Лаб-3 Изделия из редких металлов

Тантал-блестящий серебристо-серый металл; кристаллическая решетка кубическая объемноцентрированная, Т. пл. 3014°С, т. кип. ок. 5500°С; плотн. 16,60 г/см³ (20°С); Тантал парамагнитен, уд. магн. восприимчивость +9,49·10^-7 (18°С).

Примеси H, N, С и О снижают пластичность и повышают твердость тантала. Чистый тантал легко обрабатывается давлением на холоду; жаропрочен; твердость по Бринеллю чистого отожженного образца 500 МПа. Тантал не переходит в хрупкое состояние до — 211°С.

Химически тантал очень инертен. В компактном виде начинает окисляться на воздухе выше 300 °С, устойчив к действию сухих Вr₂ и I₂ при 150°С, взаимод. с Сl₂ выше 200 °С, с Н₂-выше 250 °С (интенсивно-при 300 °С), с Р₂-выше 250 °С, с С и углеводородами-при 800-1100 °С.

Ниже 150°С не растворяется в царской водке, при обычной температуре - в соляной, фосфорной и серной кислотах, не реагирует с большинством других кислот, водным раствором аммиака, водными растворами солей, органическими веществами. Не взаимодействует с разбавленными растворами щелочей, но медленно растворяется в их концентрированных горячих растворах. Устойчив к большинству расплавленных металлов (Li, Na, К, Си, Cd, Hg, Sn, Pb, Bi), но корродирует в расплавах Fe, Ni и Со. Растворим во фтористоводородной кислоте, ее смесях с HNO₃, в горячих конц. H₂SO₄ и Н₃РО₄, в расплавленных щелочах и NH₄HF₂.

На воздухе тантал покрывается тончайшей пленкой оксидов тантала. Обратимо поглощает водород с образованием твердого раствора внедрения (до 30 ат. %Н) и гидрида состава Та₂Н. Растворимость водорода (мг в 100 г тантала) меняется от 417 при 17 °С до 6,66 при 1300°С, выше 1500 °С-близка к нулевой. Макс. содержанию растворенного Н₂ соответствует фаза ТаН_0,78. Гидрирование и дегидрирование тантала при нагревании используют для получения мелкодисперсного тантала.

При взаимодействии с углем тантал дает карбиды Та₂С и ТаС. В системе Та-С установлено существование трех фаз: α (твердый р-р С в тантале) и с недостатком С (структуры вычитания)-β(Та₂С) и γ(ТаС).

В системе Ta-N существуют 4 фазы (нитриды): β(TaN_0,05), γ(TaN_0,40__0,45), δ(TaN_0,8__0,9) и ε (TaN). При нагревании до 2800-3000 °С нитриды тантала теряют азот, превращаясь в α-фазу (раствор азота в тантале). Нитриды тантала очень устойчивы к действию различных химических веществ. Нитриды TaN и Ta₂N образуют твердые растворыры  с ТаС и Та₂С. Описана фаза Ta₃N₅ (красного цвета), образующаяся при взаимодействии Та₂О₅ с NH₃ при 860-920 °С в присутствии Ti. Она кристаллизуется в тетрагональной сингонии; плотность 9,85 г/см³. При высоком давлении азота получают Ta₅N₆.

С фосфором тантал образует фосфиды ТаР и Та₂Р, с мышьяком - apсениды TaAs и TaAs₂, с сурьмой - антимониды Ta₃Sb, Ta₅Sb₄, TaSb₂, с серой - сульфиды TaS₃ и TaS₂.

Известно четыре устойчивых кристаллических силицида: TaSi₂ (т. пл. ок. 2200°С, гексагональная кристаллическая решетка, плотн. 9,14 г/см³), Ta₅Si₃ (т. пл. ок. 2500 °С, имеет две тетрагональных кристаллических модификации), Ta₂Si (т. пл. ок. 2450 °С, тетрагональная кристаллическая решетка,) и Ta₉Si₂ (т. пл. ок. 2500 °С, гексагональная кристаллическая решетка). Компактный TaSi₂ устойчив к окислению на воздухе до 1000 °С и выше. Силициды тантала взаимодействует с плавиковой кислотой и расплавленными щелочами, устойчивы к действию других минеральных кислот и разбавленных растворов щелочей.

С бором тантал образует бориды ТаВ₂ (т. пл. ок. 3200°С), ТаВ (т. пл. ок. 2000 °С), а также инконгруэнтно плавящиеся Та₂В, Та₃В₂, Та₃В₄.

Бесцветный сульфат Ta₂(SO₄)₅ гидролизуется водой, при нагревании выше 100°С разлагается с выделением SO₃. Выделены также Ta₂O₄SO₄·3H₂O и соли типа (NH₄)₃Та(SO₄)₄. Фосфаты тантала имеют состав Та₃(РО₄)₅ и ТаОРО₄. Возможно существование гидрофосфатов, а также пирофосфата (ТаО₂)₄Р₂О₇.

Тантал открыт в 1802 А. Экебергом. В виде пластичного металла впервые получен в 1905 В. Болтоном.

Лит.: Константинов В. И., Электролитическое получение тантала, ниобия и их сплавов, М., 1977;