2008.

(tiếng Anh)

Liên kết ngoài

sửa

(tiếng Anh)