Tantal

český názevTantal
latinský názevTantalum
anglický názevTantalum
chemická značkaTa
protonové číslo73
relativní atomová hmotnost180,9479
perioda6
skupinaV.B
zařazenípřechodné kovy
rok objevu1802
objevitelA. G. Ekeberg
teplota tání [°C]2996
teplota varu [°C]5425
hustota [g cm-3]16,6
hustota při teplotě tání [g cm-3]15,0
elektronegativita1,5
oxidační stavyII, III, IV, V
elektronová konfigurace[Xe]4f14 5d3 6s2
atomový poloměr [pm]200
kovalentní poloměr [pm]138
specifické teplo [J g-1K-1]0,14
slučovací teplo [kJ mol-1]31,6
skupenské teplo tání [kJ mol-1]735
tepelná vodivost [W m-1 K-1]57,5
elektrická vodivost [S m-1]8,1.106
1. ionizační potenciál [eV]7,89
tvrdost podle Mohse6,5
tvrdost podle Vickerse [MPa]873
tvrdost podle Brinella [MPa]800
modul pružnosti ve smyku [GPa]69
modul pružnosti v tahu [GPa]186
bod supravodivosti [K]4,47
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce

Kovový tantal

Chemický prvek tantal je platinově šedý, značně tvrdý, neobyčejně tažný kov.

Tantal má mimořádnou chemickou odolnost, za normální teploty reaguje pouze s fluorem, při vysokých teplotách se přímo slučuje i s chlorem a sírou.

Ve sloučeninách vystupuje tantal téměř výhradně jako pětimocný, ze sloučenin tantalu v nižším mocenství jsou obvyklé pouze chloridy.

Kompaktní kovový tantal se nerozpuští v žádné minerální kyselině, nereaguje ani s alkalickými hydroxidy. Pomalu reaguje pouze s  kyselinou fluorovodíkovou, produktem reakce tantalu se zředěnou HF je komplexní kyselina heptafluorotantaličná a vodík, s koncentrovanou kyselinou fluorovodíkovou tantal reaguje za vzniku komplexní kyseliny trihydrogenoktafluorotantaličné:

2Ta + 14HF → 2H2[TaF7] + 5H2
2Ta + 16HF → 2H3[TaF8] + 5H2

Nejlépe se však rozpouští ve směsi koncentrovaných kyselin fluorovodíkové a dusičné:

3Ta + 21HF + 5HNO3 → 3H2[TaF7] + 5NO + 10H2O

Výskyt v přírodě

Tantal objevil v roce 1802 A. G. Ekeberg, v kovové formě ho izoloval až v roce 1903 von Bolton.

V přírodě se tantal nachází jako ryzí kov a v minerálech tantalit (Fe,Mn)Ta2O4, kolumbit (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6 a niobit vždy v doprovodu niobu.

Nejvyšší obsah tantalu (93,78 % Ta) ze všech známých nerostů má tantalkarbid TaC. Další minerály tantalu.

Průměrný obsah tantalu v zemské kůře je 1,7 ppm. Přírodní tantal je směsí dvou stabilních izotopů 180Ta a 181Ta, uměle bylo připraveno dalších 29 radioaktivních izotopů s nukleonovými čísly 156 až 186.

Těžba, zásoby, dovoz

V roce 2012 dosáhla světová těžba tantalu hodnoty 765 t, největším producentem je s těžbou 260 t čistého kovu Mosambik, 180 t tantalu se vytěžilo v Brazílii, roční těžbu 95 t tantalu má Kongo. Celosvětové zásoby nerostů tantalu se odhadují na více než 150 kt čistého kovu, z toho 88 kt připadá na Brazílii a 53 kt na Austrálii. Další významné zásoby jsou v Kanadě a Etiopii.

Zásoby tantalu v prognózních zdrojích ČR dosahují celkové hodnoty 3800 t. Největší množství obsahují uranonosné pískovce Strážského bloku, ložisko Hůrky v Čistecko-jesenickém masivu a ložisko Cínovec-jih.

V roce 2010 bylo do ČR dovezeno 240 040 kg surového tantalu za průměrnou dovozní cenu 8426 Kč/kg.

Výroba a využití tantalu

Výroba tantalu a niobu se provádí dvěma základními způsoby, obvyklejší je hydrometalurgický postup, který spočívá v loužení rudného koncentrátu horkou směsí kyseliny flourovodíkové a sírové. Méně používaný je pyrometalurgický postup, který se provádí tavením rudného koncentrátu s hydroxidy alkalických kovů, sodou nebo potaší.

V prvním případě přechází tantal a niob do roztoků, z nichž krystalizují komplexní fluoridy K2TaF7 a K2NbF7. V druhém případě vznikají alkalické niobičnany a tantaličnany Na5NbO5 a Na5TaO5, ze kterých působením kyseliny chlorovodíkové vznikají hydratované oxidy Ta2O5·xH2O a Nb2O5·xH2O.

K separaci jednotlivých kovů se v minulosti používal de Marignacův krystalizační postup, který využíval rozdílné rozpustnosti komplexních fluoridů ve vodě, v současnosti se v průmyslovém měřítku k oddělení tantalu a niobu využívá selektivní kapalinová extrakce do organických rozpouštědel nebo se k separaci obou kovů využívá iontomeničů.

Menší množství tantalu se získává z odpadních strusek po výrobě cínu z některých druhů asijského kasiteritu.

Kovový tantal se získává elektrolýzou taveniny K2TaF7, redukcí K2TaF7 sodíkem, vakuovou redukcí Ta2O5·xH2O uhlíkem za vysokých teplot nebo Krollovou metodou redukcí chloridu tantaličného hořčíkem v elektrické peci:

K2TaF7 + 5Na → Ta + 5NaF + 2KF
Ta2O5 + 5C → 2Ta + 5CO
2TaCl5 + 5Mg → 2Ta + 5MgCl2

Tantal se používá k výrobě elektrických kondenzátorů, chirurgických nástrojů a vláken elektronek. V některých případech tantal nahrazuje platinu. Slitiny legované tantalem se používají ke konstrukci tepelně a chemicky namáhaných zařízení pro petrochemii, spřádací trysky, plynové turbíny, jadernou energetiku a metalurgii kovů vzácných zemin. Směsný karbid TaC·ZrC má nejvyšší teplotu tání ze všech doposud známých látek ( přes 4000 ºC). Oxid tantaličný Ta2O5 se používá jako přísada pro zvýšení indexu lomu při výrobě optického skla. Tantaličnan lithný LiTaO3 má piezoelektrické vlastnosti a slouží se ke konstrukci elektromechanických filtrů s povrchovou akustickou vlnou (SAW filtr), které se používají v elektrotechnice a slouží k výrobě senzorů termokamer. Směsné karbidy TaNbC, WTiTaC a WTiTaNbC se používají na výrobu řezných nástrojů a k povrchové úpravě zubů rýpadel a pracovních ploch průmyslových mlýnů a drtičů. Fluorid tantaličný TaF5 a chlorid tantaličný TaCl5 katalyzují alkylační reakce. Borid Ta3B4 je extrémně tvrdý (Vickers 30 GPa) a odolný oxidaci a minerálním kyselinám do teploty 700°C, používá se pro povrchvou úpravu tepelně a chemicky namáhaných dílů. Intermetalická sloučenina tantalu a hliníku TaAl3 slouží k povrchové úpravě zrcadel pracujících v IR oboru spektra. Stále populárnější je využití tantalu v klenotnictví, speciální využití nachazí tantal při konstrukci plášťů protipancéřové munice.

Zdroje

hafnium ← tantal → wolfram

TOPlist