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

ПОЛО́НИЙ -я; м. Химический элемент (Po), мягкий радиоактивный металл серебристо-белого цвета, получаемый из урановых руд (применяющийся как источник нейтронов).

◁ Поло́ниевый, -ая, -ое.

* * *

поло́ний (лат. Polonium), химический элемент VI группы периодической системы. Радиоактивен; наиболее устойчивый изотоп ²⁰⁹Po (период полураспада 102 г). Название от латинского Polonia - Польша. Мягкий серебристо-белый металл; плотность 9,136 г/см³, t_пл 254°C. Изотоп ²¹⁰Po - источник α-излучения, в смеси с бериллием полоний - удобный лабораторный источник нейтронов.

* * *

ПОЛОНИЙ - ПОЛО́НИЙ (лат. Polonium), Pо (читается «полоний»), радиоактивный химический элемент, атомный номер 84. Расположен в группе VIA, в 6 периоде. Стабильных изотопов не имеет. Электронная конфигурация внешнего слоя невозбужденного атома 6s²p⁴. Проявляет степени окисления -2, +2, +4 (наиболее устойчива) и +6 (валентности II, IV и VI).

Радиус нейтрального атома 0,153 нм, радиусы ионов Pо⁶⁺ 0,067 нм, Pо⁴⁺0,104 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома 8,43, 19,4 и 27,3 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,76.

История открытия

Полоний был выделен в 1898 из радиоактивных отходов переработки урановых руд супругами Пьером Кюри (см. КЮРИ Пьер) и Марией Склодовской-Кюри (см. СКЛОДОВСКАЯ-КЮРИ Мария). Назван в честь родины М. Кюри - Польши (лат. Polonia).

Первый образец полония, содержащий 0,1 мг этого элемента, был выделен в 1910.

Нахождение в природе

Содержание полония в земной коре 2·10^-14 % по массе. Радионуклиды полония входят в состав естественных радиоактивных рядов: Po-210 (Т_1/2 138,4 суток), Po-218 ( Т _1/2 3,05 мин) и Po-214 (Т _1/2 1,5·10 ^-4 с) - в ряд U-238, Po-216 (Т_1/2 0,158 с) и Po-212 (Т_1/2 3·10^-7 с) - в ряд Th и Po-215 (Т_1/2 1,83·10^-3 с) и Po-211(Т_1/2 0,52 с) - в ряд U-235.

Получение

На практике в граммовых количествах наиболее долгоживущий нуклид полония ²¹⁰Ро синтезируют искусственно, облучая металлический ²⁰⁹Bi нейтронами в ядерных реакторах. Получившийся ²¹⁰Bi за счет b- распада превращается в ²¹⁰Po.

Микроколичества полония извлекают из отходов переработки урановых руд. Выделяют полоний экстракцией, ионным обменом, хроматографией и возгонкой.

Металлический Po получают термическим разложением в вакууме сульфида PoS или диоксида PoO₂ при 500⁰ С.

Физические и химические свойства

Полоний - мягкий серебристо-белый металл.

Металлический полоний быстро окисляется на воздухе. Известны диоксид полония РоО₂и монооксид полония РоО. С галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) образует тетрагалогениды. При действии кислот переходит в раствор с образованием катионов Ро²⁺ (розового цвета):

Ро + 2НСI = РоСI₂ + Н₂

Растворяя Po в соляной кислоте в присутствии Mg, получаем:

Ро + Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂Po

В индикаторных количествах получены кислотный триоксид полония РоО₃ и соли полониевой кислоты, не существующей в свободном состоянии, - полонаты К₂РоО₄.

Особенности работы с полонием

Полоний высокотоксичен. Его соединения саморазогреваются и переходят в аэрозольное состояние. ПДК в водоемах и в воздухе рабочих помещений 11,1·10^-3 и 7,41·10^-3 Бк/л.

Применение

²¹⁰Po - источник энергии в атомных батареях, используемых в космических аппаратах и переносных устройствах. В смеси с бериллием и бором ²¹⁰Po применяют для изготовления ампульных источников нейтронов.

Составить слова из слова полоний