Tantal (kemi)

Iso	ÅR	Periode	MD	Ed	PD
Iso	ÅR	Periode	MD	MeV	PD
179 Din	{syn.}	1,82 a	ε	0,110	179 Hf
180 Din	{syn.}	8.125 timer	ε β -	0,854 0,708	180 Hf 180 W.
180 m Ta	0,012 %	(> 20 × 10 15 a )	β - ε TI	0,783 0,929 0,075	180 W 180 Hf 180 Ta
181 Din	99,988 %	stabil med 108 neutroner

Enkle kropsfysiske egenskaber

Almindelig tilstand

solid

16,4 g · cm -3

6,5 HV

Farve

Blågrå

3017 ° C

5.458 ° C

743 kJ · mol -1

753 kJ · mol -1

10,85 × 10 -6 m 3 · mol -1

Damptryk

1 Pa ved 3024 ° C ;

10 Pa ved 3324 ° C ;
100 Pa ved 3684 ° C ;
1 kPa ved 4.122 ° C ;
10 kPa ved 4.666 ° C ;
100 kPa ved 5.361 ° C

Lydens hastighed

3400 m · s -1 til 20 ° C

Massiv varme

25,4 J · K -1 · mol -1 (krystal);

20,9 J · K- 1 · mol -1 (gas)

Elektrisk ledningsevne

7,61 x 106 S · m- 1

Varmeledningsevne

57,5 W · m- 1 · K- 1

Opløselighed

jord. i HF + HNO 3

Forskellige

7440-25-7

231-135-5

Forholdsregler

SGH

Pulveriseret tilstand :

Fare H228, P210, P240, P241, P280, P370 + P378, H228 : Brandfarligt fast stof
P210 : Holdes væk fra varme / gnister / åben ild / varme overflader. - Rygning forbudt.
P240 : Jordforbindelse / potentialudligning af beholder og modtageudstyr.
P241 : Brug eksplosionssikker elektrisk / ventilering / belysning / ... / udstyr.
P280 : Bær beskyttelseshandsker / beskyttelsestøj / øjenbeskyttelse / ansigtsbeskyttelse.
P370 + P378 : I tilfælde af brand: Brug ... til udryddelse.

WHMIS

Ukontrolleret produktDette produkt kontrolleres ikke i henhold til WHMIS-klassificeringskriterierne.

Offentliggørelse ved 1,0% i henhold til listen over ingrediensoplysninger
Kommentarer: Den kemiske identitet og koncentration af denne ingrediens skal oplyses på sikkerhedsdatabladet, hvis den er til stede i en koncentration, der er lig med eller større end 1,0% i en produktkontrol.

Transportere

3089

Kemler kode:
40 : brandfarligt fast eller selvnedbrydende eller selvopvarmende materiale
UN-nummer :
3089 : FLAMMABLE metalpulver, NSA
Klasse:
4.1
Etiket: 4.1 : Brandfarlige faste stoffer, selvnedbrydende stoffer og desensibiliserede eksplosive faststoffer Emballage: Packing gruppe II : moderat farlige materialer

Enheder af SI & STP, medmindre andet er angivet.

Den tantal er det grundstof af atomnummer 73, symbol Ta.

Den enkelte tantallegeme er et gråblåt overgangsmetal , tungt, hårdt men duktilt , meget modstandsdygtigt over for syrekorrosion og en god leder af varme og elektricitet. Det findes i mineralet kaldet tantalit og i nogle komplekse malme i oxidform forbundet med niob , især i coltan , som har sort farve.

Tantal bruges til fremstilling af kirurgiske instrumenter og implantater, fordi det ikke reagerer med kropsvæsker. Det er kendt inden for elektronik, der anvendes i sammensætningen af såkaldte "drop" -kondensatorer på grund af deres form eller "tantal", og som har den største kapacitet pr. Volumenhed.

Dette element har et højt smeltepunkt , som kun overskrides af osmium , wolfram , kulstof og rhenium (smeltepunkt 3.016,85 ° C , kogepunkt 5.457,85 ° C ).

Dets navn er lånt fra det moderne videnskabelige latinske tantal , et navn, der er givet det i1802af den svenske kemiker Anders Gustaf Ekeberg og henviser til metalets uopløselige natur i syrer .

Historie

Tantal og niob (ex-colombium) blev oprindeligt taget til det samme element.

I 1801 blev et nyt metal opdaget af den engelske kemiker Charles Hatchett (1765-1847), mens man analyserede et sort mineral fra samlingen af guvernøren i Connecticut, dengang kaldet Columbia. Han døbte det colombium, et navn der ikke vil forblive på grund af efterfølgende arbejde.
I 1802 arbejdede Anders Gustaf Ekeberg (1767-1813) professor ved Uppsala Universitet ( Sverige ) på et oxid, der var meget vanskeligt at opløse og arbejde. Han opnåede det, han tog for et rent element og kaldte det tantal, opkaldt efter den græske halvgud ( Tántalos ), kendt for sin tortur .
I 1809 erklærede William Hyde Wollaston efter at have undersøgt igen malmen af columbium og tantalit , at de to nye elementer faktisk kun var en.
I 1820 blev tantal isoleret af Jöns Jacob Berzelius .
I 1844 skelner Heinrich Rose i tantalit to elementer, tantal, selvfølgelig, men også et "nyt", som han døbte niob, opkaldt efter Niobe datter af Tantalus i græsk mytologi .

Det blev hurtigt demonstreret, at columbium og niobium var det samme element. Der opstod en ekspertkonflikt om, hvilket navn man skulle bruge, og det var "niob", der sejrede.

I begyndelsen af 1900 er tantal dets første anvendelse som et glødetråd til at lyse efter pærer indtil ankomsten af wolfram . I 1940 begyndte tantal at blive brugt til at fremstille kondensatorer. To år senere så den første udnyttelse af colombo-tantalit i det belgiske Congo (fremtidens Demokratiske Republik Congo ) dagens lys.

Geologi og mineralogi

Andelen af tantal anslås til at være omkring 1 eller 2 ppm af massen af jordskorpen . Det findes hovedsageligt i hydrotermiske vener, som er områder, hvor elementerne i vandet kan mineralisere ved at støde på en betydelig varmekilde, såsom en lomme med magma . Disse steder er lettere til stede på geologisk ustabile steder tæt på tektonisk fejl og vulkansk region .

Disse vener er ofte meget rige på tungmetaller som guld , sølv , uran , cobalt , wolfram og selvfølgelig tantal og niob . Efterfølgende ved erosion kan elementerne vaskes væk og ende i et vandløb, hvor de tungeste stoffer afsættes på steder med svag strøm, såsom slynger eller potter . Det sker, at disse områder tætte i tunge elementer kan danne vener og blive begravet. Colombo-tantalit kan således findes i både metamorfe og sedimentære klipper .

Tantal danner meget få specifikke mineraler og er kun i en betydelig andel i relativt få andre mineraler. Den vigtigste mineral er coltan (eller columbotantalite), en sammenslutning i variable andele af columbite og tantalite , to mineraler selv af variabel sammensætning . Udtrykket tantalit dækker den kontinuerlige serie mellem tantalit- (Fe) og tantalit- (Mn) med generisk sammensætning ( Fe , Mn ) Ta 2 O 6. Specifikke mineraler indbefatter tantalcarbide , carbid sammensætning Ta C .

Tantal har 36 kendte isotoper, med massetal, der varierer mellem 155 og 188, samt 37 nukleare isomerer . Blandt disse isotoper er kun en stabil : 181 Ta, og unik, en nuklear isomer: 180m Ta , er også. Sidstnævnte er i princippet en metastabil tilstand, men da der aldrig nogensinde er set nogen opløsning, betragtes den i øjeblikket som stabil. 181 Ta (99,998%) og 180 m Ta (0,012%) repræsenterer alt det naturligt tilstedeværende tantal. Det tildeles en standard atommasse på 180,947 88 (2) u .

De forskellige kilder til tantal

Som alle mineraler er tantal en ikke-vedvarende ressource . Den årlige produktion i 2019 er omkring 1.800 tons.

Størstedelen af tantal (58%) kommer fra miner. Det kan enten komme fra industrielle overflademiner, såsom Greenbushes- deponeringen af "Sons of Gwalia" i Australien , der alene producerer 30% af verdensproduktionen af tantal, eller fra miner i gallerier som i Canada eller endda kommer fra små håndværksmæssige miner udnyttet med rudimentære midler, som det er tilfældet i Den Demokratiske Republik Congo . Den mest udnyttede region i DRC ligger hovedsageligt i øst i Kivu- regionen, som er i direkte nærhed til den vulkanske zone Nyiragongo .

En tredjedel af tantalet kommer simpelthen fra genbrug og syntetisk koncentrat. Før 1980 blev tantaloxid forbundet med tin betragtet som affald . Det var med stigningen i tantalpriserne, at affaldet fandt vej i værdi og omdannet til syntetisk koncentrat til transport til raffineringsvirksomheder.

De resterende 9% kommer fra amerikanske regeringsreserver. Mellem 1952 og 1958 lavede Department of Defense Logistics Services imponerende lagre, officielt for at tilskynde til mineralefterforskning og -produktion. I 2001 besluttede De Forenede Stater at reducere deres reserver og sælge colombotantalit til en værdi af 91,3 millioner dollars .

Produktion og raffinering

Flere trin er involveret i ekstraktionen af tantal fra tantalit: først og fremmest knuses malmen og koncentreres af tyngdekraften . Dette gøres normalt nær minestedet. Fortsætter proceduren ved kemisk separation sker normalt ved behandling af malm med en blanding af flussyre og svovlsyre ved mere end 90 ° C . Dette medfører en reaktion, der gør det muligt for tantal og niob at opløses i komplekse fluorider , som således kan adskilles fra uopløselige urenheder:

Ta 2 O 5 + 14 HF → 2 H 2 [TAF 7 ] + 5H 2 O Nb 2 O 5 + 10 HF → 2 H 2 [NbOF 5 ] + 3 H 2 O

Den første separation i industriel skala blev udviklet af Jean Charles Galissard de Marignac , ved hjælp af forskellen i opløselighed mellem niobium og komplekset tantal fluorid K 2 [NbOF 5 ] • H 2 O og [K 2 TAF 7 ] i vand. En nyere proces anvender væske-væske-ekstraktion af fluorider fra en vandig opløsning med organiske opløsningsmidler, såsom cyclohexanon . Niobkomplekser og tantalfluorider ekstraheres separat fra det organiske opløsningsmiddel med vand og udfældes ved tilsætning af kaliumfluorid til dannelse af et kaliumfluoridkompleks eller udfældes med ammoniak :

H 2 [TAF 7 ] + 2 KF → K 2 [TAF 7 ] ↓ + 2 HF 2 H 2 [TAF 7 ] + 14 NH 4 OH → Ta 2 O 5 ↓ + 14 NH 4 F + 9 H 2 O

Den resulterende kalium fluorotantalate salt behandles i almindelighed ved reduktion med flydende natrium for at fremstille en sekundær tantalpulver.

Anvendelser og egenskaber

Elektronisk

Elektronik er den første anvendelse af tantal. Faktisk bruges ca. 68% af den årlige produktion kun til dette område. Det bruges hovedsageligt til konstruktion af kondensatorer . I disse kan tantal have to roller:

Ren tantal fungerer som en elektrisk leder;
Og dets pentoxid (Ta 2 O 5 ) er det fra dielektrisk .

Der er tre hovedtyper af tantalkondensatorer:

de tørre elektrolytkondensatorer, der forbliver meget kraftige, selv ekstremt miniaturiserede ( SMD ). De bruges hovedsageligt til fremstilling af mobiltelefoner, bærbare computere, kameraer, kameraer, spilkonsoller osv. Selvom mængden af tantal er meget lav i disse kondensatorer, er de produkter, de er til stede i, forbrugerprodukter, og til sidst viser den anvendte masse sig at være kolossal;
våde elektrolytkondensatorer, der tilbyder enestående ydelse. De bruges meget inden for højteknologiske områder som rumfart, våben osv. Disse kondensatorer bruges ikke desto mindre lidt på grund af deres høje omkostninger;
pladekondensatorer, meget mindre almindelige, bruges i områder, hvor elektriske spændinger er meget høje.

Tantal har mange andre applikationer inden for elektronik såsom flydende krystalskærme , overflade akustiske bølgefiltre, dynamisk random access memory ( DRAM ) chips osv. Bilsektoren forbruger også mere og mere tantal. Dette forklares med den stadig mere almindelige tilstedeværelse af elektronik som GPS , antikollisionssystemer og andre gadgets. I 2010 forventes der en markant stigning i tantalforbruget i denne sektor med disse typer produkter i deres barndom i de næste femten år.

Kemisk industri

Tantal findes også i store mængder i den kemiske industri for dets korrosions- og temperaturbestandighedsegenskaber. Det bruges hovedsageligt i varmevekslere og som belægning til rør og kemiske reaktorer. Det er endda vigtigt for applikationer i miljøer i kontakt med svovlsyre .

Ved en temperatur under 150 ° C er tantal næsten ufølsom over for syrekemisk angreb . Det er kun angrebet af flussyre , sure opløsninger indeholdende fluorid ioner og kongevand .

Superlegeringer

Det bruges også til udvikling af superlegering som et additiv. Disse legeringer anvendes frem for alt i miljøer, der er meget krævende termisk eller kemisk, såsom turbineblade til flymotorer eller gasturbiner osv. Disse højtydende legeringer er ofte i enkeltkrystalform , hvilket giver dem meget god krybning , korrosion og temperaturadfærd. Det bruges inden for luftfart , men civil luftfart forbliver langt den sektor, hvor efterspørgslen efter disse materialer er størst.

Andre applikationer

I form af hårdmetal (TaC) anvendes tantal, meget hårdt (ca. 1700 HV ), til fremstilling af skæreværktøjer. Den stål tantal anvendes især til fremstilling af dentale bor og kirurgiske værktøjer.
Den lithium tantalat (LiTaO 3 ) anvendes også inden for optik som et additiv til at reducere kromatisk aberration i linserne . Dette skyldes det høje brydningsindeks for dets oxid . Det bruges også i nanolag til antirefleks eller for at tilføje farve.

Tantal er også biokompatibelt , hvilket giver det mange afsætningsmuligheder inden for det medicinske område til f.eks . At fremstille proteser , hæfteklammer , pacemakere , kirurgiske instrumenter , tandimplantater osv. Det bruges stadig i urmageri for dets udseende, som en filtreringsfilm til røntgenstråler eller endda som et legeringselement i visse ædle metaller for at lette drejning af stænger .

Det er også oprindelsen til navnet på det legendariske engelske højttalermærke Tannoy , hvis navn kun er sammentrækningen af Tantal Alloy (tantallegering), fordi det brugte det til sine elektrolytiske ensrettere .

Forholdsregler

Tantalbaserede forbindelser findes sjældent i laboratorier. Metallet er biokompatibelt og bruges i medicinske implantater som en struktur eller belægning. Opmærksomhed på sikkerhed kan derfor fokuseres på legeringselementer, der findes i tantal ( kviksølv , tin osv.) Eller på den fysiske natur af den kemiske forbindelse ( pulver ).

Noter og referencer

(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press Inc,2009, 90 th ed. , 2804 s. , Indbundet ( ISBN 978-1-420-09084-0 )
(da) Beatriz Cordero , Veronica Gómez , Ana E. Platero-Prats , Marc Revés , Jorge Echeverria , Eduard Cremades , Flavia Barragan og Santiago Alvarez , " Covalent radii revisited " , Dalton Trans. ,2008, s. 2832 - 2838 ( ISSN 1477-9226 , DOI 10.1039 / b801115j )
(i) David R. Lide, Gummibibelen , CRC,2009, 89 th ed. , s. 10-203
Halveringstiden i parentes er en nedre grænse for forudsagt, men endnu ikke observeret, radioaktivitet.
"Tantal" i databanken for farlige stoffer , åbnet 1. maj 2010
(i) Metals Handbook , Vol. 10: Materialekarakterisering , ASM International,1986, 1310 s. ( ISBN 0-87170-007-7 ) , s. 344
Chemical Abstracts database forespørges via SciFinder Web December 15, 2009 (søg resultater )
Indtastning "Tantal, pulver" i den kemiske database GESTIS fra IFA (tysk organ med ansvar for arbejdsmiljø) ( tysk , engelsk ), adgang til 6. juli 2018 (JavaScript krævet)
" Tantal " i databasen over kemikalier Reptox fra CSST (Quebec-organisation med ansvar for sikkerhed og sundhed på arbejdspladsen), åbnet den 25. april 2009
(i) Colakis, Marianthe og Masello, Mary Joan, Klassisk Mytologi & More: A Reader Workbook , Mundelein, Bolchazy Carducci Pub,30. juni 2007, 459 s. , lomme ( ISBN 978-0-86516-573-1 , OCLC 154691325 , LCCN 2009275114 , læs online ) , "Tantal"
" tantal (definition) " , om Futura-Sciences (adgang til 13. januar 2019 )
Leksikografiske og etymologiske definitioner af "tantal" fra den computeriserede franske sprogkasse på webstedet for National Center for Textual and Lexical Resources [åbnet 31. maj 2016].
Tantal og niob - Tidlig historie
(i) William P. Griffith , " Charles Hatchett FRS (1765-1847), kemiker og Discoverer af Niobium " , Notes og Registreringer af Royal Society of London , vol. 57, nr . 3,2003, s. 299 ( DOI 10.1098 / rsnr.2003.0216 , læs online )
(in) " The Tantalum lamp " , Popular Mechanics , Hearst Magazines, vol. 7, nr . 4,April 1905, s. 434 ( ISSN 0032-4558 , læs online )
(i) John Emsley , Naturens byggesten: En AZ guide til Elements , Oxford, England, UK, Oxford University Press ,2001, 538 s. , lomme ( ISBN 978-0-19-850340-8 , læses online ) , "Tantal" , s. 420.
J. Meija , TB Coplen , M. Berglund , WA Brand , P. De Bièvre , M. Gröning , NE Holden , J. Irrgeher , RD Loss , T. Walczyk og T. Prohaska , “ Atomic weights of the elements 2013 ( IUPAC Technical Report) ”, Ren og anvendt kemi , bind. 88, nr . 3,2016, s. 265-91 ( DOI 10.1515 / pac-2015-0305 , læs online )
" Tantalus " , om The Elementarium (adgang til 27. april 2021 ) .
TANTALUS af Louis Perron
(da) Forfattere: Jeroen Cuvelier og Tim Raeymaekers, europæiske virksomheder og coltan-handel: en opdatering
(fra) Holleman, AF, Wiberg, E., Wiberg, N., Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. udg. , Berlin, de Gruyter,2007, 102 th ed. , 2149 s. ( ISBN 978-3-11-017770-1 )
(in) " udvinding / raffinering " TIC (adgang til 7. juli 2009 )

Se også

Relaterede artikler

eksterne links

(da) BRGM 2011-panorama af markedet for tantal, juli 2012
(en) Tantal af Louis Perron
(fr) " Tantalkrisen i 2000 " ( Arkiv • Wikiwix • Archive.is • Google • Hvad skal jeg gøre? ) (adgang til 30. marts 2013 )
(en) Coltan: At forstå ...
(in) Tantal-Niobium International Study Center
(in) Billede tantal i forskellige former
(da) “ Tekniske data for tantal ” (adgang til 15. august 2016 ) med de kendte data for hver isotop på undersider.

Hej

Være

IKKE

Født

Ikke relevant

Det

Eller

jeg

Det

Det her

Om eftermiddagen

Havde

D y

Læs

Dit

Knogle

På

Kunne det

Ingen

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

alkali metaller	Alkalisk jord	Lanthanider	overgangsmetaller metaller	Dårlige metaller	Metal- loids	Ikke- metaller	halo -gener	Ædle gasser	Varer uklassificeret
		Actinides
		Superactinider