1802年,瑞典化学家A.G.埃贝里克(Ekeberg)在钽铁矿中发现钽元素,并以希腊神话人物坦塔罗斯(Tantalum)名字命名。1903年,德国化学家W.Von.博尔顿(Bolton)制备出塑性金属钽。1922年,美国扇钢公司使用钠热还原法工业生产钽。
高熔点化学元素,元素符号为Ta,原子序数73,原子量180.94788,属周期系VB族。
1802年,瑞典化学家A.G.埃贝里克(Ekeberg)在钽铁矿中发现钽元素,并以希腊神话人物坦塔罗斯(Tantalum)名字命名。1903年,德国化学家W.Von.博尔顿(Bolton)制备出塑性金属钽。1922年,美国扇钢公司使用钠热还原法工业生产钽。
钽是一种稀缺资源,有两种同位素钽-180和钽-181。在自然界中,钽和铌共生于铌钽铁矿石 [(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6] 中,还存在于重钽铁矿(见图)、细晶石等矿物中,其在地壳中的含量为1.7×10-4%。钽矿主要分布在澳大利亚、巴西、加拿大和非洲。
钽为银白色金属,体心立方结构,物理性能见表,在150℃以下,只与氟、氢氟酸、含氟离子的酸性溶液和浓碱溶液起反应。致密的钽在200℃开始轻微氧化,形成多种氧化物,最稳定的是五氧化二钽。由于钽的氧化膜具有良好的介电性,大量用于制造各种高品级电容器。在高温时还能与硫、氮、碳等反应生成相应的硫化物、氮化物和碳化物,碳化钽是最难熔的化合物之一。钽粉可以采用氢化-脱氢的方法制备,在250℃以上氢化,在800~1200℃真空下脱氢。
密度/g·cm-3 | 16.6(20℃) | 热中子吸收截面/靶恩 | 21.3 |
熔点/℃ | 2980 | 平均比热/J(kg·K) | 142(0~100℃) |
沸点/℃ | 5370 | 熔化热/kJ·mol-1 | 24.7 |
电子组态为/Xe | 4f145d36s2 | 气化热/kJ·mol-1 | 782.5 |
线膨胀系数/K | 6.5×10-6(0~100℃) | 热导率/W·(m·K)-1 | 57.55(0~100℃) |
超导转变临界温度/K | 4.38 | 电阻率/μΩ·cm | 13.5(20℃) |
工业上,钽粉制备主要包括钽铌精矿分解、净化、钽铌分离和制备纯钽粉等步骤。主要使用钠还原氟钽酸钾工艺生产钽粉,极少数情况下采用电子束熔炼钽锭再氢化-脱氢制备钽粉;氢化-脱氢法也是一种重要的钽粉制备方法。钽锭制备通常采用电子束、真空电弧或者采用粉末冶金方法制备,将钽粉经过压制和高温烧结制成烧结条,捆绑成电极进行熔炼;再经锻造、轧制等常规压力加工法制成各类板、棒和箔材。高纯钽和钽单晶的制备使用电子束区域熔炼法。
钽具有耐高温、耐腐蚀、塑性好等综合性能,可用于化工、高温技术、电子工业、武器等领域。钽主要以钽粉、钽丝和钽箔的形式用于电解电容器,钽电容器广泛应用于手机、电脑、仪器仪表和航空航天等领域。钽介质设备可用于生产硫酸、接触氯及其衍生物场合,也可用于制备蒸煮器、加热器、冷凝器、热交换器等体积较小的器皿器件,钽薄层作为钽-钢复合板内衬材料起到耐腐蚀作用,纯钽靶材用于阴极溅射涂层、高真空吸气泵活性材料,高纯钽靶材可用作硅片上铜互连线的阻挡层。钽丝、钽片和钽支架和多孔钽可用于骨科和外科手术植入材料,耐蚀性能和生物相容性好。在X射线照相中,纯钽增感屏能够提高图片的清晰度。碳化钽硬质合金刀具可耐3800℃以下高温,且其硬度接近金刚石。氧化钽用于制造高级光学玻璃和催化剂。钽还是镍基高温合金的重要添加元素。