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金属钽

 

钽-历史

        钽也和其他元素一样是从研究新发现的矿石中发现的。
        1650年,在美国康涅狄格州发现一种深黑、透明并带有金色纹理、后来被称之为铌铁矿的矿物。1753年,该州首任总督的家族将矿物赠送给了伦敦大英博物馆。
        1802年,瑞典化学家安德斯•古斯塔夫•埃克伯格(A.G.Ekaberg,1767-1813)在分析斯堪的那维亚半岛的一种矿物(现在称之为钽铁矿和钇屑石)时,使它们的酸生成氟化复盐后,进行再结晶,从而发现了新元素。当他尝试用醋酸等溶剂溶解含有该种新元素的氧化物的各种努力都失败后,他联想到参照希腊神话中宙斯神的儿子坦塔拉斯(Tantalus)的故事,(Tantalus因为泄露天机而受到宙斯的惩罚,站在齐水深的水中却喝不上水,身处树下却吃不到果子而永受饥渴之苦,但他最终倔强地挺了过来),这位化学家将这个元素命名为Tantalum(钽),表示该元素很难溶解。由于铌和钽的性质非常相似,人们曾一度认为它们是同一种元素。

物理性质

        钽是一种呈钢灰色的有色金属,由于其具有许多奇异的特性,而被称为“贵族金属”,又由于其有着广泛的应用领域,被誉为“金属王国”的多面手。
性质
元素符号 Ta Nb
原子序数 73 41
相对原子质量 180.9479 92.9064
晶格类型 体心立方 体心立方
晶格常数a/pm 329.6 329.4
颜色 钢灰色 银灰色
摩尔体积/cm3 10.9 10.84
原子半径/nm 0.146  
熔点( 2996 2468
沸点( 5427 4840
密度/g·cm-3 16.68 8.66
比热熔/kJ·(kg·K)-1 0.142 0.272
燃烧热/(kJ·g-1 - 9.954
热/(kJ·mol-1 31.6 27.2
升华热(卡/克原子) 185.5 170.9
气化热/(kJ·mol-1 743 697.1
热导率/W·(m·K)-1 57.5 53.7(300K)
导热系数(25℃)(W/m·℃) 54 52
蒸气压(1500~2500)(mmHg 1×10-10~1×10-2 1×10-10~6×10-2
超导转化温度(临界温度)(K) 4.38 9.22
热中子俘获截面(巴) 21.3 1.15
辐射功率(1330~2330℃)(W/cm2) 7.2~75.0 6.3~70.0
电子逸出功(W) 4.12 4.01
金属表面氧化膜介电常数(ε) 26 41
电阻温度系数(0~100℃)(10-3/℃ 3.82 3.95
电阻率(20)(μΩ) 12.5 13.2
标准电极电位(E°)(V) Ta/Ta5+1.12 Nb/Nb5+0.96
电离电位(V) 7.3±0.3 6.67
线膨胀系数/10-6 6.5 7.1

力学性质

        钽具有良好的塑性,可以承受各种形式的冷加工,可冷加工成厚度为0.01mm的薄片而无需中间退火。钽具有足够的强度和刚度,其值与低碳钢接近。钽具有良好的韧性,不会发生脆性断裂,不因震动和冲击而失效。钽还具有良好的导热性,因此钽可以很方便地加工成各种大小形状的零件。在难熔金属中,钽的低温塑性是最好的,它的塑-脆性转变温度低于-196℃,在周期表中钽的毗邻元素有的能在钽中完全固溶,有的溶解度很大。
        钽被认为是冶炼中的“维生素”,它是提炼超强钢、耐蚀钢和耐热钢合金的重要元素,可以提供发展火箭、宇宙飞船、喷气飞机等空间技术必需的特殊材料

钽的力学性能表

特性 数值
压缩系数/kg·mm-2 21050
弹性模量/kg·mm-2 19000
抗拉强度极限/N·mm-2 烧结退火后的坯条 289
退火板材 245~441
未退火金属丝 862~1228
伸长率/% 冷轧 1~3
退火 25~40
硬度 退火 45~125
变形后 125~350

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