2.3.3. Свойства важнейших химических соединений тантала и ниобия

Наиболее устойчивы соединения тантала и ниобия в высшей степени окисления. Кроме того, известны соединения отвечающие степени окисления 2, 3 и 4.

Оксиды. Высшие оксиды Nb₂О₅ и Ta₂O₅ – порошки белого цвета, плавятся при 1465 и 1870° С соответственно, отличаются химической прочностью, практически нерастворимы в воде.

Ниобаты и танталаты. Ниобиевая и танталовая кислоты не выделены в виде определенных соединений. Однако пятиокиси ниобия и тантала взаимодействуют с основаниями, образуя соли-ниобаты и танталаты, отвечающие гипотетическим мета- и ортокислотам, например NaЭО₃, Na₃ЭO₄ (где Э – Nb или Та). Метасоли щелочных и других металлов малорастворимы в воде и трудно разлагаются минеральными кислотами.

Галогениды. Высшие хлориды и фториды тантала и ниобия – ЭГ₅ – легкоплавкие легколетучие соединения (температуры их кипения 230 – 295 °С). Они получаются при действии галогенидов на металлы или окислы в присутствии восстановителя; гигроскопичны, в воде гидролизуются с образованием оксигалогенидов и гидротированых оксидов.

Комплексные фториды. При растворении пятиокисей ниобия и тантала в избытке плавиковой кислоты образуются комплексные кислоты H₂ЭF₇. Калиевые соли этих кислот K₂TaF₇, Ka₂NbF₇ служат исходными соединениями для производства металлических тантала и ниобия.

2.3.4. Области применения

Тантал и ниобий используют в радиоэлектронике и электротехнике, производстве жаропрочных, сверхпроводниковых и твердых сплавов, легированных сталей, в атомной энергетике и химическом машиностроении. В одних из этих областей преимущественно применяют тантал, в других — ниобий.

Радиоэлектроника и электротехника. В этих областях используют 60 - 70 % производимого тантала. Из тантала, сплавов тантала с ниобием изготавливают аноды, сетки, катоды косвенного накала и другие детали электронных ламп, особенно мощных генераторных ламп. Важное значение приобрело применение тантала для изготовления миниатюрных электрических конденсаторов, обладающих высокой емкостью и допускающих эксплуатацию в интервале температур от - 80 до + 200 ^оС.

Сверхпроводящие сплавы. Сплав ниобия с 25 – 35 % Zr (интерметаллид) применяют для создания мощных электромагнитов.

Жаропрочные сплавы и твердые сплавы. Ниобий и тантал входят в состав различных жаропрочных сплавов для газовых турбин реактивных двигателей. Ниобий и сплавы на его основе можно использовать при рабочих температурах 1000 – 1200 °С при защите от окисления покрытиями, а также при работе в вакууме ими инертных газах. Карбиды ниобия и тантала входят в состав некоторых марок твердых сплавов на основе карбида вольфрама.

Производство сталей. Основное количество добываемого ниобия (70 – 80 %) расходуется в производстве легированных сталей. Ниобием легируют также жаропрочные, инструментальные и магнитные стали.

Атомная энергетика. Ниобий обладает сочетанием свойств, удовлетворяющих требованиям атомной энергетики к конструкционным материалам: тугоплавкостью, хорошей обрабатываемостью, коррозионной стойкостью и относительно низким сечением захвата тепловых нейтронов. При температуре до 900 ^оС ниобий слабо взаимодействует с ураном и пригоден для изготовления защитных оболочек тепловыделяющих элементов.

Химическое машиностроение. Коррозионная стойкость ниобия и особенно тантала в кислотах и других средах в сочетании с высокой теплопроводностью и пластичностью делают их ценным конструкционным материалом для химической аппаратуры. Металлы используют для изготовления подогревателей, облицовки химических аппаратов, мешалок и других деталей.

Другие области применения. Тантал в виде проволоки и листов применяют в медицине - в костной и пластической хирургии (скрепление костей, «заплаты» при повреждении черепа, наложение швов и др.). Металл не раздражает кожу и не вредит жизнедеятельности организма. Ниобаты и танталаты различных металлов применяю в качестве пьезоматериалов, сегнетоэлектриков, преобразователей света.