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  一种化学元素,化学符号Ta,原子序数73,原子量180.9479,属周期系VB族。

  1802年瑞典化学家A.G.厄克贝里在钽铁矿中发现这一元素,并以古希腊神话中宙斯之子Tantalus之名加以命名。1903年俄国化学家Β.博尔顿分离出纯钽。

目录

存在

  钽是一种稀有元素,在地壳中的含量为 2×10-4%。在自然界中,钽经常与共存,其主要矿物为含钽量在53%~84%的钽铁矿〔(Mn,Fe)(Ta,Nb)2O6〕,通常铌矿石中都含钽。其他含钽矿石有重钽铁矿(FeTa2O6)和细晶石(6CaO•3Ta2O5•NbOF3),在这些矿石中还可能含有钛、锡、钨、锰等其他元素。钽有两种天然同位素:钽180、钽181。

物理性质

  钽为黑灰色金属,有延展性;熔点2996℃,沸点5425℃,密度16.6克/厘米3。金属钽具有体心立方结构。

化学性质

  钽的电子构型为(Xe)4f145d36s2,氧化态有+2、+3、+4、+5、-1。钽的化学性质特别稳定,具有很好的抗腐蚀性能。常温下, 钽与水和空气不起作用,除氢氟酸外也不受无机酸碱的侵蚀。在175℃以上,钽能溶于氢氟酸、浓硫酸和浓磷酸。钽也能溶解在热而浓的强碱溶液中。

  金属钽在氧气流中强烈灼烧可得五氧化二钽。常温下钽能与氟化合生成五氟化钽,在200℃以上才能与氯作用生成五氯化钽。高温下,钽还能与硫、氮、碳等单质直接化合而形成硫化物、氮化物和碳化物。

化合物

  在化合物中,钽的稳定氧化态为+5。五氧化二钽是最常见的钽氧化物,可由钽在氧气中燃烧或灼烧钽酸HTaO3•xH2O的方法制取。五氧化二钽用碱金属的碳酸盐或氢氧化物熔融时,可得到钽酸盐。钽酸盐在碱性较高的水溶液中溶解,但当溶液酸度达到pH=10时,即有钽酸从溶液中沉淀析出。用氨水中和氟钽酸钾,也能形成钽酸沉淀。钽酸的碱性比铌酸强,它能在过量的硫酸、硝酸和盐酸中溶解。五氯化钽可由氯气作用于钽的氮化物、硫化物、碳化物的方法制取。

  五价钽的氯、溴、碘化合物在用氢、铝等还原剂还原时可制得低价(+2、+3、+4)钽的卤化物,这些卤化物具有原子簇金属化合物的特征。

制法

  工业上广泛使用的分离方法是将磨细的钽铁矿和氢氧化钠置于铁罐内熔融,使矿砂中的铌、钽转变为铌酸盐和钽酸盐。将熔块粉碎,用水处理,以除去大部分游离碱,再用热的盐酸共煮,将熔渣中的铁、锰化合物溶解并使铌酸钠和钽酸钠转变为不溶性的铌酸和钽酸。过滤以后,滤渣用倾析法洗涤,溶于氢氟酸,同时加氟化钾, 使钽和铌分别形成七氟钽酸钾K2TaF7和五氟氧合铌酸钾K2NbOF5。将溶液蒸发、浓缩、冷却后,七氟钽酸钾结晶析出,而铌和杂质仍留在溶液中。所得七氟钽酸钾可在含有少量氢氟酸的水溶液中重结晶提纯。这种氟钽酸钾经金属还原,制得粉末状金属钽,经洗涤压成棒状,然后在水冷的电弧坩埚炉内熔成金属块,此外,也可用电解氟钽酸钾的方法制得微晶状的金属钽,这种金属钽纯度较高, 在高温真空炉内熔化制成金属棒后,可加工成金属箔片和金属丝。

应用

  金属钽具有高密度、高熔点和耐酸等特性。纯金属钽最早用于制灯丝、后来被钨丝所代替。钽还可用于制造整流器和电子管。在化学工业中钽可用于制造耐酸设备。由于钽的低反应性和不被人体排斥,可用作修复严重骨折所需的金属板、螺钉和金属丝。金属钽还常用于制造外科刀具和人造纤维的拉线模等。

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