Поведение металла в различных средах

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(национальный исследовательский институт)» (МАИ)

Институт №2
«Аэрокосмические конструкции, технологии и системы управления»

Кафедра
«Технология производства двигателей
летательных аппаратов»

Реферат

“Тантал”

по дисциплине
«Химия»

Студент: Попов А.Б.

Фамилия И.О.

Группа: 2ДЛА-1ДБ-322

Полный номер группы

Преподаватель: Ряховская Е.В.

Фамилия И.О.

Отметка о выполнении (защите) работы

Москва 2015

Оглавление

Введение. 3

Основная информация. 4

Оценка восстановительной активности металла и окислительно-восстановительной способности его соединений. 4

Поведение металла в различных средах. 4

Возможные процессы электрохимической коррозии. 6

Список литературы.. 7

Введение

Тантал открыт в 1802 году шведским химиком А. Г. Экебергом в двух минералах, найденных в Финляндии и Швеции. Однако в чистом виде выделить его не удалось. Из-за трудностей получения этот элемент был назван по имени героя древнегреческой мифологии Тантала.

Пластичный металлический тантал впервые получен немецким учёным В. Болтоном в 1903 году.

Первый промышленный штабик тантала был получен в 1922 году, при этом он не превышал по величине спичечную головку. Тогда элемент начал применяться в выпрямителях тока и радиолампах. Активное производство тантала было развёрнуто в самом конце Второй Мировой войны.

Тантал — редкий металл, в земной коре на его долю приходится 0,0002 %. В природе встречается в виде двух изотопов: стабильного ¹⁸¹Та (99,9877 %) и радиоактивного (вероятно) с периодом полураспада более 10¹⁵ лет ^180mТа (0,0123 %). Последний является чрезвычайно стабильным изомером (возбуждённым состоянием) изотопа ¹⁸⁰Та, период полураспада которого всего чуть более 8 часов.

Известно около 20 собственно минералов тантала — серия колумбит-танталит, воджинит, лопарит, манганотанталит и другие, а также более 60 минералов, содержащих тантал. Все они связаны с эндогенным минералообразованием. В минералах тантал всегда находится совместно с ниобием вследствие сходства их физических и химических свойств. Тантал — типично рассеянный элемент, так как изоморфен со многими химическими элементами. Месторождения тантала приурочены к гранитным пегматитам, карбонатитам и щелочным расслоенным интрузиям.

Основная информация

Положение в ПСXЭ:

● Порядковый номер - 73, показывает количество протонов и определяет заряд ядра.

● Номер периода — 5, показывает количество энергетических уровней.

● Подгруппа — Б, побочная подгруппа, показывает, что 1 или 2 электрона на внешнем уровне, остальные на предвнешнем и предпредвнешнем.

Актиний относится к f-элементам, валентные подуровни: 6s²5d³

Степень окисления +5

Оценка восстановительной активности металла и окислительно-восстановительной способности его соединений

Химически тантал очень инертен. В компактном виде начинает окисляться на воздухе выше 300 °С, Наиболее характерна ст. ок+5 ,+2 и +3 малохарактерны и неустойчивы, за исключением фторидов.

ϕ0= -0,81 В

Поведение металла в различных средах

а) в атмосфере сухого воздуха (О2(г)):

На воздухе тантал покрывается тончайшей пленкой тантала оксидов. Обратимо поглощает Н₂ с образованием твердого р-ра внедрения (до 30 ат. %Н) и гидрида состава Та₂Н

б) в воде:

2Ta+ 10H₂O = 2Ta(OH)₅ Поведение металла в различных средах - student2.ru + 5H₂

в) взаимодействие кислотами:

С галогенводородными кислотами неокислителями реагирует при температуре
2Ta+10HCL=2TaCl₅+5H₂(темп)

Концентрированные кислоты окислители на тантал не действуют, кроме того он нерастворим в царской водке. Конц. Хлорная, Серная кислота тоже на Тантал фактически не действуют. С температурой Тантал начинает постепенно медленно в них растворятся (H₂SO₄ выделяет SO2,а HClO₄ переходит в HСlO₃.Порошкообразный Тантал растворяется в смеси HF+HNO₃.Плавиковая кислота (HF)реагирует с порошкообразным танталом со взрывом, что обусловлено по видимому образованием многих неустойчивых фторидов и бифторидов.

При действии на тантал конц. H₃PO₄ нужна высокая температура
6Тa+10H₃PO₄= 2Ta₃(PO₄)₅+15H₂ (реакция замещения)

Ta⁰ – 5e = Ta⁵⁺ 2 - восстановитель, процесс окисления
2H⁺ + 2e =H₂ 5 - окислитель, процесс восстановления

2Ta+10KOH+10HOH=2K₅(Ta(OH)₁₀)+5H₂(реакция замещения)

Ta⁰ – 5e = Ta⁵⁺ 2 - восстановитель, процесс окисления
H⁺ + e =H₂ 5 - окислитель, процесс восстановления

В этой реакции тантал вытеснит водород, так как он активее, в результате получается водород (в виде газа).

д) взаимодействие с растворами и расплавами щелочей:

В конц. щелочах тантал медленно растворяется
2Ta+10KOH+10HOH=2K₅(Ta(OH)₁₀)+5H₂(реакция замещения)

Ta⁰ – 5e = Ta⁵⁺ 2 - восстановитель, процесс окисления
H⁺ + e =H₂ 5 - окислитель, процесс восстановления

В этой реакции тантал вытеснит водород, так как он активее, в результате получается водород (в виде газа).

Возможные процессы электрохимической коррозии с аэрацией и без аэрации при контакте данного металла с металлом Fe в заданной среде (при значении рН=7).

а) сравнив стандартные потенциалы двух металлов, выявить, какой из них будет анодным, какой катодным участниками:

ϕ_Ta⁵⁺= -0,81 В — анод

_Ta⁰

ϕ _Fe²⁺= -0,44 — катод

_Fe⁰

б) написать соответствующие уравнения частных анодной и катодной реакции с:

Aнодный процесс: Ta⁵⁺ + 5e^- → Ta 2

Kатодный процесс: Ta₂O₅ + 10H⁺ + 10e^- → 2Ta + 5H₂O 1

в) рассчитать ЭДС(корр.) и сделать вывод о возможности э/х коррозии:

ϕ O²=1,23 -0,0059 pH=0,82 В

OH^-

ЭДС(корр.) = ϕк - ϕа = 0,82-(-0,81)=1,63 В