钽:不怕王水的贱金属之王

钽:电容器里面的彩虹金属
《当一个酸可以和钽反应时,便已经赢了》
1802年,艾克伯格发现了钽,从矿石里面……
找到的钽以氧化钽(V)呈现,这玩意耐酸性一流,于是灵光乍现以那个周围吃的喝的近在咫尺却可望不可即的神Tantalus命名。钽的性质和同族的铌十分相似嗷(指及其惰性),即使二者物理性质明显得不像李逵和李鬼,但仍然在化学界掀起了对《李鬼是不是李逵》的激烈争论。直到1864年整活出了钽单质才承认了《李鬼(指钽)》的存在。但是对铌钽混合物的分离已经是1903年了,而工业化量产(除了钽电容我不能理解为啥要量产)已经是1929年了(此时中国早已进入中华民国时期了)。
终于!1952年(此时中国土地改革基本完成了)这俩玩意终于分开了,并且换好了名字。钽这玩意继承了隔隔隔隔壁p区元素的优良传统:散!一般只作为副产物生产。含钽的矿物虽然多,但真正有用的没几个。现在工业上对付钽,一般用氢氟酸和硫酸对付钽矿粉,并有机溶剂萃取(有机溶剂萃取无机金属化合物,有点意思)、稀硫酸反萃一堆大工程,把钽和其他东西分开(说的就是铌!),最后加入氢氟酸和氟化钾把钽络合起来沉淀(氟钽酸钾沉淀,《钾钠铵硝皆可溶》),然后用活泼金属置换。在火花带闪电的逝管中就能看到黑色的钽粉。生产过程过于繁琐,即使钽没有贵金属的命,却得了贵金属的病(悲
钽片是一种银灰色有光泽的金属,有时可以通过阳极氧化生成彩色钽片(《表面淬火》(误),密度也很大,甚至秒杀了重金属(但也没有正常人吃这么贵的金属盐吧……),它不仅重,还硬,金属单质硬度排行第六,难能可贵的是它还继承了隔隔隔壁的铝优良的延展性和可锻性(这是跟铍学的)。
前文提到钽具有极强的化学惰性,这玩意在空气中只有在280℃时才能被氧化,失去光泽生成蓝色氧化膜。这层氧化膜也嘎嘎致密,即使被加热到红热也不会燃烧。请记住,钽跟铌、钒是同族的,这层氧化膜也继承了他们薄膜干涉出彩虹的优良传统。从钽电容里拆钽时也能拆出不同的颜色(有拆盲盒那味了)。我个人认为紫色的显得很贵气,我很喜欢。
但钽最厉害的还是抗酸能力。和盐酸反应?对不起它不配(盐酸:1!5!)直接上发烟硝酸,(硝酸:对不起我也不配)。即使请出大杀四方的王水,钽也丝毫不虚,结果就是反应时王水先卒了。钽的耐腐蚀能力是仅次于铱的存在(是属于那种很厉害的)。 即使是抗腐蚀出了名的铌锇铂(???无端联想)都得被钽摁在仙人掌上摩擦(doge)酸界三宝里,只有默默无闻的浓硫酸才能让钽唱征服(还是站着唱)。因为这里需要的温度是150℃并且是以年为单位的反应速度。
唯一能把钽摁在搓衣板上吟唱征服的,却一种弱酸,氢氟酸(但高浓度时酸性很强),毕竟氟离子的络合能力几乎是无人能敌的。但氢氟酸单打独斗的话,即使把氢氟酸配成原地开席的浓度反应速度也就那回事(半死不活吊着口气的那种)。所以得让氧化性强酸——硝酸或者是双氧水和氟离子一起把钽摁住,如果换成钽粉的话,喷溅很刺激不是吗(写笔记的这个很无聊不是吗)。H2哥哥的运气非常好啊,顺带着把相机镜头也给报废了《恭喜解锁新物种:相寄》。回归正题,反应结束后加入氢氧化钾可以得到氟钽酸钾沉淀(还记得工业制钽吗,前文说过这个)。氟和钽的结合非常亲密啊,能逃出来的没几个,只有在长时间沸腾的情况下才能水解,但速度也就那样(亚铁氰根:这个我熟)。别看钽在酸面前把波一装尽了,但是跟铌一样,怕碱。尤其是碱金属的氢氧化物,就是钽的噩梦,把钽和氢氧化钠短时间共融后可以得到钽酸钠。跟铌一样,钽也会和氯气很快的反应并且生成易水解的共价化合物,高价态氯化钽。因为五氯化钽的剧烈水解,所以用五氯化钽整活时只能用有机溶剂。但有意思的是,如果用的芳香烃,甲基数量越多,五氯化钽的颜色也越深。再保证钽粉不会被空气氧化的情况下和五氯化钽共热,可以发生归中反应生成三氯化钽。这玩意难溶于水但可溶于酸,并且在强酸中呈蓝色。
上文提到过,钽可以和氧气反应,其实反应的速度比卤素更快。钽在氧气中活成了一道光,并且持续时间长,并且生成大量蓬松的五氧化二钽(法老之蛇,但是白化)。对比之下,硫因为可以更好地接触钽从而更容易化合,但是看不到火焰只能看到反应物颜色,并且产物具有硫化物的传统艺能:Ta x S y(未知化合物+1)。并且和铌一样,能和很多非金属单质反应,在碳族元素里面的反应很有意思,碳化钽中二者比例接近1:1,但硅化钽中是1:2,关键是钽仍然是正四价!(硅,你怎么了……)氮化钽很特殊,从灰黑色到黑金色都有,并且硬度高,活性差,熔沸点高,符合我对坩埚的所有想象(bushi)。最稳定的还是正五价,五氧化二钽也继承了五氧化二铌的优良传统:新鲜的随便活泼我不管,被加热后不溶于酸!不溶于酸!化成灰都不溶于酸!焦硫酸钾来了才罢休!至于二氧化钽,是五氧化二钽和钽粉在氢气里或者其他还原气氛里面归中出来的。回到五氧化二钽,对付结晶后或者灼烧后的粉末来说,只能用焦硫酸钾或者强碱把它融掉。氢氧化钾的反应速度更快亿些,生成的钽酸钾,加水当场水解给你看,生成会最开始好说话的水合态。
钽在工业上是非常重要的,因其几乎无敌的耐酸性可以代替贵亿些的铂族元素(当然钽本身也不便宜)作耐酸设备。目前最主要的用途就是拿来作电容。和传统电容相比可以做到等容量下更小的体积或等体积下更大的容量。医学上,钽的高度化学惰性且可以和身体可以很好的在一起,所以可以用来做外科植入部件(比如骨头)。但这玩意毕竟分散零散,供给不稳定,甚至非洲那边(忘了是印度还是非洲)因为这事爆发了战争,随着提纯工艺的提高和回收力度的加强,钽的工业应用前景甚至是非常乐观的。我们坚信,是金子总会发光,钽终有一天会打下属于自己的天下(升华)