Tântalo (química)

Iso	ANO	Período	MD	Ed	PD
Iso	ANO	Período	MD	MeV	PD
179 Seu	{syn.}	1,82 a	ε	0,110	179 Hf
180 seu	{syn.}	8,125 horas	ε β -	0,854 0,708	180 Hf 180 W
180 m Ta	0,012 %	(> 20 × 10 15 a )	β - ε TI	0,783 0,929 0,075	180 W 180 Hf 180 Ta
181 Seu	99,988 %	estável com 108 nêutrons

Propriedades físicas simples do corpo

Estado normal

sólido

Massa volumica

16,4 g · cm -3

Sistema de cristal

Cúbico centrado

Dureza

6,5 HV

Cor

Azul acinzentado

Ponto de fusão

3017 ° C

Ponto de ebulição

5.458 ° C

Energia de fusão

743 kJ · mol -1

Energia de vaporização

753 kJ · mol -1

Volume molar

10,85 × 10 -6 m 3 · mol -1

Pressão de vapor

1 Pa a 3024 ° C ;

10 Pa a 3324 ° C ;
100 Pa a 3684 ° C ;
1 kPa a 4.122 ° C ;
10 kPa a 4.666 ° C ;
100 kPa a 5.361 ° C

Velocidade do som

3400 m · s -1 a 20 ° C

Calor maciço

25,4 J · K -1 · mol -1 (cristal);

20,9 J · K -1 · mol -1 (gás)

Condutividade elétrica

7,61 x 10 6 S · m -1

Condutividade térmica

57,5 W · m -1 · K -1

Solubilidade

chão. em HF + HNO 3

Vários

7440-25-7

231-135-5

Precauções

SGH

Estado em pó :

Perigo H228, P210, P240, P241, P280, P370 + P378, H228 : Sólido inflamável
P210 : Manter afastado do calor / faísca / chama aberta / superfícies quentes. - Proibido fumar.
P240 : Aterramento / ligação equipotencial do receptáculo e do equipamento receptor.
P241 : Use equipamento elétrico / de ventilação / iluminação /… / à prova de explosão.
P280 : Use luvas de proteção / roupas de proteção / proteção ocular / proteção facial.
P370 + P378 : Em caso de incêndio: Use… para extinção.

WHMIS

Produto não controladoEste produto não é controlado de acordo com os critérios de classificação WHMIS.

Divulgação a 1,0% de acordo com a lista de divulgação de ingredientes
Comentários: A identidade química e a concentração deste ingrediente devem ser divulgadas na FISPQ se estiver presente em uma concentração igual ou superior a 1,0% em um produto controle.

Transporte

3089

Código Kemler:
40 : Sólido inflamável ou material auto-reativo ou de autoaquecimento
Número UN :
3089 : PÓ DE METAL INFLAMÁVEL,
Classe NSA :
4.1
Etiqueta: 4.1 : Sólidos inflamáveis, substâncias auto-reativas e sólidos explosivos dessensibilizados Embalagem: Grupo de embalagem II : materiais moderadamente perigosos;

Unidades de SI e STP, salvo indicação em contrário.

O tântalo é o elemento químico de número atômico 73, símbolo Ta.

O corpo único de tântalo é um metal de transição cinza-azulado, pesado, duro mas dúctil , muito resistente à corrosão ácida e um bom condutor de calor e eletricidade. É encontrado no mineral denominado tantalita e em alguns minérios complexos na forma de óxido , associado ao nióbio , principalmente no coltan , que é de cor preta.

O tântalo é usado na fabricação de instrumentos cirúrgicos e implantes porque não reage com os fluidos corporais. É conhecido na eletrônica utilizada na composição dos chamados capacitores de “gota”, devido ao seu formato, ou “tântalo” e que possuem a maior capacidade por unidade de volume.

Este elemento tem um alto ponto de fusão que é superado apenas por ósmio , tungstênio , carbono e rênio (ponto de fusão 3.016,85 ° C , ponto de ebulição 5.457,85 ° C ).

Seu nome é emprestado do moderno latim científico tântalo , um nome dado a ele em1802do químico sueco Anders Gustaf Ekeberg , aludindo à natureza insolúvel desse metal em ácidos .

História

Tântalo e nióbio (ex-colombo) foram inicialmente considerados para o mesmo elemento.

Em 1801, um novo metal foi descoberto pelo químico inglês Charles Hatchett (1765-1847) enquanto analisava um mineral negro da coleção do governador de Connecticut, então chamado de Columbia. Ele batizou-o de colombo, nome que não ficará por conta de trabalhos posteriores.
Em 1802, Anders Gustaf Ekeberg (1767-1813) professor da Universidade de Uppsala ( Suécia ) estava trabalhando em um óxido muito difícil de dissolver e trabalhar. Ele obteve o que considerou um elemento puro e o chamou de tântalo, em homenagem ao semideus grego ( Tántalos ), conhecido por sua tortura .
Em 1809, William Hyde Wollaston, após reexaminar o minério de columbium e tantalita, declarou que os dois novos elementos eram de fato apenas um.
Em 1820, o tântalo foi isolado por Jöns Jacob Berzelius .
Em 1844, Heinrich Rose distinguiu em tantalite dois elementos, tântalo, é claro, mas também um "novo" que ele batizou de nióbio, batizado em homenagem a Niobe, filha de Tântalo, na mitologia grega .

Foi rapidamente demonstrado que o columbium e o nióbio eram o mesmo elemento. Seguiu-se uma disputa pericial sobre qual nome usar e foi "nióbio" que prevaleceu.

No início de 1900, o tântalo é sua primeira aplicação como filamento para brilhar para lâmpadas até a chegada do tungstênio . Em 1940, o tântalo começou a ser usado na fabricação de capacitores. Dois anos depois, a primeira exploração de colombo-tantalita no Congo Belga (futura República Democrática do Congo ) viu a luz do dia.

Geologia e mineralogia

A proporção de tântalo é estimada em cerca de 1 ou 2 ppm da massa da crosta terrestre . É encontrada principalmente em veios hidrotermais, que são áreas onde os elementos presentes na água podem mineralizar ao encontrar uma fonte significativa de calor, como uma bolsa de magma . Esses locais estão mais facilmente presentes em locais geologicamente instáveis, próximos à falha tectônica e região vulcânica .

Essas veias são frequentemente muito ricas em metais pesados como ouro , prata , urânio , cobalto , tungstênio e, claro, tântalo e nióbio . Posteriormente, por erosão, os elementos podem ser levados pela água e acabar em um curso d'água onde as substâncias mais pesadas são depositadas em locais de fraca corrente, como meandros ou vasos . Acontece que essas áreas densas em elementos pesados podem formar veias e ficar soterradas. A colombotantalita pode, portanto, ser encontrada em rochas metamórficas e sedimentares .

O tântalo forma muito poucos minerais específicos e é apenas em proporção significativa em relativamente poucos outros minerais. O principal mineral é o coltan (ou columbotantalita), uma associação em proporções variáveis de columbita e tantalita , dois minerais próprios de composição variável. O termo tantalita abrange a série contínua entre tantalita- (Fe) e tantalita- (Mn), de composição genérica ( Fe , Mn ) Ta 2 O 6. Minerais específicos incluem o tantalcarbide , composição carboneto Ta C .

O tântalo possui 36 isótopos conhecidos, com números de massa variando entre 155 e 188, bem como 37 isômeros nucleares . Entre esses isótopos, apenas um é estável : 181 Ta, e, único, um isômero nuclear: 180m Ta , também é. Este último é, em princípio, um estado metaestável, mas como nenhuma desintegração jamais foi observada, ele é atualmente considerado estável. 181 Ta (99,998%) e 180m Ta (0,012%) representam todo o tântalo naturalmente presente. É atribuída uma massa atômica padrão de 180,947 88 (2) u .

As diferentes fontes de tântalo

Como todos os minerais, o tântalo é um recurso não renovável . A produção anual em 2019 é de cerca de 1.800 toneladas.

A maior parte do tântalo (58%) vem das minas. Pode vir tanto de minas industriais de superfície, como o depósito Greenbushes dos "Filhos de Gwalia" na Austrália , que sozinha produz 30% da produção mundial de tântalo, quanto de minas em galerias como no Canadá ou mesmo de pequenas empresas artesanais minas exploradas com meios rudimentares, como é o caso na República Democrática do Congo . A região mais explorada da RDC está localizada principalmente no leste da região de Kivu , que fica nas proximidades da zona vulcânica de Nyiragongo .

Um terço do tântalo vem simplesmente da reciclagem e do concentrado sintético. Antes de 1980, o óxido de tântalo associado ao estanho era considerado resíduo . Foi com a alta do preço do tântalo que o resíduo ganhou valor e se transformou em concentrado sintético para transporte até as refinarias.

Os 9% restantes vêm das reservas do governo dos EUA. Entre 1952 e 1958, o Departamento de Serviços de Logística de Defesa fez estoques impressionantes, oficialmente para incentivar a exploração e produção mineral. Em 2001, os Estados Unidos decidiram reduzir suas reservas e vender $ 91,3 milhões em colombo-tantalita.

Produção e refino

Várias etapas estão envolvidas na extração do tântalo da tantalita: em primeiro lugar, o minério é triturado e concentrado por gravidade . Isso geralmente é feito perto do local da mina. O procedimento continua por separação química é geralmente realizado por tratamento do minério com uma mistura de ácido fluorídrico e ácido sulfúrico em mais do que 90 ° C . Isso causa uma reação que permite que o tântalo e o nióbio se dissolvam em fluoretos complexos, que podem ser separados das impurezas insolúveis:

Ta 2 O 5 + 14 HF → 2 H 2 [TaF 7 ] + 5 H 2 O Nb 2 O 5 + 10 HF → 2 H 2 [NbOF 5 ] + 3 H 2 O

A primeira separação em escala industrial foi desenvolvida por Jean Charles Galissard de Marignac , usando a diferença de solubilidade entre o nióbio e o complexo fluoreto de tântalo K 2 [NbOF 5 ] • H 2 O e [K 2 TaF 7 ] em água. Um processo mais recente usa a extração líquido-líquido de fluoretos de uma solução aquosa por solventes orgânicos , como a ciclohexanona . Complexos de nióbio e fluoretos de tântalo são extraídos separadamente do solvente orgânico com água e são precipitados pela adição de fluoreto de potássio para produzir um complexo de fluoreto de potássio ou precipitado por amônia :

H 2 [TaF 7 ] + 2 KF → K 2 [TaF 7 ] ↓ + 2 HF 2 H 2 [TaF 7 ] + 14 NH 4 OH → Ta 2 O 5 ↓ + 14 NH 4 F + 9 H 2 O

O sal de fluorotantalato de potássio resultante é geralmente tratado por redução com sódio líquido para produzir um pó de tântalo secundário.

Aplicativos e propriedades

Eletrônico

A eletrônica é a primeira aplicação de tântalo. Com efeito, cerca de 68% da produção anual é utilizada apenas para esta área. É usado principalmente na construção de capacitores . Nestes, o tântalo pode ter duas funções:

O tântalo puro atua como um condutor elétrico;
E seu pentóxido (Ta 2 O 5 ) o do dielétrico .

Existem três tipos principais de capacitores de tântalo:

os condensadores eletrolíticos secos que permanecem muito poderosos mesmo extremamente miniaturizados ( SMD ). Eles são usados principalmente na fabricação de telefones celulares, laptops, câmeras, câmeras, consoles de jogos, etc. Embora a quantidade de tântalo seja muito baixa nesses capacitores, os produtos em que estão presentes são produtos de consumo e, por fim, a massa utilizada acaba sendo colossal;
capacitores eletrolíticos úmidos que oferecem desempenho excepcional. Eles são muito usados em campos de alta tecnologia, como aeroespacial, armas, etc. No entanto, esses capacitores são pouco usados devido ao seu custo excessivo;
capacitores de placa, muito menos comuns, são usados em áreas onde as tensões elétricas são muito altas.

O tântalo tem muitas outras aplicações em eletrônica, como telas de cristal líquido , filtros de onda acústica de superfície , chips de memória de acesso aleatório dinâmico ( DRAM ), etc. O setor automotivo também consome cada vez mais tântalo. Isso se explica pela presença cada vez mais comum de eletrônicos como GPS , sistemas anticolisão e outros gadgets. Em 2010, com estes tipos de produtos apenas na infância, espera-se um aumento significativo do consumo de tântalo neste setor nos próximos quinze anos.

Indústria química

O tântalo também é encontrado em grandes quantidades na indústria química por suas propriedades de resistência à corrosão e temperatura. É principalmente utilizado em trocadores de calor e como revestimento de tubos e reatores químicos. É ainda essencial para aplicações em ambientes em contato com ácido sulfúrico .

A uma temperatura abaixo de 150 ° C , o tântalo é quase insensível ao ataque químico ácido . É atacado apenas por ácido fluorídrico , soluções ácidas contendo íons fluoreto e água régia .

Superligas

Também é usado no desenvolvimento de superligas como aditivo. Essas ligas são utilizadas principalmente em ambientes que são muito exigentes termicamente e / e quimicamente, como pás de turbinas para motores de aeronaves ou turbinas a gás, etc. Essas ligas de alto desempenho geralmente estão na forma de um único cristal , o que lhes confere um comportamento muito bom contra fluência , corrosão e temperatura. É usado na indústria aeroespacial , mas a aeronáutica civil continua sendo, de longe, o setor onde a demanda por esses materiais é maior.

Outras aplicações

Na forma de carboneto (TaC), o tântalo, muito duro (aproximadamente 1700 HV ), é utilizado na fabricação de ferramentas de corte. O aço tântalo é utilizado principalmente na fabricação de brocas dentais e instrumentos cirúrgicos.
O tantalato de lítio (LiTaO 3 ) também é usado no campo da óptica como aditivo para reduzir a aberração cromática nas lentes . Isso se deve ao alto índice de refração de seu óxido . Também é usado em nanocamadas para anti-reflexo ou para adicionar cor.

O tântalo também é biocompatível , o que lhe oferece muitas saídas na área médica para fazer, por exemplo , próteses , grampos , marca- passos , instrumentos cirúrgicos , implantes dentários , etc. É ainda utilizado na relojoaria pela sua aparência, como filme filtrante de raios X , ou mesmo como elemento de liga em certos metais preciosos para facilitar o torneamento das barras .

Também está na origem do nome da lendária marca de alto-falantes inglesa Tannoy , cujo nome é apenas a contração de Tantalum Alloy (liga de tântalo), porque a utilizava para seus retificadores eletrolíticos.

Precauções

Compostos à base de tântalo raramente são encontrados em laboratórios. O metal é biocompatível e é usado em implantes médicos como estrutura ou revestimento. A atenção à segurança pode, portanto, ser focada nos elementos de liga presentes no tântalo ( mercúrio , estanho , etc.) ou na natureza física do composto químico ( pó ).

Notas e referências

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Veja também

links externos

(pt) BRGM 2011 panorama do mercado de tântalo, julho de 2012
(pt) Tântalo por Louis Perron
(fr) " A crise do tântalo de 2000 " ( Arquivo • Wikiwix • Archive.is • Google • O que fazer? ) (acessado em 30 de março de 2013 )
(pt) Coltan: Para entender ...
(in) Centro Internacional de Estudos de Tântalo-Nióbio
(in) Imagem de tântalo em diferentes formas
(pt) “ Dados técnicos para tântalo ” (acessado em 15 de agosto de 2016 ) , com os dados conhecidos para cada isótopo em subpáginas.

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		Actinides
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