Estrutura de tântalo, propriedades, usos, obtenção

Ele Tantalo, também conhecido como Tantalio, É um metal de transição cujo símbolo químico é ta. É escuro, brilho metálico, dúctil, maleável, duro e de alta densidade. Talvez sua característica mais distinta seja sua resistência à maioria dos compostos químicos.

O tântalo foi descoberto em 1802 pelo químico sueco Anders Gustaf Ekenberg, atribuindo o nome em memória do caráter grego Mygo Tanthological, relacionando -o com o problema tentador de dissolver óxidos metálicos em ácido em ácido em ácido.

Fragmentos de metal tantalo. Fonte: imagens de alta resolução de elementos químicos, CC por 3.0, via Wikimedia Commons

No entanto, por ser o Tantalo e o niobium metais muito semelhantes, pensava -se que Ekenberg havia isolado o nióbio. Mas em 1844 o químico alemão Heinrich Rose mostrou que o nióbio e o tantal são metais diferentes, retornando o crédito a Ekenberg por sua descoberta.

O tântalo é um metal cuja principal utilidade está na elaboração de capacitores de pequenos tamanhos usados ​​em telefones celulares, laptops, câmeras eletrônicas, etc. Além disso, o tântalo é usado para fins médicos em implantes ósseos e no reparo dos ossos do crânio.

Muitos de seus minérios estão localizados no centro do continente africano. Sua obtenção significou conflitos armados entre vários países, que lutam para tirar as pedreiras das quais os minerais de Tantalo são extraídos. Pode -se dizer, portanto, que é um dos metais mais conflitantes da era moderna, no que diz respeito à sua obtenção e marketing.

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Estrutura do tântalo

O Tantal pode adotar à temperatura ambiente duas estruturas cristalinas: o cúbico centrado no corpo (BCC), designado como fase α (α-ta) e responsável por sua ductilidade; e o tetragonal ou a fase β (β-ta), que é metaestável, fornece dureza e se transforma na fase α quando os cristais são aquecidos entre 750-775 ºC.

Algumas fontes também relatam a existência de uma terceira estrutura cristalina: o cúbico centrado nas faces (FCC), que é considerado anômalo e só foi capaz de ser observado em folhas muito finas de tântalo. Assim, essa estrutura (FCC-TA) conta como um terceiro alvo.

Configuração eletronica

O tântalo tem a seguinte configuração eletrônica:

[Xe] 4f¹⁴ 5 d³ 6s²

Os elétrons orbitais 4F são muito "dentro" do átomo tantal em termos de energia; isto é, eles não participam de nenhuma de suas reações químicas. Portanto, o Tantal só pode usar os elétrons dos orbitais 5D e 6S para perdê -los e transformá -los em cátions, para que eles interajam com outros átomos ou ânions para originar seus compostos.

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Quando o Tantalo perde os cinco elétrons desses orbitais 5D e 6s, torna -se o cátion pentavalente TA⁵⁺, que é muito estável eletronicamente; característica que de fato compartilha com seus colegas v⁵⁺ E mo⁵⁺. Esta é a razão pela qual os compostos tantal (v) ou +5 são os mais comuns para este metal.

Propriedades de Tantalus

Aparência física

É um metal brilhante, mas escuro, e isso pode apresentar alguns viscos azulados ou roxos. Essas cores são devidas às camadas com diferente espessura do óxido que cobrem a superfície do metal.

As peças de tântalo são muito dúcteis e maleáveis, embora dependendo do processo de obtenção, elas também podem ser muito duras e quebradiças.

É um bom condutor de eletricidade e calor. Possui um ponto de fusão muito alto (3017 ºC), superado apenas pelo tungstênio, o Renio e o ósmio. Além disso, é um dos poucos metais refratários; isto é, é muito resistente ao calor e ao desgaste.

O Tantal tem duas formas alfáticas alfa, dúctil e macias; e a versão beta, dura e quebradiça. É um metal resistente à corrosão, devido a um filme de óxido que o cobre. O tântalo em forma de poeira pode disparar espontaneamente no ar.

Número atômico

73

Massa molar

180.947 g/mol

Ponto de fusão

3017 ºC

Ponto de ebulição

5458 ºC

Densidade

16.69 g/cm³

Calor de fusão

36.57 KJ/mol

Calor de vaporização

753 KJ/mol

Capacidade calórica molar

25.36 J/(mol · k)

ponto de ignição

> 250 ºC

Índice de refração

2.05

Dureza

6.5 na escala MOHS

Estados de oxidação

Os átomos de Tantalo podem participar de seus compostos com os seguintes estados de oxidação: -3, -1, +1, +2, +3, +4 e +5, sendo este último o mais predominante. Portanto, os compostos tantal (v) ou +5 (v) são mais comuns e estáveis ​​(ta⁵⁺).

Eletro-negatividade

1.5 Pauling Scale.

Energias de ionização

Primeiro: 761 KJ/mol

Segundo: 1500 kJ/mol/mol

Reatividade

O Tantal em temperaturas abaixo de 150 ºC é um dos metais de reatividade mais químicos ou inferiores. À temperatura ambiente, não é atacado por ácidos diluídos ou concentrados, mesmo é resistente à ação da água real. Só pode ser dissolvido por ácido fluorérico.

O tântalo não é atacado pela maioria dos álcalis dissolvidos na água, mas por alcalis fundidos e hidróxido de potássio. Em altas temperaturas, podem reagir com flúor, cloro e oxigênio.

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O tântalo é oxidado para formar um pentóxido (TA₂QUALQUER₅), composto que possui várias aplicações. Nitruro e carboneto Tantalo são compostos de grande dureza, usados ​​em ferramentas de corte. Além disso, o Tantal pode fazer parte de alguns compostos organometálicos, como: o pentametiltalo, TA (CH₃)₅.

Formulários

Peças usadas em eletricidade e eletrônica

Tantalo Capacitor em um circuito eletrônico. Fonte: EPOP, domínio público, via Wikimedia Commons

Os capacitores ou capacitores construídos com Tantalo têm um valor maior da relação entre a capacitância e o volume que qualquer outro tipo de capacitor, permitindo que eles sejam usados ​​em instrumentos que possuem microcircuitos; como telefones celulares, laptops, câmeras eletrônicas, etc.

O tântalo tem sido usado na produção de elétrons de alta frequência para transmissores de rádio. O Tantalo reage com nitrogênio e oxigênio, ajudando a manter o alto vazio nos tubos, necessário quando peças internas são usadas, como grades e placas.

Também é usado para a fabricação de eletrodos para luzes de neon e retificadores AC/DC. O tântalo, devido à sua ductilidade, é usado para fabricar fios muito finos que são usados ​​na evaporação do alumínio.

Ótimas peças de dureza

O tântalo é um metal duro e resistente, por isso foi usado, na forma de carboneto, em metal e ferramentas de trabalho. Também tem sido usado na fabricação de motores de reação, reatores nucleares, peças de mísseis, lâminas de turbinas e tapas de aeronaves.

Artigos químicos de alta resistência

Porque o tântalo é um inerte.

Além disso, devido ao seu alto ponto de fusão e resistência a oxidação, é usado na fabricação de cadinhos para destilações em fornos de vácuo.

Usos médicos

O tântalo é um metal não irritante e resistente aos fluidos corporais, por isso tem sido usado em implantes ósseos ortopédicos; Além disso, devido à sua maleabilidade, as folhas de metal usadas no reparo de partes danificadas do crânio foram construídas. Essas folhas também são usadas na conexão de nervos rasgados.

O tântalo é usado na elaboração do metal trabecular, que é semelhante a um material ósseo e aborda suas propriedades físicas. Sua configuração trabecular e porosa favorece a formação de osso e infiltração de tecido rápido.

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Este procedimento tem aplicação na artroplastia do quadril e do joelho e no tratamento da necrose do tecido ósseo da cabeça do fêmur.

Hyalurorano é um gel usado para transportar medicamentos através de um cateter percutâneo. O tântalo é incorporado ao gel para torná -lo opaco aos raios X e observar sua entrada no corpo.

Da mesma forma, o Tantal foi investigado para a prevenção de osteoartrite e escoliose idiopática do adolescente.

Outros

O tântalo é usado na indústria de Caucera como um catalisador na síntese do butadieno. Também é usado na elaboração de canetas, escalas analíticas e instrumentos cirúrgicos e odontológicos em substituição de platina.

O óxido de tântalo é usado na fabricação de um alto índice de refração para lentes da câmera.

Obtenção

O tântalo tem uma abundância entre 1 e 2 ppm na crosta terrestre, não estar em estado livre. É explorado comercialmente do Mineral Tantalita, embora também seja encontrado no Columbita e no Coltán.

O mineral para esmagar, é lixiviado com ácido fluoréricico misturado com ácido sulfúrico ou clorídrico, produzindo um complexo de tântalo e fluoreto, H₂[Taf₇]. Este complexo sofre extração líquido-líquido usando solventes orgânicos.

O h₂[Taf₇] O fluoreto de potássio é tratado para produzir flutuntalato de potássio, k₂[Taf₇], que finalmente é reduzido com sódio metálico por aquecimento em um forno elétrico, obtendo assim o tântalo metálico.

Isótopos

O tântalo tem um total de 38 isótopos, dos quais se pode ser considerado estável: o ¹⁸¹Ta. Este isótopo tem uma abundância de 99.98 % do tântalo, enquanto 0.12% restantes são representados pelo ^180mTa.

O isótopo com a menor metade da vida é o ¹⁹¹TA, com um valor superior a 300 nanossegundos; Enquanto aquele com a maior meia -vida é o acima mencionado ^180mTa 2.0 · 10¹⁶ . A parte do decaimento radioativo é produzida por captura eletrônica e por emissão de partículas α e β^-.

Referências

1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (quarta edição). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Tântalo. Recuperado de: em.Wikipedia.org
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