ТАНТАЛ (химический элемент) - ТАНТА́Л (лат. Tantalum, по имени мифического Тантала (см. ТАНТАЛ (в мифологии))), Та (читается «тантал»), химический элемент с атомным номером 73, атомная масса 180,9479. Природный тантал состоит из стабильного изотопа ¹⁸¹Ta (99,988 % по массе) и радиоактивного ¹⁸⁰Ta (0,0123%, Т_1/2 10¹³ лет). Конфигурация двух внешних электронных слоев 5s²p⁶d³6s². Степень окисления +5, реже +4, +3, +2 (валентность V, IV, III и II). Расположен в группе VВ, в 6 периоде периодической системы элементов.

Радиус атома 0,146 нм, радиус ионов (координационное число 6) Та⁵⁺ - 0,078 нм, Та⁴⁺ - 0,082 нм, иона Та³⁺- 0,086 нм. Энергии последовательной ионизации 7,89, 16,2 эВ. Работа выхода электронов 4,12 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,5.

История открытия

Открыт в 1802 шведским химиком А. Экебергом (см. ЭКЕБЕРГ Андерс Густав). До 1844 тантал считали разновидностью колумбия, когда немецкий химик Г. Розе (см. РОЗЕ (немецкие ученые, братья)) установил, что речь идет о двух разных, близких по свойствам элементах.

Металлический тантал впервые получил в 1903-1905 В. фон Болтону.

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 2,5·10^-4% по массе. В свободном виде не встречается, обычно сопутствует ниобию. Входит в состав минералов: танталит-колумбит и пирохлор. Как примесь содержится в касситерите (см. КАССИТЕРИТ).

Получение

Промышленное получение тантала начинается с обогащения сырья. Приготовленные танталитовые (колумбитовые) или пирохлоровые концентраты с суммарным содержанием Та₂О₅ и Nb₂O₅ до 50% далее растворяют в плавиковой кислоте и затем получают фтортанталат K₂TaF₇ и фторниобат K₂NbF₇ Эти соли затем разделяют многократной дробной кристаллизацией. В последнее время для разделения ниобия и тантала все более широко используют экстракцию.

Для получения металла из K₂TaF₇ применяют натрийтермию:

K₂TaF₇+5Na=Та+2КF+5NaF.

Полученный порошкообразный тантал далее спекают в вакууме в электродуговых или электроннолучевых печах.

Физические и химические свойства

Блестящий серебристо-серый металл, с кубической объемно-центрированной решеткой типа a-Fe (а=0,3296 нм). Температура плавления 3014°C, кипения 5500°C, плотность 16,60 кг/дм³ . Характеризуется высокой химической инертностью, тяжелый металл. При комнатной температуре не реагирует с кислородом (см. КИСЛОРОД), галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ), кислотами (см. КИСЛОТЫ) и щелочами (см. ЩЕЛОЧИ). Окисляется кислородом только при температуре выше 300°C, образуя оксид Та₂О₅.

При сплавлении Та₂О₅ с различными оксидами получают танталаты - соли гипотетических мета-НТаО₃, орто-Н₃ТаО₄ и политанталовых кислот Н₂О·хТа₂О₅.

Кроме оксида Та₂О₅, тантал образует также диоксид ТаО₂.

С галогенами тантал при нагревании образует пентагалогениды ТаHal₅. Восстановлением ТаHal₅ (Hal=Cl, Br или I) получают тетрагалогениды ТаHal₄. Пентагалогениды тантала (кроме пентафторида) легко гидролизуются водой. Уже при температурах выше 200-250°C эти пентагалогениды сублимируют.

В присутствии паров воды и кислорода ТаCl₅ образует оксихлорид ТаOCl₃.

Вcаимодействуя с графитом, образует карбиды Та₂C и ТаC - твердые, химически стойкие и очень жаропрочные соединения. В системе Тl - С установлены три фазы переменного состава. Сходным образом ведет себя тантал в системах с фосфором,азотом и мышьяком. При взаимодействии тантала с серой синтезированы сульфиды: ТаS₂ и ТаS₃.

Применение

Из тантала изготовляют теплообменники, нагреватели, тигли для вакуумной плавки металлов. Применяют при изготовлении электролитических конденсаторов и ответственных деталей электронных приборов.

Благодаря хорошей биосовместимости с живыми тканями человека, используют для костного протезирования. Из нитрида тантала TaN возможно создание устойчивых к истиранию покрытий. Служит легирующей добавкой к некоторым сталям (см. СТАЛЬ). Танталат лития - хороший сегнетоэлектрик (см. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ).

Составить слова из слова тантал (химический элемент)

НИО́БИЙ -я; м. [лат. Niobium] Химический элемент (Nb), твёрдый тугоплавкий и ковкий металл серовато-белого цвета (используется при производстве химически стойких и жаростойких сталей).

◁ Нио́бийный; нио́биевый, -ая, -ое.

* * *

нио́бий (лат. Niobium), химический элемент V группы периодической системы. Назван по имени Ниобы - дочери мифологического Тантала (близость свойств Nb и Ta). Светло-серый тугоплавкий металл, плотность 8,57 г/см³, t_пл 2477°C, температура перехода в сверхпроводящее состояние 9,28 K. Химически очень стоек. Минералы: пирохлор, колумбит, лопарит и др. Компонент химически стойких и жаростойких сталей, из которых изготовляют детали ракет, реактивных двигателей, химическую и нефтеперегонную аппаратуру. Ниобием и его сплавами покрывают тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) ядерных реакторов. Станнид Nb₃Sn, германид Nb₃Ge, сплавы ниобия с Sn, Ti и Zr используют для изготовления сверхпроводящих соленоидов (Nb₃Ge - сверхпроводник с температурой перехода в сверхпроводящее состояние 23,2 K).

* * *

НИОБИЙ - НИО́БИЙ (лат. Niobium, от имени Ниобы (см. НИОБА)), Nb (читается «ниобий»), химический элемент с атомным номером 41, атомная масса 92,9064. Природный ниобий состоит из одного стабильного изотопа ⁹³Nb. Конфигурация двух внешних электронных слоев 4s²p⁶d⁴5s¹. Cтепени окисления +5, +4, +3, +2 и +1 (валентности V IV, III, II и I). Расположен в группе VВ, в 5 периоде периодической системы элементов.

Радиус атома 0,145 нм, радиус иона Nb⁵⁺ - от 0,062 нм (координационное число 4) до 0,088 нм (8), иона Nb⁴⁺ - от 0,082 до 0,092 нм, иона Nb³⁺ - 0,086 нм, иона Nb²⁺- 0,085 нм. Энергии последовательной ионизации - 6,88, 14,32, 25,05, 38,3 и 50,6 эВ. Работа выхода электронов 4,01 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,6.

История открытия

Открыт в 1801 Ч. Хатчетом (см. ХАТЧЕТ Чарлз). Исследуя черный минерал, присланный из Америки, он выделил оксид нового элемента, который он назвал колумбием, а содержащий его минерал - колумбитом. Через год из того же минерала А. Г. Экеберг (см. ЭКЕБЕРГ Андерс Густав) выделил еще один оксид, который назвал танталом (см. ТАНТАЛ (химический элемент)). Свойства колумбия и Ta были очень близки, и их очень долго рассматривали как один элемент. В 1844 Г. Розе (см. РОЗЕ (немецкие ученые, братья)) доказал, что это два разных элемента. Он сохранил название тантал, а другой назвал ниобий. Только в 1950 ИЮПАК (Всемирная организация химиков) окончательно присвоила элементу №41 название ниобий. Металлический Nb первым получил в 1866 К. Бломстранд (см. БЛОМСТРАНД Кристиан Вильгельм).

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 2·10^-3% по массе. В свободном виде ниобий не встречается, в природе сопутствует танталу. Из руд наиболее важны колумбит-танталит (см. КОЛУМБИТ) (Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆, пирохлор (см. ПИРОХЛОР) и лопарит (см. ЛОПАРИТ).

Получение

Около 95% Nb получают из пирохлоровых, колумбит-танталитовых и лопаритовых руд. Руды обогащают гравитационнымми методами и флотацией (см. ФЛОТАЦИЯ). Концентраты с содержанием Nb₂O₅ до 60% перерабатывают до феррониобия (сплава железа и ниобия), чистого Nb₂O₅ или NbCl₅. Восстанавливают ниобий из его оксида, фторида или хлорида алюмино- или карботермией. Особо чистый ниобий получают высокотемпературным восстановлением летучего NbCl₅ водородом.

Полученный порошок ниобия брикетируют, спекают в вакууме в электродуговых или электроннолучевых печах.

Физические и химические свойства

Ниобий - блестящий серебристо-серый металл с кубической объемно центрированной кристаллической решеткой типа a-Fe, а = 0,3294 нм. Температура плавления 2477°C, кипения 4760°C, плотность 8,57 кг/дм³.

Химически ниобий довольно устойчив. При прокаливании на воздухе окисляется до Nb₂О₅. Для этого оксида описано около 10 кристаллических модификаций. При обычном давлении стабильна b-форма Nb₂О₅. При сплавлении Nb₂О₅ с различными оксидами получают ниобаты: Ti₂Nb₁₀О₂₉, FeNb₄₉О₁₂₄. Ниобаты могут рассматриваться как соли гипотетических ниобиевых кислот. Они делятся на метаниобаты MNbO₃, ортониобаты M₃NbO₄, пирониобаты M₄Nb₂O₇ или полиниобаты M₂O·nNb₂O₅ (M - однозарядный катион, а n = 2-12). Известны ниобаты двух- и трехзарядных катионов. Ниобаты реагируют с HF, расплавами гидрофторидов щелочных металлов (KHF₂) и аммония (см. АММОНИЙ (в химии)). Некоторые ниобаты с высоким отношением M₂O/Nb₂O₅ гидролизуются:

6Na₃NbO₄ + 5H₂O = Na₈Nb₆O₁₉ + 10NaOH

Ниобий образует NbО₂, NbО и ряд оксидов, промежуточных между NbО_2,42 и NbО_2,50 и близких по структуре к b-форме Nb₂О₅.

С галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) Nb образует пентагалогениды NbHal₅, тетрагалогениды NbHal₄ и фазы NbHal_2,67-NbHal_3+x, в которых имеются группировки Nb₃ или Nb₂. Пентагалогениды ниобия легко гидролизуются водой. Температуры плавления пентахлорида, пентабромида и пентаиодида ниобия - 205, 267,5 и 310°C. Выше 200-250°C эти пентагалогениды летучи.

В присутствии паров воды и кислорода NbCl₅ и NbBr₅ образуют оксигалогениды NbOCl₃ (NbOBr₃) - рыхлые ватообразные вещества.

При взаимодействии Nb и графита образуются карбиды Nb₂C и NbC, твердые жаропрочные соединения. В системе Nb - N существуют несколько фаз переменного состава и нитриды Nb₂N и NbN. Сходным образом ведет себя Nb в системах с фосфором и мышьяком. При взаимодействии Nb с серой получены сульфиды: NbS, NbS₂ и NbS₃. Синтезированы двойные фториды Nb и K (Na) - K₂[NbF₇].

Применение

50% производимого ниобия используется для микролегирования сталей, 20-30% - для получения нержавеющих и жаропрочных сплавов. Интерметаллиды ниобия (Nb₃Sn и Nb₃Ge) применяют при изготовлении соленоидов сверхпроводящих устройств. Нитрид ниобия NbN используют при изготовлении мишеней передающих телевизионных трубок. Оксиды ниобия - компоненты огнеупорных материалов, керметов, стекол с высокими коэффициентами преломления. Двойные фториды - при выделении ниобия из природного сырья, при производстве металлического ниобия. Ниобаты используются в акусто- и оптоэлектронике, как лазерные материалы.

Физиологическое действие

Соединения ниобия ядовиты. ПДК ниобия в воде 0,01 мг/л.

Составить слова из слова ниобий

ПРОТАКТИ́НИЙ -я; м. Радиоактивный химический элемент (Ра), блестящий светло-серый металл.

* * *

протакти́ний (лат. Protactinium), химический элемент III группы периодической системы, относится к актиноидам. Радиоактивен; наиболее устойчивый изотоп ²³¹Ра (период полураспада 32 500 лет). Название от греческого prōtos - первый и актиний (изотоп ²²⁷Ас образуется при α-распаде ²³¹Pa). Светло-серый металл, плотность 15,37 г/см³, t_пл около 1570°C. Добывают из урановой руды.

* * *

ПРОТАКТИНИЙ - ПРОТАКТИ́НИЙ (лат. Protactinium, от греч. «протос» - первый и актиний (см. АКТИНИЙ)), Pа (читается «протактиний»), радиоактивный химический элемент, атомный номер 91. Стабильных нуклидов не имеет. Относится к актиноидам. (см. АКТИНОИДЫ) Расположен в группе IIIB в седьмом периоде периодической системы. Электронная конфигурация трех внешних слоев атома 5s²p⁶d¹⁰f²6s²p⁶d ¹ 7 s ². Первый элемент в семействе актиноидов, в невозбужденном атоме которого имеются 5 f-электроны. В соединениях проявляет степени окисления +3, +4, +5 (валентности III, IV или V). В степенях окисления +3 и +4 ведет себя как актиноид. В степени окисления +5, (наиболее характерной), ведет себя как ниобий (см. НИОБИЙ) и тантал. (см. ТАНТАЛ (химический элемент)) Радиус нейтрального атома протактиния 0,163 нм, радиусы ионов Pа⁴⁺ 0,0944 нм, Pа⁵⁺0,090 нм. Энергия ионизации нейтрального атома 5,9 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,14.

История открытия

В 1913 году немецкие радиохимики К. Фаянс и О. Геринг обнаружили новый элемент, который назвали «бревием», символ UX_2.. Им оказался короткоживущий радионуклид 91-го элемента, ^234mPa. При радиоактивном распаде ^234mPa испускает b-частицу, с периодом полураспада Т_1/2 = 1,17 мин.

В 1917 немецкий радиохимик О. Ган (см. ГАН Отто) и австрийский химик Л. Мейтнер (см. МАЙТНЕР Лизе) и независимо от них англичане Ф. Содди (см. СОДДИ Фредерик) и Дж. Кранстон из отходов переработки урановой руды выделили долгоживущий a-радиоактивный нуклид 91 го элемента протактиний-231(Т_1/2 = 3,28·10⁴лет), постоянно образующийся в урановой руде. Так как протактиний служит родоначальником актиния (см. АКТИНИЙ) (при a-распаде протактиния-231 образуется актиний-227), ему было присвоено современное название. В 1927 были выделены первые 2 мг чистого соединения протактиния - оксида Ра₂О₅. В 1960 английские радиохимики выделили из отходов переработки урана 130 г радионуклида ²³¹Ра.

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 1·10^-10 % по массе. Радионуклиды протактиния входят в состав естественных радиоактивных рядов урана-235 и урана-238 (ядерные изомеры ²³⁴Ра, Т_1/2 = 6,7 часа и менее устойчивый ^234mPa). В 1 т урана в урановых около 0,3 г протактиния-231.

Получение

К 1988 в мире из урановых руд было выделено около 150 г протактиния. Затрудняет использование хроматографии (см. ХРОМАТОГРАФИЯ) и экстракции (см. ЭКСТРАКЦИЯ ЖИДКОСТНАЯ) для выделения протактиния то, что его соединения склонны к гидролизу и образованию коллоидных (см. КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ) частиц и мало растворимы в воде. В настоящее время искусственно получают b-радиоактивный ²³³Ра (Т_1/2 = 27,4 суток). Для этого используют облучение нейтронами тория-232. При этом сначала образуется торий-233, который очень быстро за счет b-распада превращается в ²³³Ра.

Физические и химические свойства

Протактиний - светло-серый металл. Металлический протактиний существует в двух модификациях. При температурах от комнатной и до 1170°C устойчив a-протактиний с тетрагональной решеткой, параметры а = 0,3925 нм и с = 0,3238 нм. При температурах от 1170°C и до температуры плавления (1572°C) существует b-протактиний с кубической гранецентрированной решеткой. Приготовить высший оксид протактиния Ра₂О₅можно нагреванием до 500°C гидроксида (см. ГИДРОКСИДЫ) Ра(ОН)₅, добавляя раствор аммиака (см. АММИАК) NH₃ к раствору соли протактиния (+5). Существует две модификации Pa₂O₅ - кубическая и орторомбическая. Из Ра₂О₅ получают пентагалогениды протактиния РаСl₅, РаBr₅ и РаI₅:

Ра₂О₅ + 5СОСl₂ = 2РаСl₅ + 5СО₂

Их свойства схожи со свойствами соответствующих пентагалогенидов ниобия (см. НИОБИЙ) и тантала (см. ТАНТАЛ (химический элемент)). Восстановлением Ра₂О₅ получают диоксид протактиния РаО₂. В области РаО₂ - РаО_2,5 существует непрерывный ряд твердых растворов. Получены такие соединения, как РаF₅, PaOCl₃, PaOBr₃, PaOS, PaN₂. В водных растворах стандартный электродный потенциал пары Ра(V)/Ра(IV) 0,1В, пары Ра(IV)/Ра(III) -1,8В, пары Ра(III)/Ра⁰ -1,6 В, пары РаО₂⁺/Ра(IV), пары РаО₂⁺/Ра⁰ -1,35 В. В растворах в присутствии сильных восстановителей присутствует ион Ра⁴⁺.

Применение

Протактиний-231 служит источником получения ²³²U, который используется в «атомных батарейках». Может использоваться как ядерное горючее.

Особенности экспериментальной работы

Протактиний-231 высоко токсичен. ПДК ²³¹Ра в открытых водоемах 12,2 Бк/л, в воздухе рабочих помещений 5,6·10^-4 Бк/м³.

Составить слова из слова протактиний