Struttura di Tantalus, proprietà, usi, ottenendo

Lui Tantalo, conosciuto anche come Tantalio, È un metallo di transizione il cui simbolo chimico è Ta. È buio, luminosità metallica, duttile, malleabile, duro e alta densità. Forse la sua caratteristica più distintiva è la sua resistenza alla maggior parte dei composti chimici.

Il Tantalo fu scoperto nel 1802 dal chimico svedese Anders Gustaf Ekenberg, assegnando il nome in memoria del carattere tantologico di Mygo greco, relativo al problema allettante per dissolvere gli ossidi metallici in acido acido.

Frammenti di metallo tantalo. Fonte: immagini ad alta risoluzione di elementi chimici, cc di 3.0, via Wikimedia Commons

Tuttavia, poiché era il tantalo e il niobio molto simili metalli, si pensava che Ekenberg avesse isolato il niobio. Ma nel 1844 il chimico tedesco Heinrich Rose mostrò che il niobio e gli allettanti sono metalli diversi, restituendo il merito a Ekenberg per la sua scoperta.

Il Tantalus è un metallo la cui utilità principale risiede nell'elaborazione di condensatori di piccole dimensioni utilizzate in telefoni cellulari, laptop, telecamere elettroniche, ecc. Inoltre, il tantalo viene utilizzato per scopi medici negli impianti ossei e nella riparazione delle ossa del cranio.

Molti dei loro minerali si trovano nel centro del continente africano. Il suo ottenimento ha significato conflitti armati tra diversi paesi, che combattono per prendere le cave da cui vengono estratti i minerali del tantalo. Si può dire, quindi, che è uno dei metalli più contrastanti dell'era moderna, per quanto riguarda l'ottenimento e il marketing.

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Struttura del Tantalo

Il tantatal può adottare a temperatura ambiente due strutture cristalline: il cubico centrato nel corpo (BCC), designato come fase α (α-TA) e responsabile della sua duttilità; e il tetragonale o la fase β (β-TA), che è metastabile, fornisce durezza e si trasforma nella fase α quando i cristalli vengono riscaldati tra 750-775 ºC.

Alcune fonti riportano anche l'esistenza di una terza struttura cristallina: il cubico centrato sui volti (FCC), che è considerato anomalo ed è stato in grado di essere osservato solo in fogli molto sottili di Tantalo. Pertanto, questa struttura (FCC-TA) racconta come un terzo alotropico.

Configurazione elettronica

Il Tantalus ha la seguente configurazione elettronica:

[Xe] 4f¹⁴ 5 D³ 6s²

Gli elettroni orbitali 4F sono molto "all'interno" dell'atomo tantale in termini di energia; Cioè, non partecipano a nessuna delle loro reazioni chimiche. Pertanto, il Tantal può usare solo gli elettroni degli orbitali 5D e 6S per perderli e trasformarli in cationi, in modo che interagiscano con altri atomi o anioni per originare i loro composti.

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Quando il tantalo perde i cinque elettroni di questi orbitali 5D e 6S, diventa il cation pentavalente Ta⁵⁺, che è molto stabile elettronicamente; caratteristico che in effetti condivide con le tue controparti V⁵⁺ E mo⁵⁺. Questo è il motivo per cui i composti Tantal (V) o +5 sono i più comuni per questo metallo.

Proprietà tantalus

Aspetto fisico

È un metallo luminoso ma scuro, e questo può presentare un visone bluastro o viola. Queste colorazioni sono dovute agli strati con spessore diverso del loro ossido che coprono la superficie del metallo.

I pezzi di Tantalo sono molto duttili e malleabili, sebbene a seconda del processo di ottenimento possono anche essere molto difficili e fragili.

È un buon conduttore di elettricità e calore. Ha un punto di fusione molto alto (3017 ºC), superato solo dal tungsteno, dal renio e dall'osmio. Inoltre, è uno dei pochi metalli refrattari; cioè, è molto resistente al calore e all'usura.

Il tantatal ha due forme altropi: l'alfa, duttile e morbido; e la beta, dura e fragile. È un metallo resistente alla corrosione, a causa di un film di ossido che lo copre. Il tantalo in forma di polvere può sparare spontaneamente nell'aria.

Numero atomico

73

Massa molare

180.947 g/mol

Punto di fusione

3017 ºC

Punto di ebollizione

5458 ºC

Densità

16.69 g/cm³

Calore di fusione

36.57 kJ/mol

Calore di vaporizzazione

753 kJ/mol

Capacità calorica molare

25.36 J/(mol · K)

punto di accensione

> 250 ºC

Indice di rifrazione

2.05

Durezza

6.5 sulla scala MOHS

Stati di ossidazione

Gli atomi di tantalo possono partecipare ai loro composti con i seguenti stati di ossidazione: -3, -1, +1, +2, +3, +4 e +5, quest'ultimo è il più predominante. Pertanto, i composti tantatal (V) o +5 (V) sono più comuni e stabili (TA⁵⁺).

Elettronegatività

1.5 Pauling Scale.

Energie di ionizzazione

Primo: 761 kJ/mol

Secondo: 1500 kJ/mol

Reattività

Il Tantal a temperature inferiori a 150 ºC è uno dei metalli di reattività più chimici o più bassi. A temperatura ambiente non viene attaccato da acidi diluiti o concentrati, anche è resistente all'azione dell'acqua reale. Può essere sciolto solo dall'acido fluoro.

Il tantalo non viene attaccato dalla maggior parte degli alcali disciolti in acqua, ma da alcali fusi e idrossido di potassio. Ad alte temperature possono reagire con fluoro, cloro e ossigeno.

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Il tantalus è ossidato per formare un pentossido (TA₂O₅), composto che ha diverse applicazioni. Il carburo di nitruro e tantalo sono composti di grande durezza, usati negli utensili da taglio. Inoltre, il tantatal può far parte di alcuni composti organometallici, come: il pentametiltalo, TA (CH₃)₅.

Applicazioni

Pezzi usati in elettricità ed elettronica

Condensatore tantalo in un circuito elettronico. Fonte: EPOP, dominio pubblico, via Wikimedia Commons

I condensatori o i condensatori costruiti con tantalo hanno un valore maggiore della relazione tra la capacità e il volume che qualsiasi altro tipo di condensatore, consentendo così loro di essere utilizzati in strumenti che hanno microcircuiti; come telefoni cellulari, laptop, telecamere elettroniche, ecc.

Il Tantalo è stato utilizzato nella produzione di elettroni ad altissima frequenza per i trasmettitori radiofonici. Il tantalo reagisce con azoto e ossigeno aiutando a mantenere l'alto vuoto nei tubi, necessario quando vengono utilizzati pezzi interni come griglie e piastre.

Viene anche utilizzato per la produzione di elettrodi per le luci al neon e i rettificatori AC/DC. Il tantalo, grazie alla sua duttilità, viene utilizzato per produrre fili molto sottili che vengono utilizzati nell'evaporazione dell'alluminio.

Grandi pezzi di durezza

Il tantalo è un metallo duro e resistente, quindi è stato utilizzato, sotto forma di carburo, negli strumenti di lavoro e lavoro in metallo. È stato anche utilizzato nella produzione di motori di reazione, reattori nucleari, parti missilistiche, pale di turbina e tapas aeronautica.

Articoli chimici ad alta resistenza

Perché il Tantalus è inerte.

Inoltre, a causa del suo elevato punto di fusione e della resistenza all'ossidazione, viene utilizzato nella produzione di crogioli per le distillazioni nei forni a vuoto.

Usi medici

Il tantalo è un metallo non irritante e resistente ai fluidi corporei, quindi è stato usato negli impianti ossei ortopedici; E inoltre, a causa della sua malleabilità, sono stati costruiti i fogli di metallo utilizzati nella riparazione di porzioni danneggiate del cranio. Questi fogli sono anche usati in relazione ai nervi strappati.

Il tantalo viene utilizzato nell'elaborazione del metallo trabecolare, che è simile a un materiale osseo e si avvicina alle sue proprietà fisiche. La sua configurazione trabecolare e porosa favorisce la formazione di infiltrazioni ossee e del tessuto rapido.

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Questa procedura ha applicazione nell'artroplastica dell'anca e del ginocchio e nel trattamento della necrosi del tessuto osseo della testa del femore.

Hyalurorano è un gel che viene utilizzato per trasportare farmaci attraverso un catetere percutaneo. Il Tantalus è incorporato nel gel per renderlo opaco ai raggi X e osservare la sua entrata nel corpo.

Allo stesso modo, il tantatal è stato studiato per la prevenzione dell'osteoartrite e della scoliosi idiopatica adolescenziale.

Altri

Il tantalo è usato nell'industria Cauchera come catalizzatore nella sintesi del butadieno. Viene anche usato nell'elaborazione di penne, scale analitiche e strumenti chirurgici e dentali in sostituzione del platino.

L'ossido di tantalo viene utilizzato nella produzione di un indice di rifrazione elevato per le lenti della fotocamera.

Ottenimento

Il Tantalo ha un'abbondanza tra 1 e 2 ppm nella crosta terrestre, non essendo in stato libero. Viene sfruttato commercialmente dal minerale di Tantalita, sebbene si trovi anche nella Columbita e nel Coltán.

Il minerale da schiacciare, è percolato con acido fluorrorico miscelato con acido solforico o cloridrico, producendo un complesso di tantalo e fluoro, h₂[TAF₇". Questo complesso subisce un'estrazione liquida-liquido utilizzando solventi organici.

Il h₂[TAF₇] Il fluoruro di potassio viene trattato per produrre fluttante di potassio, k₂[TAF₇], che viene infine ridotto con sodio metallico riscaldando in un forno elettrico, ottenendo così il tantalo metallico.

Isotopi

Il tantalo ha un totale di 38 isotopi, di cui si può essere considerati solo stabili: il ¹⁸¹Ta. Questo isotopo ha un'abbondanza di 99.98 % del Tantalo, mentre 0.Il 12% rimanente è rappresentato dal ^180mTa.

L'isotopo con la vita minima è il ¹⁹¹TA, con un valore superiore a 300 nanosecondi; mentre quello con la più grande metà della vita è il suddetto ^180mTa 2.0 · 10¹⁶ . La parte del decadimento radioattivo è prodotta dalla cattura elettronica e dall'emissione di particelle α e β^-.

Riferimenti

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