Tântalo: estrutura, propriedades, usos, obtenção - Ciência - 2023

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o tântalo, também conhecido como tântalo, é um metal de transição cujo símbolo químico é Ta. É de cor escura, com brilho metálico, dúctil, maleável, duro e de alta densidade. Talvez sua característica mais marcante seja a resistência à maioria dos compostos químicos.

O tântalo foi descoberto em 1802 pelo químico sueco Anders Gustaf Ekenberg, batizando-o em memória do personagem mitológico grego Tântalo, relacionando-o com o problema tentador de dissolver óxidos de metal em ácido.

No entanto, como o tântalo e o nióbio são metais muito semelhantes, pensou-se que Ekenberg isolou o nióbio. Mas em 1844 o químico alemão Heinrich Rose provou que o nióbio e o tântalo são metais distintos, e o crédito foi devolvido a Ekenberg por sua descoberta.

O tântalo é um metal cuja principal utilidade reside na fabricação de pequenos capacitores utilizados em telefones celulares, laptops, câmeras eletrônicas, etc. Além disso, o tântalo é usado para fins médicos em implantes ósseos e na reparação de 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 de onde são extraídos os minérios de tântalo. Pode-se dizer, portanto, que é um dos metais mais polêmicos da modernidade, em termos de obtenção e comercialização.

Estrutura do tântalo

O tântalo pode adotar duas estruturas cristalinas à temperatura ambiente: a cúbica de corpo centrado (bcc), designada como fase α (α-Ta) e responsável por sua ductilidade; e a fase tetragonal ou β (β-Ta), que é metaestável, contribui com dureza e se transforma na fase α quando os cristais são aquecidos entre 750-775ºC.

Algumas fontes também relatam a existência de uma terceira estrutura cristalina: a cúbica centrada na face (fcc), considerada anômala e observada apenas em folhas de tântalo muito finas. Assim, esta estrutura (fcc-Ta) conta como um terceiro alótropo.

Configuração eletronica

O tântalo tem a seguinte configuração eletrônica:

[Xe] 4f¹⁴5 d³6s²

Os elétrons no orbital 4f estão muito "dentro" do átomo de tântalo em termos de energia; ou seja, eles não participam de nenhuma de suas reações químicas. Portanto, o tântalo só pode usar os elétrons dos orbitais 5d e 6s para perdê-los e se transformar em cátions, de modo que interajam com outros átomos ou ânions para originar seus compostos.

Quando o tântalo perde todos os cinco elétrons desses orbitais 5d e 6s, ele se torna o cátion pentavalente Ta⁵⁺, que é muito estável eletronicamente; característica que ele realmente compartilha com suas contrapartes V⁵⁺ E mais⁵⁺. Esta é a razão pela qual o tântalo (V) ou os compostos +5 são os mais comuns para este metal.

Propriedades de tântalo

Aparência física

É um metal brilhante, mas escuro, e pode ter alguns tons azulados ou roxos. Essas colorações se devem às camadas com diferentes espessuras de seu óxido que recobrem a superfície do metal.

As peças de tântalo são muito dúcteis e maleáveis, embora dependendo do seu processo de produção também possam ser muito duras e quebradiças.

É um bom condutor de eletricidade e calor. Possui um ponto de fusão muito alto (3.017 ºC), superado apenas pelo tungstênio, rênio e ósmio. Além disso, é um dos poucos metais refratários; ou seja, é muito resistente ao calor e ao desgaste.

O tântalo tem duas formas alotrópicas: alfa, dúctil e mole; e o beta, duro e quebradiço. É um metal resistente à corrosão, devido a uma película de óxido que o cobre. O tântalo em pó pode inflamar-se espontaneamente no ar.

Número atômico

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 da 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 de Mohs

Estados de oxidação

Os átomos de tântalo podem participar de seus compostos com os seguintes estados de oxidação: -3, -1, +1, +2, +3, +4 e +5, sendo o último o mais predominante. Portanto, tântalo (V) ou +5 (Ta⁵⁺).

Eletro-negatividade

Escala de 1.5 Pauling.

Energias de ionização

Primeiro: 761 kJ / mol

Segundo: 1500 kJ / mol

Reatividade

O tântalo em temperaturas abaixo de 150ºC é um dos metais com maior inércia química ou menor reatividade. À temperatura ambiente não é atacado por ácidos diluídos ou concentrados, é até resistente à ação da água régia. Ele só pode ser dissolvido por ácido fluorídrico.

O tântalo não é atacado pela maioria dos álcalis dissolvidos em água, mas é atacado por álcalis fundidos e hidróxido de potássio. Em temperaturas elevadas, ele pode reagir com flúor, cloro e oxigênio.

O tântalo se oxida para formar um pentóxido (Ta₂OU₅), composto que possui diversas aplicações. O nitreto e o carboneto de tântalo são compostos muito duros usados em ferramentas de corte. Além disso, o tântalo pode fazer parte de alguns compostos organometálicos, tais como: pentametiltântalo, Ta (CH₃)₅.

Formulários

Peças usadas em eletricidade e eletrônica

Capacitores ou capacitores construídos com tântalo têm um valor de relação entre capacitância e volume maior do que qualquer outro tipo de capacitor, permitindo assim sua utilização em instrumentos que possuem microcircuitos; como telefones celulares, laptops, câmeras eletrônicas, etc.

O tântalo é usado há muito tempo na produção de tubos de elétrons de ultra-alta freqüência para transmissores de rádio. O tântalo reage com o nitrogênio e o oxigênio ajudando a manter o alto vácuo nos tubos, necessário ao usar peças internas como grades e placas.

Ele também é usado para fabricar eletrodos para luzes de néon e retificadores AC / DC. O tântalo, devido à sua ductilidade, é usado para fazer fios muito finos que são usados na evaporação do alumínio.

Partes muito difíceis

O tântalo é um metal duro e resistente, por isso tem sido utilizado, na forma de carboneto, em ferramentas de corte e usinagem. Também tem sido usado na fabricação de motores a jato, reatores nucleares, peças de mísseis, pás de turbinas e tampas de nariz para aeronaves.

Artigos de alta resistência química

Por ser o tântalo um metal inerte a um grande número de compostos químicos, e também resistente à corrosão, é utilizado em vasos para reações químicas, na construção de tubos para líquidos corrosivos, bem como em equipamentos de laboratório.

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

Usos médicos

O tântalo é um metal não irritante e resistente aos fluidos corporais, por isso tem sido utilizado em implantes ósseos ortopédicos; Além disso, devido à sua maleabilidade, placas de metal foram construídas para reparar partes danificadas do crânio. As referidas folhas também são utilizadas na ligação de nervuras rasgadas.

O tântalo é usado para fazer metal trabecular, que é semelhante ao material ósseo e se aproxima de suas propriedades físicas. Sua configuração trabecular e porosa favorece a formação óssea e a infiltração tecidual rápida e extensa.

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

O hialuronano é um gel usado para transportar drogas por meio de um cateter por via percutânea. O tântalo é incorporado ao gel para torná-lo opaco aos raios X e para observar sua entrada no corpo.

Além disso, o tântalo foi investigado para a prevenção da osteoartrite e da escoliose idiopática do adolescente.

Outras

O tântalo é usado na indústria da borracha como catalisador na síntese de butadieno. Também é usado na fabricação de pontas de canetas, balanças analíticas e instrumentos cirúrgicos e odontológicos para substituir a platina.

O óxido de tântalo é usado na fabricação de um vidro de alto índice de refração para lentes de câmeras.

Obtendo

O tântalo tem abundância entre 1 e 2 ppm na crosta terrestre, não estando no estado livre. É explorado comercialmente a partir do mineral tantalita, embora também seja encontrado na columbita e no coltan.

O mineral a ser triturado é lixiviado com ácido fluorídrico misturado com ácido sulfúrico ou clorídrico, produzindo um complexo de tântalo e flúor, H₂[TaF₇] Este complexo é submetido a uma extração líquido-líquido usando solventes orgânicos.

O H₂[TaF₇] é tratado com fluoreto de potássio para produzir fluorotantalato de potássio, K₂[TaF₇], que é finalmente reduzido com sódio metálico por aquecimento em forno elétrico, obtendo-se o tântalo metálico.

Isótopos

O tântalo tem um total de 38 isótopos, dos quais apenas um pode ser considerado estável: ¹⁸¹Ta. Este isótopo tem abundância de 99,98% de tântalo, enquanto o restante 0,12% é representado por ^180mTa.

O isótopo com a meia-vida mais curta é ¹⁹¹Ta, com um valor maior que 300 nanossegundos; enquanto aquele com a meia-vida mais longa é o mencionado ^180mTa 2.0 10¹⁶ . Parte do decaimento radioativo é produzido por captura eletrônica e pela emissão de partículas α e β^–.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (quarta edição). Mc Graw Hill.
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