Tantal (Ta): caracteristici, obținere, istorie

O tantal este un metal din grupa 5 din Tabelul Periodic, numar atomic 73. Are o mare asemănare chimică cu niobiu (Nb), element chiar deasupra în grupul său. Asemănarea este atât de mare încât, timp de șase decenii, s-a crezut că sunt același element.

Se remarcă prin marea sa inerție chimică, rezistență mecanică, pe lângă punctul de topire ridicat (al treilea ca mărime dintre metalele din Tabelul periodic). Oxidul de tantal iese în evidență datorită proprietăților sale electrice excelente (în special capacitatea sa).

Astfel de proprietăți fac ca tantul să fie utilizat pe scară largă în fabricarea aliajelor metalice, a condensatoarelor telefonice, telefoane mobile și alte dispozitive electronice, cuptoare cu temperatură ridicată, precum și proteze și alte echipamente chirurgical. Compușii săi sunt utilizați în diverse sectoare ale industriei, cum ar fi aerospațial, auto, electronice, printre altele.

Vezi si: Dubniu - element din grupa 5 care se află sub tantal în Tabelul Periodic

Rezumatul Tantalului

• Tantalus este un metal din grupa 5 din Tabelul Periodic care prezintă o mare asemănare chimică cu niobiul.
• Se remarcă prin inerție și rezistență chimică și punct de topire ridicat.
• Este extras comercial din tantalit.
• Principalele sale utilizări includ fabricarea de aliaje metalice și condensatoare.
• Asemănarea sa cu niobiul este atât de mare încât timp de mai bine de șase decenii s-a crezut că este același element.

Proprietățile tantalului

• Simbol: BINE.
• Numar atomic: 73.
• Masă atomică: 180.948 c.u.s.
• Punct de fuziune: 3017°C.
• Punct de fierbere: 5425°C.
• Distributie electronica: [Xe] 4f¹⁴ 6s² 5d³.
• Electronegativitate: 1,5.
• Densitate: 16,69 g.cm^-3 (aproape de 25°C).
• Seria chimică: metal de tranziție; grupa 5.

Caracteristicile tantalului

Caracteristicile tantalului sunt similare cu cele ale niobiului. Un exemplu în acest sens este faptul că reacţionează cu oxigenul gazos şi halogeni la temperatură ridicată, pe lângă faptul că reacționează cu majoritatea nemetale.

• 4 Ta + 5 O₂ → 2 Ta₂O₅
• 2 Ta + 5 X₂ → 2 Taxa₅, cu X = F, Cl, Br, I

Tantalul prezintă rezistență bună la coroziune, care rezultă din formarea unui strat subțire de oxid pe suprafata metalica care izoleaza atomi intern atacului oxidativ. Elementul este de asemenea practic inert chimic, precum și atacul lui acizi, cu exceptia:

• acid sulfuric;
• acid hidrofloric.

prezintă al treilea cel mai înalt punct de topire dintre metale din Tabelul Periodic, al doilea după tungsten și reniu. În plus, compușii de tantal, în cea mai mare parte, prezintă metalul cu stare de oxidare egală cu +5 şi cu caracteristici predominant covalente.

De asemenea, știu:ytriu - metal cu pământuri rare utilizate în fabricarea laserului

Apariția și obținerea tantalului

Cu o abundență estimată de 1,7 ppm (părți pe milion, mg.kg^-1) la Scoarta terestra și aproximativ 0,002 ppb (părți pe miliard, mg.t^-1) în apa de mare, tantalul este un element metalic relativ rar în planetă.

Eșantion de tantalit, principalul minereu de tantal.

Tantalul și niobiul său similar apar concomitent în mineralul columbit, (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂O₆. Cu toate acestea, atunci când columbitul are un conținut mai mare de tantal, se numește tantalit.

THE Tantalul se obține prin utilizarea de bazele topite, care poate dizolva Nb₂O₅ si ta₂O₅. Dacă topitura rezultată este dizolvată în apă, sărurile de niobiu pot fi separate de sărurile de tantal, deoarece sărurile de tantal precipită în pH mai mare (în intervalul 10).

O altă modalitate de obținere a tantalului din amestecul de oxizi de Nb₂O₅ si ta₂O₅ pe o bază de turnare este prin profitând de baza sa mai mare. În această situație, utilizați a soluţie apă cu concentrație controlată de HF și KF, formând K₂(NbOF₅) și K₂(TaF₇), primul fiind mai solubil în apă decât cel din urmă.

Aplicații de tantalu

Primele utilizări ale tantalului au avut loc la începutul secolului al XX-lea, prin noi tehnici de extracție și purificare. În 1905, de exemplu, inginerii care lucrau pentru Ernst Werner von Siemens au proiectat becuri. incandescent folosind filamente de tantal, in incercarea de a inlocui filamentele fragile ale carbon folosit pana atunci.

Cu toate acestea, la scurt timp după aceea, în 1909, tantalul a fost înlocuit cu wolfram, metalul cu cel mai înalt punct de topire din Tabelul Periodic, reducând astfel cererea industrială pentru acesta.

Tantal metalic sub formă de fire: ductilitatea și punctul de topire ridicat au permis aplicarea lui în lămpi cu incandescență.

Reluarea explorării tantalului a venit odată cu fabricarea aliajelor, precum Ta-Ni (tantal-nichel), care sunt foarte rezistente la coroziune, fiind folosite in industria de bijuterii. În plus, acestea sunt aplicate pentru:

• scule de prelucrare;
• echipamente de laborator chimic;
• supape radio.

Aceste aliaje sunt utilizate în industriela auto și aerospațial pentru a produce turbine și componente ale motoarelor, de exemplu. Tantalul este folosit și pentru fabricarea sticlei cu indici de refracție speciale, care sunt utilizate pentru producția de camere ușoare.

Cu toate acestea, cea mai mare utilizare a tantalului are loc prin oxidul de tantal, Ta₂O₅, datorită capacității sale mari, în producție de condensatoare. Aceste dispozitive electronice au capacitatea de a stoca sarcini electrice în interior, descarcând cantități mari de energie electrică în circuit, ceea ce este foarte util în aparatele care necesită intensități mari de lanţ.

Mai mulți condensatori: Condensatoarele de tantal au avantajul de a fi mai mici.

Condensatoarele de tantal au avantajul de a fi mai mici, oferind o anumită capacitate (magnitudine care măsoară cantitatea de sarcină care poate fi stocată) într-o unitate volumetrică mai mică decât condensatoarele tradiţional.

Acest lucru este esențial pentru optimizarea și minimizarea circuitului electric, deoarece cererea de componente mai mici și portabile este în creștere. În plus, au un curent de scurgere scăzut, o stabilitate mai mare și o durată de viață mai lungă. Cu toate acestea, au un cost mai mare.

Aflați mai multe: Cobalt - un element care are proprietăți magnetice asemănătoare cu fierul

Precauții cu Tantal

Acest metal nu prezintă de obicei probleme oamenilor.

• Tantalul și compușii săi principali nu sunt clasificați drept cancerigeni.
• Sărurile de tantal sunt netoxice deoarece sunt slab absorbite și ușor de eliminat.
• Inerția tantalului îi permite să fie folosit chiar și ca proteză la om.

Istoria tantalului

Tantalul a fost inițial extras din probe de minerale de chimistul suedez Anders Ekeberg, în 1802. Datorită rezistenței mari la soluțiile acide, Ekeberg a numit elementul tantal, cu referire la regele Mitologia greacă Tantalus, cunoscut pentru suferința sa.

Regele Tantal, singurul muritor care stătea la masa zeilor olimpici, a fost pedepsit de zeilor pentru a fi ambițios. A fost trimis în Tartar (lumea interlopă), unde era o vale plină de vegetație, hrană și apă.

Totuși, ca parte a pedepsei, regele Tantal a fost condamnat să nu-și poată potoli foamea sau setea, ca la Când se apropia de apă, aceasta se scurgea, iar când se apropia de copaci, ramurile erau îndepărtate de la îndemâna ei de către vânt.

Artă care demonstrează pedeapsa lui Tantalus.

din cauza lor asemănări cu niobiul, se credea că acesta și tantalul sunt același element. Acest lucru a durat șase decenii, iar niobiul a fost numit apoi columbium, descoperit în 1801 de Charles Hatchett.

În 1844, germanul Heinrich Rose susținea chiar că tantalitul conținea, pe lângă tantal, alte două metale, care au fost numite de el niobium (cu referire la Niobe, fiica lui Tantal) și pelopio (cu referire la Pelops, fiul lui Tantal). Rose, fără să-și dea seama, a făcut redescoperirea columbiului efectuată de Hatchett, însă l-a numit niobiu.

Mai târziu, în 1847, chimistul R. Hermann a spus că a descoperit încă un alt element similar cu tantalul, niobiul și pelopiul, numindu-l ilmeniu, cu referire la Munții Ilmensky din Rusia.

Cu toate acestea, în 1868, în cele din urmă, savantul elvețian Jean Charles Galissard Marignac a reușit să separe niobiul și tantalul. Dintr-un amestec de oxizi de tantal și niobiu, Marignac a obținut fluorurile acestor compuși.

Explorând diferitele solubilități ale ambelor, Marignac le-a dezagregat. Un alt om de știință care a contribuit la separarea celor două elemente a fost creștinul suedez Wilhelm Blomstrand, când a identificat un nou clorură de niobiu.

Astfel, chimistul britanic Henry Enfield Roscoe a concluzionat că atât Marignac, cât și Blomstrand au fost capabili să demonstreze că în tantalit erau doar două metale: tantalul și niobiul, în timp ce celelalte metale propuse nu erau altceva decât simple amestecuri ale ambelor în proporții diferite care puteau conține și alte elemente, precum wolfram, titan și fier. Numele de columbium a rămas ca o alternativă la niobiu până în anii 1950.

Exerciții rezolvate pe tantal

intrebarea 1

(Enem 2018) În mitologia greacă, Niobia era fiica lui Tantalus, două personaje cunoscute pentru suferință. Elementul chimic cu număr atomic (Z) egal cu 41 are proprietăți chimice și fizice atât de asemănătoare cu cele ale elementului cu număr atomic 73 încât au fost confundate. Prin urmare, în cinstea acestor două personaje din mitologia greacă, acestor elemente au primit numele de niobiu (Z = 41) și tantal (Z = 73). Aceste două elemente chimice au căpătat o mare importanță economică în metalurgie, în producția de supraconductori și în alte aplicații din industria high-end, tocmai pentru proprietățile chimice și fizice comun ambelor.

KEAN, S. Lingura care dispare: și alte povești adevărate despre nebunie, dragoste și moarte din elemente chimice. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (adaptat).

Importanța economică și tehnologică a acestor elemente, datorită asemănării proprietăților lor chimice și fizice, se datorează

A) au electroni la subnivelul f.

B) să fie elemente de tranziție internă.

C) aparțin aceluiași grup din tabelul periodic.

D) au electronii lor cei mai exteriori la nivelurile 4 și, respectiv, 5.

E) să fie situate în familia alcalino-pământoasă, respectiv alcaline.

Rezoluţie:

Alternativa C

Confuzia dintre niobiu și tantal are loc din cauza similitudinii mari a proprietăților lor chimice. În Qchimie, asemănarea dintre elemente poate fi explicată prin faptul că aparțin aceluiași grup din Tabelul Periodic. Mendeleev le-a grupat chiar ținând cont de asemănarea proprietăților chimice și fizice.

intrebarea 2

Tantalul poate fi extras dintr-un mineral numit tantalit, a cărui compoziție poate varia. Una dintre compozițiile posibile este cea de oxid de fier II și tantal, FeTa₂O₆.

În compoziția demonstrată a tantalitului, numărul de oxidare al tantalului este:

A) +2

B) +3

C) +5

D) +10

E) +12

Rezoluţie:

Alternativa C

Cifra romană II din nomenclatură indică faptul că fier, în acest compus, are un număr de oxidare de +2. În oxizi, cel oxigen Are un număr de oxidare de -2. Astfel, numărul de oxidare al tantalului poate fi calculat după cum urmează:

+2 + 2x + 6 (-2) = 0

Considerăm x numărul de oxidare al tantalului. Astfel, ecuația este setată la zero, deoarece oxidul în cauză este neutru din punct de vedere electric, nefiind a ion.

Rezolvând ecuația, avem:

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

x = +5

Tantalul, ca niobiul, dobândește acest lucru numărul de oxidare în majoritatea compuşilor săi.

De Stefano Araújo Novais
Profesor de chimie