Carburo de tántalo

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El carburo de tántalo es una familia de compuestos intersticial de carbono y tantalo que tiene la fórmula química genérica TaCx , donde x esta generalmente comprendida entre 1 y 0,4, x = 0,5 corresponde a carburo de tántalo (II), Ta2C, también llamada ditantalo monocarburo, mientras que x = 1 corresponde a carburo de tántalo (IV).

Utilidad[editar]

Son cerámicas refractarias extremadamente duras y quebradizas con un conductividad similar al metal. Se presenta como polvos de color marrón gris oscuros generalmente procesados ​​por sinterización. Estos son componentes importantes de los materiales cermet que se utilizan comercialmente en diversas herramientas usadas en el corte y metales a veces se añaden a las aleaciones de carburo de wolframio.[1]

Preparación[editar]

Los polvos TaCx de composición deseada se preparan calentando una mezcla de polvos de tántalo y grafito en polvo en vacío o en una atmósfera inerte (argón) a 2.000 °C usando un horno industrial o de arco eléctrico[2] ·.[3] Otro método es reducir el óxido de tántalo (V), Ta2O5 con el carbono al vacío o en una atmósfera de hidrógeno a una temperatura de entre 1500 a 1700 °C. Este proceso se utilizo para producir en 1.876 carburo de tántalo,[4] pero no se controla la estequiometría del producto.[5]

Estructura cristalina[editar]

TaC x compuestos tienen una cúbica (sal gema) estructura cristalina para x = 0.7-1.0; [ 8 ] . el parámetro de red aumenta con x [ 9 ] TaC 0.5 tiene dos formas cristalinas principales simetría. El uno más estable tiene un anti- yoduro de cadmio estructura trigonal-tipo que transforma después del calentamiento a aproximadamente 2.000 ° C en una red hexagonal con ninguna orden de largo alcance de los átomos de carbono.[6]

Fórmula Simetría Tipo Símbolo de Pearson Grupo espacial No Z ρ (g/cm3) a (nm) c (nm)
TaC Cúbica NaCl[7] cF8 Fm3m 225 4 14.6 0.4427
TaC0.75 Trigonal[8] hR24 R3m 166 12 15.01 0.3116 3
TaC0.5 Trigonal[9] anti-CdI2 hP3 P3m1 164 1 15.08 0.3103 0.4938
TaC0.5 Hexagonal[10] hP4 P63/mmc 194 2 15.03 0.3105 0.4935

Aquí Z es el número de unidades de fórmula por celda unidad, ρ es la densidad calculada a partir de parámetros de red.

Propiedades físicas[editar]

Los enlaces entre los átomos de carbono y tántalo en carburos de tantalio son mezclas complejas de enlaces iónicos, enlaces metálicos y enlaces covalentes. La gran contribución de éstos últimos da a estos materiales de muy duro y frágil en la naturaleza. TaC y tiene una microdureza de 1600 a 2000 kg·mm-2 (sobre 9 en la escala de Mohs) y un módulo de elasticidad de 285 MPa, mientras que los valores correspondientes para el tantalio puro son 110 kg·mm-2 y 186 MPa.

La dureza, la resistencia a la fluencia y al cizallamiento, son sensibles a la temperatura y aumentan de la tasa de carbono. El punto de fusión de los carburos de tantalio alcanza un máximo alrededor de 3880 °C dependiendo de las condiciones de medición y la pureza de la muestra. Este valor se encuentra entre los más altos conocidas para compuestos binarios[11] [5] .Sólo el compuesto terciario carburo de tántalo-hafnio tiene una temperatura de fusión sustancialmente más alta, del orden de 4.215 ° C , mientras que la temperatura de fusión del carburo de hafnio es comparable a la de carburo de tántalo. El carburo de tántalo es un superconductor con una temperatura crítica es 10,35 K.[12]

Las propiedades magnéticas de TaCx depende de la cantidad de carbono, para x ≤ 0,9 es diamagnético y se vuelven paramagnético para x > 0,9. El carburo de hafnio tiene el comportamiento opuesto aunque comparte la misma estructura cristalina que el carburo de tántalo.[13]

Propiedades químicas[editar]

El carburo de tántalo es un compuesto químicamente estable a temperatura ambiente con respecto a la mayoría de las mezclas reactivas. Es insoluble en una solución al 20% de hidróxido de sodio. Disolución del compuesto tiene lugar principalmente en ebullición de ácido sulfúrico, ácido fosfórico y mezclas de hidróxido de sodio y agua de bromo , hidróxido de sodio y peróxido de hidrógeno , ácido sulfúrico y ácido fosfórico a una temperatura de 105 ° C para formar un precipitado de sales.

EL carburo de tántalo se disuelve completamente en la mezcla de fluoruro de hidrógeno y ácido nítrico.

A partir de 800 °C, reacciona con el oxígeno para formar un Ta2O5[14]

Referencias[editar]

  1. (en inglés) John Emsley, « Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements », Oxford University Press (11 August 2003), pp. 421-. ISBN 978-0-19-850340-8.}}.
  2. «A neutron powder diffraction study of [[:Plantilla:Fchim]]». Journal of the Less Common Metals (en inglés) 120 (2): 239–245. 15 de juin de 1986. Consultado el 13 octobre 2013.  Wikienlace dentro del título de la URL (ayuda) doi 10.1016/0022-5088(86)90648-X
  3. «Constitution of Ternary Ta-Mo-C Alloys». Journal of the American Ceramic Society (en inglés) 51 (5): 239–250. mai de 1968. Consultado el 13 octobre 2013.  doi 10.1111/j.1151-2916.1968.tb13850.x
  4. Joly, A. (1876). Compt. Rend. 82: 1905. 
  5. a b Harry Julius Emeléus (1968). Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry. Academic Press. pp. 174–176. ISBN 978-0-12-023611-4. Consultado el 3 de mayo de 2011. 
  6. Lonnberg, B; Lundstrom, T; Tellgren, R (1986). «A neutron powder diffraction study of Ta2C and W2C». Journal of the Less Common Metals 120 (2): 239–245. doi:10.1016/0022-5088(86)90648-X. 
  7. Valvoda, V. (1981). «X-ray diffraction study of Debye temperature and charge distribution in tantalum monocarbide». Physica Status Solidi (a) 64: 133–142. doi:10.1002/pssa.2210640114. 
  8. Yvon, K.; Parthé, E. (1970). «On the crystal chemistry of the close-packed transition-metal carbides. I. The crystal structure of the [zeta]-V, Nb and Ta carbides». Acta Crystallographica Section B Structural Crystallography and Crystal Chemistry 26 (2): 149–153. doi:10.1107/S0567740870002091. 
  9. Bowman, A. L.; Wallace, T. C.; Yarnell, J. L.; Wenzel, R. G.; Storms, E. K. (1965). «The crystal structures of V2C and Ta2C». Acta Crystallographica 19: 6–9. doi:10.1107/S0365110X65002670. 
  10. Rudy, Erwin; Brukl, C. E.; Windisch, Stephan (1968). «Constitution of Ternary Ta-Mo-C Alloys». Journal of the American Ceramic Society 51 (5): 239–250. doi:10.1111/j.1151-2916.1968.tb13850.x. 
  11. El valor del punto de fusión en 4,000 ° C del TaC0.89 no se basa en la medición real sino en una extrapolación del diagrama de fase, utilizando una analogía con la NbC, ver Emeléus
  12. «X-ray diffraction study of Debye temperature and charge distribution in tantalum monocarbide». physica status solidi (a) (en inglés) 64 (1): 133–142. 16 de mars de 1981. Consultado el 13 octobre 2013.  doi 10.1002/pssa.2210640114
  13. (en inglés) Aleksandr Ivanovich Gusev, Andreĭ Andreevich Rempel et Andreas J. Magerl, « Disorder and order in strongly nonstoichiometric compounds: transition metal carbides, nitrides, and oxides », Springer (2001), pp. 513–516. ISBN 978-3-540-41817-7. Consulté le Plantilla:Nobr.
  14. Plantilla:Книга