（Tantalum），元素符號Ta，稀有金屬，第六周期VB族——過渡元素，原子序數73。鉭的原子量180.9479，標準熔點2996℃，標準沸點5425±100℃，標準汽化熱123Kcal/Kg。鉭的單質為鋼灰色金屬，鉭熔點很高（2996℃），僅低于鎢、錸[lái]等元素，鉭可在150℃下抵抗任何化學侵蝕。金屬鉭在常溫的空氣中穩定，不與水、鹽酸、硫酸、硝酸反應，當溫度高于500℃則加速氧化生成Ta2O3。鉭具有熔點高、冷加工性能好、高抗液態金屬腐蝕能力強等一系列優異性能，其硬度適中，并與含氧量相關，普通純鉭，退火態的維氏硬度僅有140HV。同時，鉭還富有延展性，熱膨脹系數低，可以拉成細絲式制薄箔。
鉭是在1802年由瑞典化學家?？瞬?(A.G.Ekeberg，1767~1813)在分析斯堪的納維亞半島的鈮鉭礦時，使它們的酸生成氟化復鹽后進行再結晶，從而發現了新元素，由于鉭和鈮[ní]的物理化學性質相似，二者共生于自然界的礦物中，因此該發現實為鉭鈮礦礦石。根據神斯神之子Tantalus的名字命名。1903年德國化學家馮伯爾頓 (W.von Bolton)首次制備塑性金屬鉭，用作燈絲材料。1940年大容量的鉭電容器出現，并在軍用通訊中得到廣泛的應用。中國于20世紀60年代初期建立了鉭的冶金工業。自90年代，特別是1995年以來，中國鉭生產應用呈現出快速發展的態勢。
鉭電容器具有容量大、體積小和可靠性好等優點，占鉭總用量的三分之二以上。在牙科和醫學外科領域，因鉭的化學惰性常作為人體牙齒和骨骼的替代物，也可制成絲線用于連接斷裂的神經。鉭及其化合物依靠自身的高抗耐蝕性，可做為鹽酸和硫酸生產設備的原材料。
鉭的歷史
發現
1802年，瑞典化學家?？瞬?A.G.Ekeberg)首次在鈮鉭礦中發現鉭，他通過使礦物的酸生成氟化復鹽后再結晶，從芬蘭基米托(Kimito)地方產的一種黑色礦石(即鉭鐵礦)和伊特比地方產的一種褐色礦石(即釔[yǐ]鉭礦)中分離出了鉭金屬的氧化物。直到1866 年，馬里納克(J.C.Marignac)第一次采用復鹽分步結晶法(鈮鉭分布結晶法分離)將金屬鉭和鈮分開，從而確定?？瞬竦陌l現的實為兩種元素。鉭雖然在19世紀初就已被發現了，但直到1903年才制出了金屬鉭，1922年開始工業生產鉭。
命名
因為鉭需要經過冗雜的手段從混合物中分離出來，所以就給鉭金屬取了古怪的名字叫tantalum，意思是"使人煩惱"。另一種說法是，這一命名來自希臘神話中的英雄坦塔羅斯(Tantalus)，因為鉭金屬具有英雄的特征，能夠抵抗多種酸的侵蝕，因此以其來命名。
工業發展
在1903年，德國化學家博爾頓(W.Von.Bolton)首先利用金屬鉭制得塑性金屬，并用以燈絲材料，直到1940 年大容量的鉭電容器的出現，并廣泛應用于軍事通訊中。中國于20世紀50年代中期，開始對鉭進行研究，到90年代建成較為完整的鉭科研和生產體系，現在能生產國內所需的各種鉭產品和合金制品。世界鉭工業的發展始于20世紀20年代，中國鉭工業始于1956年。
鉭的分布
分布情況
鉭是稀土金屬元素，和鈮共生于鈮鉭鐵礦、黃綠石、細晶石以及黑稀金礦等礦石中。在自然界中的分布較少，存在于分割歐亞大陸的烏拉爾山脈、中亞的阿爾泰山脈。已查明世界鉭儲量（以鉭計）約為134000短噸，扎伊爾占首位，中國鉭資源的儲量僅為全世界儲量的1/16，主要分布于內蒙古自治區、湖北、江西省、廣東省、福建省、新疆、廣西壯族自治區等?。▍^）。1979年世界鉭礦物的產量(以鉭計)為788短噸(1短噸=907.2公斤)。美國是鉭消費量最大的國家，1997年消費量達500噸，其中60%用于生產鉭電容器。
存量情況
世界鉭儲量與儲量基礎見下表。
世界鉭儲量與儲量基礎（千磅 Ta）
理化性質
物理性質
金屬鉭呈灰黑色，高熔點(2996℃)、高沸點(5425℃)，為立方晶系結構，晶格常數0.33074nm。鉭在常溫下的抗拉強度為309MPa，屈服強度為240MPa，伸長率為35%，因此鉭具有較好的延展性和可鍛性，可加工成復雜的形狀。
鉭的主要物理性質
化學性質
鉭作為低于150℃下化學性質最穩定的金屬之一，可在150℃下抵抗大多數化學侵蝕；鉭在150℃以下的濃硫酸中不會被腐蝕，只有在高于此溫度才會與熱的濃硫酸反應；例如在175℃的濃硫酸中1年，被腐蝕的厚度為0.0004毫米，在200℃的硫酸中浸泡一年，表層僅損傷0.006毫米。但在發煙硫酸（含15%的SO3）中腐蝕速度比濃硫酸中更加嚴重，在130℃的該溶液里浸泡1年，表面被腐蝕的厚度為15.6毫米。與鉭能起反應的只有氟[fú]、氫氟酸、含氟化物的酸性溶液和三氧化硫；高溫下，鉭表面的氧化膜被破壞，因此能與多種物質反應，鉭在室溫下能與氟反應，在高于250℃時能與其他鹵族元素反應，生成鹵化物，例如氯在410℃時與鉭反應生成五氯化鉭；同時，鉭在室溫下可與濃堿溶液反應，并且溶于熔融堿中。鉭耐土壤、海洋和工業氣氛的腐蝕，在低于250℃的空氣、氯氣、碳酸氣中都很穩定，在超過250℃時能吸收氫、氮、氧。
合成反應
鉭和氫在250℃以上生成脆性固溶體和氫化物Ta2H、TaH、TaH2、TaH3。鉭與氫的化學反應如下。
鉭和氮在300℃左右開始反應生成氮化合物Ta2N和TaN；在高于2000℃和高真空下，被吸收的氮又從鉭中析出。鉭與氮的化學反應如下。
氧化反應
致密的鉭在200℃下開始輕微氧化，在280℃時明顯氧化，其中生成的氧化物中最穩定的是Ta2O5。鉭與氧的化學反應如下。
還原反應
鉭還原是用氟鉭酸鉀在577~627℃于氫氣保護下，在還原爐中用鈉還原，即得到鉭粉，反應如下。
電子結構
鉭原子的電子結構為[XE]-5d3-6s2。鉭元素的核外電子排布呈現2、8、18、32、11、2的構型。在形成化合物時除失去6s軌道中的電子外，同時失去5d軌道中的電子，故鉭有從+1到+5的多種價態。
同位素
鉭共有十九個同位素，其中有兩種天然的穩定同位素73Ta180和73Ta181。質量數范圍為172~186同位素的半衰期、衰變方式和制備方法見下表。
鉭的同位素
鉭的化合物
鉭是過渡元素，具有多價性，可與氧、氯、碳、氮等元素反應，生成多種化合物。
鉭的氧化物
鉭的最主要的氧化物是五氧化二鉭 (Ta2O5)。Ta2O5為兩性氧化物，難溶于水，也不溶于除氫氟酸之外的一切酸；可溶于熔融的氫氧化鈉、氫氧化鉀、K2S2O7、KHSO4，但難溶于氫氟酸以外的無機鹽；在真空加熱可分解成鉭和氧。
Ta2O5可由鉭鐵礦除去其他金屬制得，也可以將氫氧化鉭燒脫水制得，還可將純鉭在氧氣中加熱生成Ta2O5。它在工業上常作為生產高折射率光學玻璃、電容器等工業品的主要原料。
Ta2O5常溫下為白色細晶粉末，非晶態的Ta2O5在500℃開始結晶生成低溫晶體(T型)，在830℃時轉化為溫晶型(M型)，超過830℃時生成高溫晶型 (H型)。其它主要物理性質見下表。
Ta2O5的主要物理性質
鉭的鹵化物
鉭的高價鹵化物包括TaF5、TaCL5、TaBr4和TaI5。
TaF5為白色結晶體，熔點為95.1℃，沸點為229.3~233.3℃；能溶于水但不分解，TaF5的吸濕性很強，在空氣中能潮解產生HF氣體。
TaCL5為白色晶體，熔點為220℃，沸點為233~239℃；TaCL5易水解，會析出白色氫氧化物沉淀；TaCL5易揮發，在真空中600℃即可分解成金屬Ta，在CCL4中的溶解度為1%，在CS2中溶解度為3%。
TaBr4為橙黃色晶體，熔點為280℃，沸點為348.8℃；能溶于水并發生水解，能溶于甲醇、乙醇和CCL中，也溶于苯胺、液氨；在真空中蒸發時性質穩定不分解。
TaI5為黑色晶體，熔點為496℃，沸點為543℃；TaI5加熱升華而不分解，在潮濕空氣中容易水解，可釋放出碘化氫。
鉭的碳化物
鉭的主要碳化物為TaC。除氟酸與硝酸混合酸之外，TaC不溶于其他各種性溶液；在空氣中低于1100℃時，TaC很穩定，不被氧化；在氨或氮的作用下易生成氮化物。
TaC的主要物理性質
鉭的氮化物
鉭的氮化物共有3種分別為TaN、Ta2N和Ta5N3，最重要的是TaN。
TaN不溶于硝酸、氫氟酸和硫酸，但溶于熱的堿性溶液并釋放出氨氣和氮氣；TaN在空氣中加熱可生成氧化物并放出氨氣。
TaN的主要物理性質
鉭的硼化物
鉭的硼化物共有3種分別為Ta3B、TaB2和TaB，其中Ta3B只在高溫下穩定，TaB2和TaB均在室溫下穩定；TaB2和TaB不被鹽酸和王水侵蝕，但能被熱的硫酸和氫氟酸緩慢分解。TaB2和TaB的物理性質見下表。
TaB2和TaB的主要物理性質
鉭的氫化物
鉭在氫氣中加熱可獲得鉭的氫化物TaH，性質極脆，TaH在常溫下穩定，對化學試劑的作用與純Ta一樣穩定。在高真空下加熱至1000 ~1200℃，TaH分解放出H2。
鉭的冶金
鉭、鈮的物理化學性質相似，二者在自然界中共存于鉭鈮礦鐵礦中，因此為得到純度較高的金屬鉭及鉭的化合物，應對鉭鈮鐵礦進行分離提純。
鉭精礦的分解
鉭的礦石經過選礦作業得到精礦。精礦的分解法有氫氟酸分解法、氯化法、堿熔法(分氫氧化鈉熔融法和氫氧化鉀熔融法)、氟化法、電解法(分熔鹽電解法、還原熔煉-水溶液電解法)。
鉭鈮的分離
鉭和鈮分離的方法有氟絡鹽分步結晶法、有機溶劑萃取法、離子交換法、氯化物精餾法、選擇性還原法等。氟絡鹽分步結晶法在20世紀曾長期成為工業上分離鉭鈮礦的唯一方法。液-液萃取法具有萃取容量大、產品純度高、生產過程連續化等優點，現取代氟絡鹽分步結晶法成為最主要的分離方法。
鉭的制備
金屬鉭的制備方法主要有納熱還原法、碳熱還原法和熔鹽電解法等。其中納熱還原法使用最為普遍，所產的鉭粉粒形復雜，比表面積大，適用于制造電容器；碳熱還原法生成出的鉭，其純度不夠高；熔鹽電解法生成的鉭粉，僅用用于冶金。
納熱還原法是用鈉作還原劑還原K2TaF7，以制備出金屬鉭，反應式及工藝流程如下。
鉭的應用
鉭作為一種立方晶系結構，自身高熔點、耐腐蝕、冷加工性能好以及其它多方面的優良特性，使之在電子工業、鋼鐵工業、化學工業和宇宙航行、醫學等各方面得到越來越廣泛的應用，其中以鉭鎢、鉭鎢鉿、鉭鉿合金等形式用于火箭、導彈、噴氣發動機的耐熱高強材料以及控制和調節裝備的零件等領域。1981年鉭在美國各部門的消費比例約為：電子元件73%，機械工業19%，交通運輸6%，其他2%。
電子領域
鉭被大量用于電氣和電子行業，由于鉭與氧和氮的高反應性，會在表面形成介電強度高的 Ta2O5 氧化膜層，因而能制成體積小、容量大的電容器。用鉭制作的電解電容器具有休積小、重量輕、可靠性好、工作溫度范圍大、耐震、使用壽命長，同時比同樣大小的其它電容器容量大五倍以上。
合金領域
鎢鋼對鉭的需求量占市場用鉭總量的20%左右，僅次于電子工業。以碳化鉭為基的硬質合金制成的刀具，可避免刀具在熔焊階段產生的邊緣脫落、折斷等不良問題。
化學領域
鉭在150℃以下耐化學腐蝕及大氣腐蝕的能力強，具有良好的沖擊韌性、塑性及加工性能，因而可作為化工設備結構材料。化學工業中鉭消費量的二分之一用于制造生產硫酸設備，四分之一以上用于制造接觸氯及其衍生物介質的設備。使用鉭的化工設備有：熱交換器、濃縮器、加溫器、冷卻器、回收裝置、攪排機、藥品容器、耐鹵族元素裝置、高壓釜、泵、閥門、管道、鍍鉻槽、酸洗播排風機等。
材料領域
金屬鉭及其合金因其具有耐高溫的特點，可用于制作高速飛機的發動機，甚至用于火箭的噴嘴，其使用溫度可達2200℃。同時鉭對液態金屬汞、鈉鉀合金有很高的化學穩定性，故在原子能工業中可將鉭合金制成高溫釋熱元件的擴散壁。
醫藥領域
金屬鉭能夠與人或動物的細胞親密接觸，因此有“親生物金屬”的美譽。多孔鉭是一種與人體骨具有相近孔結構的泡沫狀多孔金屬材料，與其他醫用金屬材料相比，多孔鉭具有高容積孔隙率、低彈性模量及高表面摩擦系數的典型特性，從而被認為是一種比較理想的骨替代材料。在醫療過程中，多孔鉭利于骨生長，并促進成骨建立骨結合和骨整合，從而顯著提高植入物的初始穩定性和骨再生策略的適用性。
安全事宜
安全標志
金屬鉭有引火性及危險有害性
毒理
鉭及其化合物屬微毒到低毒，但金屬鉭與組織接觸無毒性表現。氧化鉭經口和腹腔內注射，由于溶解度低，實際上無毒；經口劑量達8000mg/kg仍無致病效應。
鉭的氯化物、氟化鉭鉀等可溶性鹽類，毒性較高。如大鼠氯化物的半數致死量是958 mg/kg，腹腔內注射是38mg/kg，氟化物的半數致死量是1150mg/kg，腹腔內注射是173 mg/kg。
消防安全
金屬鉭為易燃固體，同時與水接觸會釋放出可自燃的易燃氣體，僅在室外或通風良好的區域使用，發生火災時禁止使用水撲滅。
存儲
存放在密封容器中，且應置于干燥通風的地方處。
參考資料 >
Tantalum | Ta - PubChem.National Library of Medicine. .2023-03-27
2023年全球鉭產業現狀及競爭分析 資源儲量集中 三大巨頭壟斷加工.報告網.2023-12-18
鉭:電容器領域顯身手.中國科普網.2023-12-18
鉭Ta鉭Nb礦石檢測礦物質含量化驗.搜狐網.2023-12-21
鉭.全球礦產資源信息平臺.2023-12-21