Structure de tantale, propriétés, utilisations, obtention

Il Tantalo, aussi connu sous le nom Tantalio, C'est un métal de transition dont le symbole chimique est TA. Il est sombre, de luminosité métallique, ductile, malléable, dur et haute densité. Peut-être que sa caractéristique la plus distinctive est sa résistance à la plupart des composés chimiques.

Le tantale a été découvert en 1802 par le chimiste suédois Anders Gustaf Ekenberg, attribuant le nom à la mémoire du caractère grec mygo tanthologique, en le reliant au problème tentant pour dissoudre les oxydes métalliques dans l'acide dans l'acide.

Fragments de métal tantalo. Source: Images haute résolution d'éléments chimiques, CC par 3.0, via Wikimedia Commons

Cependant, parce que c'était le Tantalo et le niobium très similaires, on pensait qu'Ekenberg avait isolé le niobium. Mais en 1844, le chimiste allemand Heinrich Rose a montré que le niobium et le tant que sont des métaux différents, renvoyant le crédit à Ekenberg pour sa découverte.

Le tantale est un métal dont l'utilité principale réside dans l'élaboration de condensateurs de petites tailles utilisées dans les téléphones portables, les ordinateurs portables, les caméras électroniques, etc. De plus, le tantale est utilisé à des fins médicales dans les implants osseux et dans la réparation des os du crâne.

Beaucoup de leurs minerais sont situés au centre du continent africain. Son obtention a signifié des conflits armés entre plusieurs pays, qui se battent pour prendre les carrières à partir desquelles les minéraux Tantalo sont extraits. On peut dire donc qu'il s'agit de l'un des métaux les plus conflictuels de l'ère moderne, en ce qui concerne son objet et sa commercialisation.

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Structure du tantale

Le Tantal peut adopter à température ambiante deux structures cristallines: le cubique centré dans le corps (BCC), désigné comme phase α (α-Ta) et responsable de sa ductilité; et la phase tétragonale ou β (β-Ta), qui est métastable, fournit la dureté et se transforme en phase α lorsque les cristaux sont chauffés entre 750-775 ºC.

Certaines sources rapportent également l'existence d'une troisième structure cristalline: le cubique centré sur les visages (FCC), qui est considéré comme anormal et n'a pu être observé que dans des feuilles très minces de tantale. Ainsi, cette structure (FCC-TA) indique comment un troisième alotrope.

Configuration électronique

Le tantale a la configuration électronique suivante:

[XE] 4F¹⁴ 5 D³ 6s²

Les électrons orbitaux 4F sont très «à l'intérieur» de l'atome tant en termes d'énergie; c'est-à-dire qu'ils ne participent à aucune de leurs réactions chimiques. Par conséquent, le Tantal ne peut utiliser les électrons des orbitales 5D et 6S pour les perdre et les transformer en cations, de sorte qu'ils interagissent avec d'autres atomes ou anions pour créer leurs composés.

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Lorsque le Tantalo perd les cinq électrons de ces orbitales 5D et 6S, il devient le cation pentavalent⁵⁺, qui est très stable électroniquement; caractéristique qui partage en fait avec vos homologues V⁵⁺ Et mo⁵⁺. C'est la raison pour laquelle les composés tant que Tantal (V) ou +5 sont les plus courants pour ce métal.

Propriétés de Tantale

Apparence physique

C'est un métal brillant mais foncé, et qui peut présenter des visos bleuâtres ou violets. Ces colorations sont dues aux couches avec une épaisseur différente de leur oxyde qui couvre la surface métallique.

Les pièces de tantale sont très ductiles et malléables, bien que selon leur processus d'obtention, ils peuvent également être très durs et cassants.

C'est un bon conducteur d'électricité et de chaleur. Il a un point de fusion très élevé (3017 ºC), seulement dépassé par le tungstène, le Renio et l'osmium. De plus, c'est l'un des rares métaux réfractaires; c'est-à-dire qu'il est très résistant à la chaleur et à l'usure.

Le Tantal a deux formes allotropes: l'alpha, ductile et doux; Et la version bêta, dure et cassante. C'est un métal résistant à la corrosion, en raison d'un film d'oxyde qui le couvre. Le tantale sous forme de poussière peut tirer spontanément dans l'air.

Numéro atomique

73

Masse molaire

180.947 g / mol

Point de fusion

3017 ºC

Point d'ébullition

5458 ºC

Densité

16.69 g / cm³

Chaleur de fusion

36.57 kJ / mol

Chaleur de vaporisation

753 kJ / mol

Capacité calorique molaire

25.36 J / (mol · k)

point d'allumage

> 250 ºC

Indice de réfraction

2.05

Dureté

6.5 sur l'échelle Mohs

États d'oxydation

Les atomes de Tantalo peuvent participer à leurs composés avec les états d'oxydation suivants: -3, -1, +1, +2, +3, +4 et +5, ce dernier étant le plus prédominant. Par conséquent, les composés tant que Tantal (V) ou +5 (V) sont plus courants et stables (TA⁵⁺).

Électronégativité

1.5 Échelle Pauling.

Énergies d'ionisation

Premièrement: 761 kJ / mol

Deuxième: 1500 kJ / mol

Réactivité

Le tantal à des températures inférieures à 150 ºC est l'un des métaux de réactivité les plus chimiques ou les plus inférieurs. À température ambiante, il n'est pas attaqué par des acides dilués ou concentrés, même résiste à l'action de l'eau royale. Il ne peut être dissous que par l'acide fluorhorique.

Le tantale n'est pas attaqué par la plupart des alcalis dissous dans l'eau, mais par des alcalis en fusion et de l'hydroxyde de potassium. À des températures élevées, peut réagir avec le fluor, le chlore et l'oxygène.

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Le tantale est oxydé pour former un pentoxyde (Ta₂SOIT₅), composé qui a plusieurs applications. Le carbure de nitruro et de tantalo est des composés d'une grande dureté, utilisés dans les outils de coupe. De plus, le Tantal peut faire partie de certains composés organométalliques, tels que: le pentaméthyltalo, Ta (ch₃)₅.

Applications

Pièces utilisées dans l'électricité et l'électronique

Condensateur de Tantalo dans un circuit électronique. Source: EPOP, domaine public, via Wikimedia Commons

Les condensateurs ou condensateurs construits avec Tantalo ont une plus grande valeur de la relation entre la capacité et le volume que tout autre type de condensateur, ce qui leur permet d'être utilisé dans des instruments qui ont des microcircuits; comme les téléphones portables, les ordinateurs portables, les caméras électroniques, etc.

Le tantale a été utilisé dans la production d'électrons à ultra-hauts fréquences pour les émetteurs radio. Le Tantalo réagit avec l'azote et l'oxygène aidant à maintenir le vide élevé dans les tubes, nécessaire lorsque des pièces internes sont utilisées telles que les grilles et les plaques.

Il est également utilisé pour la fabrication d'électrodes pour les néons et les redresseurs AC / DC. Le tantale, en raison de sa ductilité, est utilisé pour fabriquer des fils très fins qui sont utilisés dans l'évaporation de l'aluminium.

Grands pièces de dureté

Le tantale est un métal dur et résistant, il a donc été utilisé, sous forme de carbure, dans des outils de travail en métal et de travail. Il a également été utilisé dans la fabrication de moteurs de réaction, de réacteurs nucléaires, de pièces de missiles, de lames de turbine et de tapas d'avion.

Articles chimiques à haute résistance

Parce que le tantale est un inerte.

De plus, en raison de son point de fusion élevé et de sa résistance à l'oxydation, il est utilisé dans la fabrication de creusets pour les distillations dans les fours à vide.

Usages médicaux

Le tantale est un métal non irritant et résistant aux fluides corporels, il a donc été utilisé dans les implants osseux orthopédiques; Et en outre, en raison de sa malléabilité, les feuilles de métal utilisées dans la réparation de parties endommagées du crâne ont été construites. Ces feuilles sont également utilisées dans la connexion des nerfs déchirés.

Le tantale est utilisé dans l'élaboration du métal trabéculaire, qui est similaire à un matériau osseux et aborde ses propriétés physiques. Sa configuration trabéculaire et poreuse favorise la formation d'os et d'infiltration des tissus rapides.

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Cette procédure a une application dans l'arthroplastie de la hanche et du genou, et dans le traitement de la nécrose tissulaire osseuse de la tête fémorale.

Hyalurorano est un gel qui est utilisé pour transporter des médicaments à travers un cathéter percutané. Le tantale est incorporé dans le gel pour le rendre opaque aux rames X et à observer son entrée dans le corps.

De même, le Tantal a été étudié pour la prévention de l'arthrose et de la scoliose idiopathique des adolescents.

Autres

Le tantale est utilisé dans l'industrie de Cauchera comme catalyseur dans la synthèse du butadieno. Il est également utilisé dans l'élaboration des stylos, des échelles analytiques et des instruments chirurgicaux et dentaires en remplacement du platine.

L'oxyde de tantale est utilisé dans la fabrication d'un indice de réfraction élevé pour les lentilles de la caméra.

Obtention

Le tantale a une abondance entre 1 et 2 ppm dans la croûte de la Terre, n'étant pas à l'état libre. Il est exploité commercialement à partir du minéral Tantalita, bien qu'il se trouve également dans le Columbita et le Coltán.

Le minéral à écraser est le lixiviat avec de l'acide fluorhorhorique mélangé avec de l'acide sulfurique ou chlorhydrique, produisant un complexe de tantale et de fluor, H₂[Taf₇]]. Ce complexe subit une extraction liquide-liquide en utilisant des solvants organiques.

Le H₂[Taf₇] Le fluorure de potassium est traité pour produire du potassium fluctuant, k₂[Taf₇], qui est finalement réduit avec du sodium métallique en chauffant dans un four électrique, obtenant ainsi le tantale métallique.

Isotopes

Le tantale a un total de 38 isotopes, dont on ne peut être considéré que stable: le ¹⁸¹Faire. Cet isotope a une abondance de 99.98% du tantale, tandis que 0.12% restants sont représentés par le ^180mFaire.

L'isotope avec le moins de la demi-vie est le ¹⁹¹TA, avec une valeur supérieure à 300 nanosecondes; tandis que celui qui a la plus grande demi-vie est le susmentionné ^180mTA 2.0 · 10¹⁶ . La partie de la désintégration radioactive est produite par capture électronique et par émission de particules α et β^-.

Les références

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