Сверхпроводники тантал

1.

СВЕРХПРОВОДНИКИ.
ТАНТАЛ.
Выполнили: студенты гр. Соа-311
Николаев И.Д.
Шалаев Д.А.

2.

Сверхпроводники
■ Сверхпроводник — материал, электрическое
сопротивление которого при понижении температуры до
некоторой величины Tc становится
равным нулю (сверхпроводимость). При этом говорят, что
материал приобретает «сверхпроводящие свойства» или
переходит в «сверхпроводящее состояние».
■ В настоящее время проводятся исследования в области
сверхпроводимости с целью повышения
температуры Tc (высокотемпературная сверхпроводимость).

3.

Свойства сверхпроводников
■ Сверхпроводники 1 рода. К сверхпроводникам I рода
относятся все чистые металлы, за исключением ниобия,
ванадия и технеция. Отличительной особенностью
сверхпроводников первого рода является то, что
проникновение в них магнитного поля происходит до тех пор,
пока напряженность поля не превысит некоторого значения .
■ Сверхпроводники 2 рода. Сверхпроводники второго рода —
сверхпроводники, которые при температуре ниже
критической способны пропускать магнитный поток в виде
квантованных вихрей.

4.

Фазовый переход в сверхпроводящее состояние
Переход вещества в сверхпроводящее состояние сопровождается
изменением его тепловых свойств. Однако, это изменение зависит от рода
рассматриваемых сверхпроводников. Так, для сверхпроводников Ι рода в
отсутствие магнитного поля теплота перехода (поглощения или выделения)
из сверхпроводящего состояния в обычное равна нулю, а следовательно
терпит скачок теплоёмкость, что характерно для фазового перехода ΙΙ рода.
Эффект Мейснера
Даже более важным свойством сверхпроводника, чем нулевое
электрическое сопротивление, является так называемый
эффект Мейснера, заключающийся в выталкивании сверхпроводником
магнитного потока. Из экспериментального наблюдения данного факта
делается вывод о существовании незатухающих токов около поверхности
сверхпроводника, которые создают внутреннее магнитное поле,
противоположно направленное внешнему, приложенному магнитному полю
и компенсирующее его.

5.

Тантал
■
Танта́л (химический символ — Ta, от лат. Tantalum) — химический элемент 5-й
группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы пятой группы,
VB) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева,
с атомным номером 73.
■
При стандартных условиях тантал — это блестящий переходный металл серебристобелого цвета (со слабым свинцовым (синеватым) оттенком вследствие образования
плотной оксидной плёнки).

6.

Физические свойства
■
Полная электронная конфигурация атома тантала:
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d3.
■
Тантал обладает высокой температурой плавления — 3290 K (3017 °C); кипит при
5731 K (5458 °C). Плотность тантала — 16,65 г/см3. Несмотря на высокую температуру
плавления, тантал пластичен, как золото. Чистый тантал хорошо поддаётся механической
обработке, легко штампуется, раскатывается в проволоку и тончайшие листы толщиной в
сотые доли миллиметра. Не становится хрупким даже при температуре жидкого азота
(−196 °C). При наличии примесей (углерод, азот, кислород, водород) механические свойства
резко ухудшаются, что делает проблему получения сверхчистого металла особенно важной.
Тантал является отличным геттером (газопоглотителем), при 800 °C он способен поглотить
740 объёмов газа. Кристаллическая решётка — кубическая, объёмноцентрированная.
Обладает парамагнитными свойствами.
■
При температуре ниже 4,45 К переходит в сверхпроводящее состояние.

7.

Химические свойства
■
При нормальных условиях тантал малоактивен, на воздухе окисляется лишь при температуре
свыше 280 °C, покрываясь оксидной плёнкой Ta2O5; с галогенами реагирует при температуре
свыше 250 °C. При нагревании реагирует с С, В, Si, P, Se, Те, Н2О, СО, СО2, NO, HCl, H2S.
■
Химически чистый тантал исключительно устойчив к действию жидких щелочных металлов,
большинства неорганических и органических кислот, а также многих других агрессивных сред
(за исключением расплавленных щелочей).
■
В отношении химической устойчивости к реагентам тантал подобен стеклу. Тантал
нерастворим в кислотах и их смесях, кроме смеси плавиковой и азотной кислот; его не
растворяет даже царская водка. Реакция с плавиковой кислотой идёт только с пылью
металла и сопровождается взрывом. Очень устойчив к воздействию серной кислоты любой
концентрации и температуры (при 200 °C металл корродирует в кислоте лишь на
0,006 миллиметра в год), устойчив в обескислороженных расплавленных щелочных металлах
и их перегретых пара́х (литий, натрий, калий, рубидий, цезий).

8.

Применение
Первоначально использовался для изготовления проволоки для ламп накаливания. Сегодня из тантала и его сплавов изготовляют:
жаропрочные и коррозионностойкие сплавы;
изготовление прямонакальных катодов для некоторых установок, наряду с вольфрамом и рением;
коррозионно-устойчивую аппаратуру для химической промышленности, фильерные пластины, лабораторную посуду и тигли для
получения, плавки, и литья редкоземельных элементов, а также иттрия и скандия;
теплообменники для ядерно-энергетических систем (тантал наиболее из всех металлов устойчив в перегретых расплавах и
парах цезия);
в хирургии листы, фольгу и проволоку из тантала используют для скрепления тканей, нервов, наложения швов, изготовления
протезов, заменяющих повреждённые части костей (ввиду биологической совместимости), изготовления ортопедических электретов;
танталовая проволока используется в криотронах — сверхпроводящих элементах, устанавливаемых в вычислительной технике;
в производстве боеприпасов тантал применяется для изготовления металлической облицовки перспективных кумулятивных
зарядов, улучшающей бронепробиваемость;
тантал и ниобий используют для производства электролитических конденсаторов (более качественных, чем алюминиевые
электролитические конденсаторы, но рассчитанных на меньшее напряжение);
тантал используется в последние годы в качестве ювелирного металла, в связи с его способностью образовывать на поверхности
прочные плёнки оксида красивых радужных цветов;

9.

СПАСИБО ЗА
ВНИМАНИЕ