Tantalio
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| Generalità | |||||||||
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| Nome, Simbolo, Numero atomico | tantalio, Ta, 73 | ||||||||
| Serie chimica | metalli di transizione | ||||||||
| Gruppo, Periodo, Blocco | 5 (VB), 6, d | ||||||||
| Densità, Durezza | 16650 kg/m3, 6,5 | ||||||||
| Aspetto | grigio-bluastro |
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| Proprietà atomiche | |||||||||
| Peso atomico | 180,9479 amu | ||||||||
| Raggio atomico (calc.) | 145 (200) pm | ||||||||
| Raggio covalente | 138 pm | ||||||||
| Raggio di van der Waals | nessun dato | ||||||||
| Configurazione elettronica | [Xe]4f145d3 6s2 | ||||||||
| elettroni (e-) per livello energetico | 2, 8, 18, 32, 11, 2 | ||||||||
| Stati di ossidazione | 5 (mediamente acido) | ||||||||
| Struttura cristallina | cubica a corpo centrato | ||||||||
| Proprietà fisiche | |||||||||
| Stato a temperatura ambiente | solido | ||||||||
| Punto di fusione | 3290 K (3017°C) | ||||||||
| Punto di ebollizione | 5731 K (5458°C) | ||||||||
| Volume molare | 1,085 × 10-5 m3/mol | ||||||||
| Calore di evaporazione | 743 kJ/mol | ||||||||
| Calore di fusione | 31,6 kJ/mol | ||||||||
| Tensione di vapore | 0,776 Pa a 3269 K | ||||||||
| Velocità del suono | 3400 m/s a 293,15 K | ||||||||
| Varie | |||||||||
| Elettronegatività | 1,5 (scala di Pauling) | ||||||||
| Calore specifico | 140 J/(kg*K) | ||||||||
| Conducibilità elettrica | 7,61 × 106 /m ohm | ||||||||
| Conducibilità termica | 57,5 W/(m*K) | ||||||||
| Energia di prima ionizzazione | 761 kJ/mol | ||||||||
| Energia di seconda ionizzazione | 1500 kJ/mol | ||||||||
| Isotopi più stabili | |||||||||
| iso | NA | TD | DM | DE | DP | ||||
| 179Ta | sintetico | 1,82 anni | ε | 0,110 | 179Hf | ||||
| 180Ta | 0,012% | 8,125 ore | ε β+ |
0,854 0,708 |
180Hf 180W |
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| Meta | sintetico | >1,2 × 1015 anni | β- ε |
0,075 | 180W 180Hf |
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| 181Ta | 99,988% | Ta è stabile con 108 neutroni | |||||||
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iso = isotopo |
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Il tantalio è l'elemento chimico di numero atomico 73. Il suo simbolo è Ta.
È un metallo di transizione duro e duttile, lucido, di colore blu-grigio, molto resistente alla corrosione, soprattutto all'attacco degli acidi, ed è un buon conduttore di calore ed elettricità. È piuttosto raro in natura e si trova nel minerale tantalite. Il tantalio si usa in strumenti chirurgici e negli impianti di protesi intracorporee, perché non reagisce con i fluidi del corpo.
Indice |
[modifica] Caratteristiche
Come già detto, il tantalio è molto resistente alla corrosione: in pratica, per temperature al di sotto dei 150 °C, lo si può considerare del tutto immune agli attacchi chimici, perfino a sostanze estremamente aggressive come l'acqua regia, e può essere intaccato soltanto dall'acido fluoridrico, da soluzioni acide contenenti lo ione fluoruro e da triossido di zolfo libero. Il tantalio ha un punto di fusione molto alto, superato soltanto dal tungsteno e dal renio (punto di fusione 3290 K, punto di ebollizione 5731 K). Il tantalio ha la più alta capacità elettrica specifica di qualunque altra sostanza.
[modifica] Applicazioni
L'uso principale per il tantalio, in forma di polvere metallica, è nella produzione di componenti elettronici, soprattutto condensatori al tantalio, di dimensioni molto ridotte in rapporto alla loro capacità. Questi vengono impiegati in quasi tutti i dispositivi elettronici portatili, come telefoni cellulari, cercapersone, computer portatili ed elettronica per l'automobile.
Il tantalio è anche utilizzato in una grande varietà di leghe con alto punto di fusione, forte resistenza e buona duttilità. In lega con altri metalli è utilizzato anche per la fabbricazione di utensili al carburo per la lavorazione dei metalli e nella produzione di superleghe per motori a reazione, strumentazione per laboratori chimici e reattori nucleari e parti di missili.
Altri usi:
- La sua duttilità rende possibile farne fili finissimi, usati come riscaldatori elettrici per fare evaporare altri metalli, come l'alluminio.
- Per la sua inerzia chimica, il tantalio si usa anche per ferri chirurgici.
- L'ossido di tantalio viene impiegato per vetri ad alto indice di rifrazione usati nelle lenti degli apparecchi fotografici.
- Il tantalio si usa anche per realizzare parti di forni sottovuoto.
- Il tantalio viene utilizzato per la preparazione di impianti chimici grazie alla sua elevata resistenza alla corrosione.
[modifica] Storia
Il tantalio (dal greco antico Tantalos, un personaggio mitologico) fu scoperto in Svezia nel 1802 da Anders Ekeberg e isolato nel 1820 da Jöns Berzelius. Molti chimici del tempo pensavano che il niobio e il tantalio fossero lo stesso elemento: questa opinione venne confutata nel 1844 e nel 1866, quando i ricercatori dimostrarono che l'acido niobico e l'acido tantalico erano due composti diversi. I primi ricercatori furono capaci soltanto di isolare il metallo impuro; il primo tantalio metallico relativamente puro e duttile fu prodotto da Werner von Bolton nel 1903. I filamenti di tantalio furono usati nelle lampadine elettriche finché non vennero sostituiti da quelli in tungsteno.
Il nome di questo elemento deriva dal personaggio di Tantalo, padre di Niobe nella mitologia greca, che fu condannato dopo la sua morte a restare immerso nell'acqua fino alle ginocchia, mentre sopra di lui crescevano dei frutti perfetti che lo avrebbero tentato per l'eternità: se si chinava per bere, l'acqua spariva, e se alzava le braccia per cogliere i frutti, i rami che li reggevano si alzavano oltre la sua portata. In un certo senso questo somiglia al comportamento chimico del tantalio: resta fra i reagenti ma non reagisce con nessuno di essi.
[modifica] Disponibilità
Il tantalio si trova soprattutto nel minerale tantalite [(Fe, Mn) Ta2O6] ed euxenite (altri minerali: samarskite e fergusonite). La tantalite si trova molto spesso mescolata con la columbite in un minerale chiamato columbite-tantalite (collquialmente coltan). A proposito dell'estrazione del coltan sono sorti numerosi problemi etici, di diritti umani e di protezione dell'ambiente, dovuti allo sfruttamento indiscriminato di giacimenti di coltan nelle regioni del Congo sconvolte dalla guerra civile.
Giacimenti di tantalio commercialmente sfruttati esistono in Australia, Brasile, Canada, Zaire, Mozambico, Nigeria, Portogallo e Tailandia.
La separazione del tantalio dal niobio richiede un processo lungo, composto di molte fasi complicate. La produzione commerciale di questo elemento può sfruttare uno di molti metodi diversi, fra cui l'elettrolisi di fluorotantalato di potassio fuso o la sua riduzione con sodio, o la reazione fra carburo di tantalio e ossido di tantalio. Il tantalio si estrae anche come sottoprodotto dell'estrazione dello stagno.
[modifica] Composti
Gli scienziati del Los Alamos National Laboratory americano hanno sviluppato un materiale composito di carburo di tantalio e grafite che si è dimostrato uno dei materiali più duri mai fabbricati dall'uomo.
[modifica] Isotopi
Il tantalio reperibile in natura consiste di due isotopi: il Ta-181 è stabile, mentre il Ta-180m è un isotoporadioattivo che decade lentamente in un isomero nucleare con emivita di oltre 1015 anni (1 con 15 zeri).
[modifica] Precauzioni
È raro imbattersi in composti del tantalio, e di solito il metallo non crea rischi o problemi di sicurezza nei laboratori. Tuttavia i composti di tantalio devono essere considerati altamente tossici, poiché esistono prove che siano cancerogeni.
La polvere di questo metallo può incendiarsi e perfino esplodere, se riscaldata.
