O tantale est un métal du groupe 5 du tableau périodique, numéro atomique 73. Il a une grande similitude chimique avec le niobium (Nb), élément juste au-dessus dans son groupe. La similitude est si grande que, pendant six décennies, on a cru qu'il s'agissait du même élément.
Il se distingue par sa grande inertie chimique, sa résistance mécanique, en plus de son point de fusion élevé (le troisième plus élevé parmi les métaux de Tableau périodique). L'oxyde de tantale se distingue par ses excellentes propriétés électriques (sa capacité notamment).
Ces propriétés rendent le tantale largement utilisé dans la fabrication d'alliages métalliques, de condensateurs téléphoniques, téléphones portables et autres appareils électroniques, fours à haute température, ainsi que prothèses et autres équipements chirurgical. Ses composés sont utilisés dans divers secteurs de l'industrie, tels que l'aérospatiale, l'automobile, l'électronique, entre autres.
Voir aussi: Dubnium - élément du groupe 5 qui est en dessous du tantale dans le tableau périodique
Résumé du tantale
- Tantale est un métal du groupe 5 du tableau périodique qui montre une grande similitude chimique avec le niobium.
- Il se distingue par son inertie, sa résistance chimique et son point de fusion élevé.
- Il est commercialement extrait de la tantalite.
- Ses principales utilisations incluent la fabrication d'alliages métalliques et de condensateurs.
- Sa ressemblance avec le niobium est si grande que pendant plus de six décennies, on a cru qu'il s'agissait du même élément.
Propriétés du tantale
- Symbole: D'ACCORD.
- Numéro atomique: 73.
- Masse atomique: 180 948 u.m.
- Point de fusion : 3017°C.
- Point d'ébullition: 5425°C.
- Distribution électronique: [Xe] 4f14 6s2 5d3.
- Électronégativité : 1,5.
- Densité: 16,69 g.cm-3 (proche de 25°C).
- Série chimique : métal de transition; groupe 5.
Caractéristiques du tantale
Les caractéristiques du tantale sont similaires à celles du niobium. Un exemple de ceci est le fait qu'ils réagissent avec l'oxygène gazeux et halogènes à haute température, en plus de réagir avec la plupart des non-métaux.
- 4 Ta + 5 O2 → 2 Ta2O5
- 2 Ta + 5 X2 → 2 Impôt5, avec X = F, Cl, Br, I
Le tantale présente bonne résistance à la corrosion, qui résulte de la formation d'une fine couche de oxyde sur la surface métallique qui isole le atomes interne à l'attaque oxydative. L'élément est également pratiquement chimiquement inerte, ainsi que l'attaque de acides, à l'exception de:
- acide sulfurique;
- acide hydrofluorique.
présente le troisième point de fusion le plus élevé parmi les métaux du tableau périodique, juste derrière tungstène et rhénium. De plus, les composés de tantale, pour la plupart, présentent le métal avec état d'oxydation égal à +5 et avec des caractéristiques principalement covalentes.
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Occurrence et obtention du tantale
Avec une abondance estimée à 1,7 ppm (parties par million, mg.kg-1) à la croûte terrestre et environ 0,002 ppb (parties par milliard, mg.t-1) dans l'eau de mer, le tantale est un élément métallique relativement rare dans planète.
Le tantale et son niobium similaire sont présents simultanément dans la columbite minérale, (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6. Cependant, lorsque la columbite a une teneur plus élevée en tantale, on l'appelle tantalite.
LA Le tantale est obtenu par l'utilisation de socles fusionné, qui peut dissoudre Nb2O5 et ta2O5. Si la masse fondue résultante est dissoute dans l'eau, les sels de niobium peuvent être séparés des sels de tantale, puisque les sels de tantale précipitent dans pH supérieur (de l'ordre de 10).
Une autre façon d'obtenir du tantale à partir du mélange d'oxydes de Nb2O5 et ta2O5 sur une base de casting est à travers le profitant de sa plus grande basicité. Dans cette situation, utilisez un Solution eau à concentration contrôlée de HF et KF, formant K2(NbOF5) et K2(TaF7), le premier étant plus soluble dans l'eau que le second.
Applications tantale
Les premières utilisations du tantale ont eu lieu au début du 20ème siècle, à travers nouvelles techniques d'extraction et de purification. En 1905, par exemple, les ingénieurs travaillant pour Ernst Werner von Siemens ont conçu des ampoules incandescent à filaments de tantale, pour tenter de remplacer les fragiles filaments de carbone utilisé jusqu'alors.
Cependant, peu de temps après, en 1909, le tantale a été remplacé par le tungstène, le métal dont le point de fusion est le plus élevé dans le tableau périodique, réduisant ainsi la demande industrielle.
La reprise de l'exploration du tantale est venue avec la fabrication d'alliage, comme le Ta-Ni (tantal-nickel), qui sont très résistants à la corrosion, sont utilisés dans l'industrie de la joaillerie. De plus, ils s'appliquent à :
- outils d'usinage;
- matériel de laboratoire chimique;
- radiovannes.
Ces alliages sont utilisés dans industrieà l'automobile et l'aérospatiale pour produire des turbines et des composants de moteur, par exemple. Le tantale est également utilisé pour fabrication de verre avec indices de réfraction promotions, qui sont utilisés pour la production de caméras légères.
Cependant, la plus grande utilisation du tantale se fait par l'oxyde de tantale, Ta2O5, en raison de sa capacité élevée, dans le production de condensateurs. Ces appareils électroniques ont la capacité de stocker charges électriques à l'intérieur, déchargeant de grandes quantités d'électricité dans le circuit, ce qui est très utile dans les appareils qui nécessitent de grandes intensités de chaîne.
Les condensateurs au tantale ont l'avantage d'être plus petits, offrant une certaine capacité (magnitude qui mesure la quantité de charge qui peut être stockée) dans une unité volumétrique plus petite que les condensateurs traditionnel.
Ceci est essentiel pour l'optimisation et la minimisation du circuit électrique, car la demande de composants plus petits et portables augmente. De plus, ils ont un faible courant de fuite, une plus grande stabilité et une durée de vie plus longue. Cependant, ils ont un coût plus élevé.
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Précautions avec le tantale
Ce métal ne présente généralement aucun problème pour l'homme.
- Le tantale et ses principaux composés ne sont pas classés comme cancérigènes.
- Les sels de tantale sont non toxiques car ils sont mal absorbés et facilement éliminés.
- L'inertie du tantale lui permet d'être utilisé même comme prothèse chez l'homme.
Histoire du tantale
Le tantale était initialement extrait d'échantillons minéraux par le chimiste suédois Anders Ekeberg, en 1802. En raison de sa grande résistance aux solutions acides, Ekeberg a nommé l'élément tantale, en référence au roi des mythologie grecque Tantale, connu pour sa souffrance.
Le roi Tantale, le seul mortel assis à la table des dieux olympiens, fut puni par le dieux pour être ambitieux. Il a été envoyé au Tartare (le monde souterrain), où il y avait une vallée pleine de végétation, de nourriture et d'eau.
Cependant, dans le cadre de la punition, le roi Tantale a été condamné pour être incapable d'étancher sa faim ou sa soif, comme au A l'approche de l'eau, elle s'écoulait, et à l'approche des arbres, les branches étaient retirées de sa portée par le vent.
à cause de leur similitudes avec le niobium, on croyait que cela et le tantale étaient le même élément. Cela a duré six décennies, et le niobium s'appelait alors columbium, découvert en 1801 par Charles Hatchett.
En 1844, l'Allemand Heinrich Rose affirma même que la tantalite contenait, en plus du tantale, deux autres métaux, qui étaient appelés par lui niobium (en référence à Niobé, fille de Tantale) et pelopio (en référence à Pélops, fils de Tantale). Rose, sans s'en rendre compte, fit la redécouverte du columbium réalisée par Hatchett, cependant, l'appela niobium.
Plus tard, en 1847, le chimiste R. Hermann a déclaré avoir découvert un autre élément similaire au tantale, au niobium et au pélopium, l'appelant ilménium, en référence aux montagnes Ilmensky en Russie.
Cependant, en 1868, enfin, le scientifique suisse Jean Charles Galissard Marignac réussi à séparer le niobium et le tantale. A partir d'un mélange d'oxydes de tantale et de niobium, Marignac a obtenu les fluorures de ces composés.
Explorant les différentes solubilités des deux, Marignac les a désagrégées. Un autre scientifique qui a contribué à la séparation des deux éléments était le suédois Christian Wilhelm Blomstrand, lorsqu'il a identifié un nouveau chlorure de niobium.
Ainsi, le chimiste britannique Henry Enfield Roscoe a conclu que Marignac et Blomstrand étaient capables de prouver que dans la tantalite il n'y avait que deux métaux: le tantale et le niobium, tandis que les autres métaux proposés n'étaient rien d'autre que de simples mélanges des deux dans des proportions différentes pouvant également contenir d'autres éléments, tels que le tungstène, le titane et le fer. Le nom columbium est resté une alternative au niobium jusque dans les années 1950.
Exercices résolus sur le tantale
question 1
(Enem 2018) Dans la mythologie grecque, Niobia était la fille de Tantale, deux personnages connus pour souffrir. L'élément chimique de numéro atomique (Z) égal à 41 a des propriétés chimiques et physiques si similaires à celles de l'élément de numéro atomique 73 qu'elles ont été confondues. Par conséquent, en l'honneur de ces deux personnages de la mythologie grecque, ces éléments ont reçu les noms de niobium (Z = 41) et de tantale (Z = 73). Ces deux éléments chimiques ont acquis une grande importance économique en métallurgie, dans la production de supraconducteurs et dans d'autres applications de l'industrie haut de gamme, précisément pour les propriétés chimiques et physiques commun aux deux.
KEAN, S. La cuillère qui disparaît: et autres histoires vraies de folie, d'amour et de mort à partir d'éléments chimiques. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (adapté).
L'importance économique et technologique de ces éléments, en raison de la similitude de leurs propriétés chimiques et physiques, est due à la
A) ont des électrons dans le sous-niveau f.
B) être des éléments de transition interne.
C) appartiennent au même groupe du tableau périodique.
D) ont leurs électrons les plus externes aux niveaux 4 et 5, respectivement.
E) se situer respectivement dans la famille des alcalino-terreux et des alcalins.
Résolution:
Variante C
La confusion entre le niobium et le tantale se produit en raison de la grande similitude de leurs propriétés chimiques. Dans Qchimie, la similitude entre les éléments peut s'expliquer par le fait qu'ils appartiennent au même groupe dans le tableau périodique. Mendeleev les a même regroupés en tenant compte de la similitude des propriétés chimiques et physiques.
question 2
Le tantale peut être extrait d'un minéral appelé tantalite, dont la composition peut varier. Une des compositions possibles est celle d'oxyde de fer II et de tantale, FeTa2O6.
Dans la composition démontrée de la tantalite, le nombre d'oxydation du tantale est :
A) +2
B) +3
C) +5
D) +10
E) +12
Résolution:
Variante C
Le chiffre romain II dans la nomenclature indique que le fer à repasser, dans ce composé, a un nombre d'oxydation de +2. Dans les oxydes, le oxygène Il a un degré d'oxydation de -2. Ainsi, le nombre d'oxydation du tantale peut être calculé comme suit :
+2 + 2x + 6 (-2) = 0
On considère x le nombre d'oxydation du tantale. Ainsi, l'équation est mise à zéro, puisque l'oxyde en question est électriquement neutre, n'étant pas un ion.
En résolvant l'équation, on a :
2x + 2 - 12 = 0
2x - 10 = 0
2x = 10
x = +5
Le tantale, comme le niobium, acquiert cette nombre d'oxydation dans la plupart de ses composés.
Par Stefano Araújo Novais
Professeur de chimie