o tantalio è un metallo del gruppo 5 della Tavola Periodica, numero atomico 73. Ha una grande somiglianza chimica con il niobio (Nb), elemento appena sopra nel suo gruppo. La somiglianza è così grande che, per sei decenni, si è creduto che fossero lo stesso elemento.
Si distingue per la grande inerzia chimica, resistenza meccanica, oltre che per l'alto punto di fusione (il terzo più alto tra i metalli di Tavola periodica). L'ossido di tantalio si distingue per le sue eccellenti proprietà elettriche (la sua capacità, in particolare).
Tali proprietà rendono il tantalio ampiamente utilizzato nella produzione di leghe metalliche, condensatori telefonici, telefoni cellulari e altri dispositivi elettronici, forni ad alta temperatura, nonché protesi e altre apparecchiature chirurgico. I suoi composti sono utilizzati in vari settori dell'industria, come aerospaziale, automobilistico, elettronico, tra gli altri.
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Riassunto del tantalio
- Tantalo è un metallo dal gruppo 5 della Tavola Periodica che mostra grande somiglianza chimica con il niobio.
- Si distingue per l'inerzia e la resistenza chimica e l'alto punto di fusione.
- Viene estratto commercialmente dalla tantalite.
- I suoi usi principali includono la produzione di leghe metalliche e condensatori.
- La sua somiglianza con il niobio è così grande che per più di sei decenni si è creduto che fosse lo stesso elemento.
Proprietà del tantalio
- Simbolo: OK.
- Numero atomico: 73.
- Massa atomica: 180.948 c.s.
- Punto di fusione: 3017°C.
- Punto di ebollizione: 5425°C.
- Distribuzione elettronica: [Xe] 4f14 6s2 5 D3.
- Elettronegatività: 1,5.
- Densità: 16,69 g.cm-3 (vicino a 25°C).
- Serie chimica: Metallo di transizione; gruppo 5.
Caratteristiche del tantalio
Le caratteristiche del tantalio sono simili a quelle del niobio. Un esempio di ciò è il fatto che reagiscono con l'ossigeno gassoso e alogeni ad alta temperatura, oltre a reagire con la maggior parte del non metalli.
- 4 Ta + 5 O2 → 2 Ta2o5
- 2 Ta + 5 X2 → 2 Tasse5, con X = F, Cl, Br, I
Regali di tantalio buona resistenza alla corrosione, che risulta dalla formazione di un sottile strato di ossido sulla superficie metallica che isola il atomi attacco da interno ad ossidativo. L'elemento è anche praticamente chimicamente inerte, così come l'attacco di acidi, con l'eccezione di:
- acido solforico;
- acido fluoridrico.
presenta il terzo punto di fusione più alto tra i metalli della Tavola Periodica, seconda solo a tungsteno e renio. Inoltre, i composti di tantalio, per la maggior parte, presentano il metallo con stato di ossidazione pari a +5 e con caratteristiche prevalentemente covalenti.
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Presenza e ottenimento di tantalio
Con un'abbondanza stimata di 1,7 ppm (parti per milione, mg.kg-1) a la crosta terrestre e circa 0,002 ppb (parti per miliardo, mg.t-1) nell'acqua di mare, il tantalio è un elemento metallico relativamente raro in pianeta.
Il tantalio e il suo simile niobio si trovano in concomitanza nel minerale columbite, (Fe, Mn)(Nb, Ta)2o6. Tuttavia, quando la columbite ha un contenuto più elevato di tantalio, viene chiamata tantalite.
IL Il tantalio si ottiene attraverso l'uso di basi fuso, che può dissolvere Nb2o5 e ta2o5. Se il fuso risultante viene sciolto in acqua, i sali di niobio possono essere separati dai sali di tantalio, poiché i sali di tantalio precipitano in pH superiore (nell'intervallo 10).
Un altro modo per ottenere tantalio dalla miscela di ossidi di Nb2o5 e ta2o5 su base cast è attraverso il sfruttando la sua maggiore basicità. In questa situazione, utilizzare a soluzione acqua con concentrazione controllata di HF e KF, formando K2(NbOF5) e K2(TaF7), essendo il primo più solubile in acqua del secondo.
Applicazioni al tantalio
I primi usi del tantalio avvennero all'inizio del 20° secolo, attraverso nuove tecniche di estrazione e purificazione. Nel 1905, ad esempio, gli ingegneri che lavoravano per Ernst Werner von Siemens progettarono lampadine incandescente utilizzando filamenti di tantalio, nel tentativo di sostituire i fragili filamenti di carbonio usato fino ad allora.
Tuttavia, poco dopo, nel 1909, il tantalio fu sostituito dal tungsteno, il metallo con il punto di fusione più alto nella tavola periodica, riducendone così la domanda industriale.
La ripresa dell'esplorazione del tantalio arrivò con il fabbricazione di leghe, come Ta-Ni (tantal-nichel), che sono molto resistenti alla corrosione, essendo utilizzati nell'industria della gioielleria. Inoltre, si applicano a:
- utensili per la lavorazione;
- apparecchiature di laboratorio chimico;
- valvole radio.
Queste leghe sono utilizzate in industriaa automotive e aerospaziale per produrre turbine e componenti di motori, ad esempio. Il tantalio è anche usato per lavorazione del vetro con indici di rifrazione speciali, che vengono utilizzati per la produzione di fotocamere leggere.
Tuttavia, il maggior uso di tantalio avviene attraverso l'ossido di tantalio, Ta2o5, a causa della sua elevata capacità, nel produzione di condensatori. Questi dispositivi elettronici hanno la capacità di memorizzare cariche elettriche all'interno, scaricando grandi quantità di elettricità nel circuito, molto utile negli apparecchi che richiedono grandi intensità di catena.
I condensatori al tantalio hanno il vantaggio di essere più piccoli, offrendo una certa capacità (grandezza che misura la quantità di carica che può essere immagazzinata) in un'unità volumetrica più piccola rispetto ai condensatori tradizionale.
Ciò è essenziale per l'ottimizzazione e la minimizzazione del circuito elettrico, poiché la domanda di componenti più piccoli e portatili è in aumento. Inoltre, hanno una bassa corrente di dispersione, una maggiore stabilità e una maggiore durata. Tuttavia, hanno un costo maggiore.
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Precauzioni con tantalio
Questo metallo di solito non presenta problemi per l'uomo.
- Il tantalio e i suoi composti principali non sono classificati come cancerogeni.
- I sali di tantalio non sono tossici poiché sono scarsamente assorbiti e facilmente eliminabili.
- L'inerzia del tantalio ne consente l'utilizzo anche come protesi nell'uomo.
Storia del tantalio
Inizialmente lo era il tantalio estratto da campioni minerali dal chimico svedese Anders Ekeberg, nel 1802. Per la sua grande resistenza alle soluzioni acide, Ekeberg chiamò l'elemento tantalio, in riferimento al re di mitologia greca Tantalo, noto per le sue sofferenze.
Re Tantalo, l'unico mortale che sedeva alla mensa degli dei dell'Olimpo, fu punito dal di Dio per essere ambizioso. Fu mandato nel Tartaro (il mondo sotterraneo), dove c'era una valle piena di vegetazione, cibo e acqua.
Tuttavia, come parte della punizione, il re Tantalo fu condannato a non poter placare la fame o la sete, come al Quando si avvicinava all'acqua, drenava e quando si avvicinava agli alberi i rami venivano rimossi dalla sua portata dal il vento.
a causa loro somiglianze con il niobio, si credeva che questo e tantalio fossero lo stesso elemento. Questo andò avanti per sei decenni, e il niobio fu poi chiamato columbio, scoperto nel 1801 da Charles Hatchett.
Nel 1844, il tedesco Heinrich Rose affermò addirittura che la tantalite conteneva, oltre al tantalio, altri due metalli, che furono da lui chiamati niobio (in riferimento a Niobe, figlia di Tantalo) e pelopio (in riferimento a Pelope, figlio di tantalio). Rose, senza rendersene conto, fece la riscoperta del columbium effettuata da Hatchett, che però lo chiamò niobio.
Successivamente, nel 1847, il chimico R. Hermann ha detto di aver scoperto un altro elemento simile al tantalio, al niobio e al pelopio, chiamandolo ilmenium, in riferimento ai monti Ilmensky in Russia.
Tuttavia, nel 1868, finalmente, lo scienziato svizzero Jean Charles Galissard Marignac riuscì a separare niobio e tantalio. Da una miscela di tantalio e ossidi di niobio, Marignac ha ottenuto i fluoruri di questi composti.
Esplorando le diverse solubilità di entrambi, Marignac le ha disaggregate. Un altro scienziato che contribuì alla separazione dei due elementi fu lo svedese Christian Wilhelm Blomstrand, quando ne identificò un nuovo cloruro di niobio.
Pertanto, il chimico britannico Henry Enfield Roscoe concluse che sia Marignac che Blomstrand erano in grado di dimostrarlo nella tantalite c'erano solo due metalli: tantalio e niobio, mentre gli altri metalli proposti non erano altro che semplici miscele di entrambi in proporzioni diverse che potevano contenere anche altri elementi, come tungsteno, titanio e ferro. Il nome columbium rimase in alternativa al niobio fino agli anni '50.
Risolti esercizi sul tantalio
domanda 1
(Enem 2018) Nella mitologia greca, Niobia era la figlia di Tantalo, due personaggi noti per la sofferenza. L'elemento chimico con numero atomico (Z) uguale a 41 ha proprietà chimiche e fisiche talmente simili a quelle dell'elemento con numero atomico 73 da essere stato confuso. Pertanto, in onore di questi due personaggi della mitologia greca, a questi elementi furono dati i nomi di niobio (Z = 41) e tantalio (Z = 73). Questi due elementi chimici acquisirono grande importanza economica nella metallurgia, nella produzione di superconduttori e in altre applicazioni nell'industria di fascia alta, proprio per le proprietà chimiche e fisiche comune ad entrambi.
KEAN, S. Il cucchiaio che scompare: e altre storie vere di follia, amore e morte da elementi chimici. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (adattato).
L'importanza economica e tecnologica di questi elementi, per la somiglianza delle loro proprietà chimiche e fisiche, è dovuta al
A) hanno elettroni nel sottolivello f.
B) essere elementi di transizione interna.
C) appartengono allo stesso gruppo della tavola periodica.
D) hanno i loro elettroni più esterni rispettivamente ai livelli 4 e 5.
E) essere localizzato rispettivamente nella famiglia alcalino-terrosa e alcalina.
Risoluzione:
Alternativa C
La confusione tra niobio e tantalio si verifica a causa della grande somiglianza delle loro proprietà chimiche. Nel Qchimica, la somiglianza tra gli elementi può essere spiegata dal fatto che appartengono allo stesso gruppo nella Tavola Periodica. Mendeleev li ha persino raggruppati tenendo conto della somiglianza delle proprietà chimiche e fisiche.
Domanda 2
Il tantalio può essere estratto da un minerale chiamato tantalite, la cui composizione può variare. Una delle possibili composizioni è quella di ossido di ferro II e tantalio, FeTa2o6.
Nella composizione dimostrata della tantalite, il numero di ossidazione del tantalio è:
A) +2
B) +3
C) +5
D) +10
E) +12
Risoluzione:
Alternativa C
Il numero romano II nella nomenclatura indica che il ferro, in questo composto, ha un numero di ossidazione di +2. Negli ossidi, il ossigeno Ha un numero di ossidazione -2. Pertanto, il numero di ossidazione del tantalio può essere calcolato come segue:
+2 + 2x + 6 (-2) = 0
Consideriamo x il numero di ossidazione del tantalio. Pertanto, l'equazione è posta a zero, poiché l'ossido in questione è elettricamente neutro, non essendo a ione.
Risolvendo l'equazione, abbiamo:
2x + 2 - 12 = 0
2x - 10 = 0
2x = 10
x = +5
Il tantalio, come il niobio, acquisisce questo numero di ossidazione nella maggior parte dei suoi composti.
Di Stefano Araújo Novais
Insegnante di chimica