Tântalo (elemento químico)

Tântalo

Háfnio ← Tântalo → Tungstênio

Nióbio

73

Ta

↑

Ta

↓

Dúbnio

Tabela completa • Tabela estendida

Aparência

azul cinza

Monocristal de tântalo de alta pureza (99,999%), alguns fragmentos cristalinos de tântalo, e um cubo de tântalo de alta pureza (99,99%) de 1 cm³ para comparação.

Informações gerais

Nome, símbolo, número

Tântalo, Ta, 73

Série química

Metal de transição

Grupo, período, bloco

5, 6, d

Densidade, dureza

16650 kg/m³, 6,5

Número CAS

7440-25-7

Propriedade atómicas

Massa atómica

180,94788 (2) u

Raio atómico (calculado)

200 pm

Raio covalente

138 pm

Configuração electrónica

[Xe] 4f¹⁴ 5d³ 6s²

Elétrons (por nível de energia)

2, 8, 18, 32, 11, 2 (ver imagem)

Estado(s) de oxidação

5, 4, 3, 2, -1 (levemente ácido)

Estrutura cristalina

cúbica centrada no corpo

Propriedades físicas

3 290 K

5 731 K

31,6 kJ/mol

Entalpia de vaporização

743 kJ/mol

Pressão de vapor

0,776 Pa a 3269 K

Velocidade do som

3400 m/s a 20 °C

Diversos

Eletronegatividade (Pauling)

1,5

Condutividade térmica

57,5 W/(m·K)

1.º Potencial de ionização

761 kJ/mol

2.º Potencial de ionização

1500 kJ/mol

Isótopos mais estáveis

iso	AN	Meia-vida	MD	Ed	PD
iso	AN	Meia-vida	MD	MeV	PD
¹⁷⁷Ta	sintético	56,56 h	ε	1,166	¹⁷⁷Hf
¹⁷⁸Ta	sintético	2,36 h	ε	1,910	¹⁷⁸Hf
¹⁷⁹Ta	sintético	1,82	ε	0,110	¹⁷⁹Hf
¹⁸⁰Ta	sintético	8,125 h	ε β^-	0,854 0,708	¹⁸⁰Hf ¹⁸⁰W
^180mTa	0,012	>1,2×10¹⁵ a	ε β^- γ	0,929 0,783 0,075	¹⁸⁰Hf ¹⁸⁰W ¹⁸⁰Ta
¹⁸²Ta	sintético	114,43 d	β^-	1,814	¹⁸²W
¹⁸³Ta	sintético	5,1 d	β^-	1,070	¹⁸³W

Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.

O tântalo (forma preferida em Portugal e Brasil) ou tantálio é um elemento químico de número atômico 73 (73 prótons e 73 elétrons), símbolo Ta com massa atómica 181 u que se situa no grupo 5 (anteriormente chamado VB) da classificação periódica dos elementos. Trata-se de um metal de transição raro, azul grisáceo, duro, que apresenta brilho metálico, cor meio acinzentada e resiste muito bem à corrosão. Na temperatura ambiente o tântalo encontra-se no estado sólido.

É encontrado no mineral tantalita. Fisiologicamente inerte, de modo que, entre suas varias aplicações, pode ser empregado para a fabricação de instrumentos cirúrgicos e em implantes.

Foi descoberto em 1802 por Anders Gustaf Ekeberg em minerais provenientes da Suécia e Finlândia e isolado por Jons Berzelius em 1820.

Características principais

O tântalo é um metal cinzento, denso, dúctil, muito duro, resistente a corrosão por ácidos e um bom condutor de calor e eletricidade. Em temperaturas abaixo de 150 °C o tântalo é quase completamente imune ao ataque químico, mesmo pela agressiva água régia. Somente é atacado pelo ácido fluorídrico, ácido que contem o íon fluoreto ou mediante fusão alcalina. O elemento tem o quinto maior ponto de fusão dos elementos conhecidos, perdendo apenas para o Ósmio, Rênio, Tungstênio e o Carbono. O tântalo tem a maior capacitância por volume entre todas as substâncias.

Assemelha-se ao nióbio, podendo ser encontrados nos minerais columbita-tantalita.

O principal uso do tântalo é como óxido, um material dielétrico, para a produção de componentes eletrônicos, principalmente capacitores, que são muito pequenos em relação a sua capacidade. Por causa desta vantagem do tamanho e do peso os principais usos para os capacitores de tântalo incluem telefones, pagers, computadores pessoais, e eletrônicos automotivos

O tântalo também é usado para produzir uma série de ligas que possuem altos pontos de fusão, alta resistência e boa ductilidade. O tântalo de carbono, um tipo de carbeto muito duro, é usado para produzir ferramentas de cortes, furadeiras e máquinas trefiladoras. O tântalo em superligas, é usado para produzir componentes de motores de jatos, equipamentos para processos químicos, peças de mísseis e reatores nucleares. Filamentos de tântalo são usados para a evaporação de outros metais como o alumínio.

Por ser não irritante e totalmente imune à ação dos fluidos corporais, é usado extensivamente para produzir equipamentos e implantes cirúrgicos em medicina e odontologia. O óxido de tântalo é usado para elevar o índice de refração de vidros especiais para lentes de câmera. O metal também é usado para produzir peças eletrolíticas de fornalhas de vácuo.

História

O tântalo (do grego "Tântalo", pai de "Níobe" na mitologia grega) foi descoberto em 1802 por Anders G. Ekeberg em minerais provenientes da Suécia (Ytterby) e da Finlândia (Kimito) e isolado em 1820 por Jons Berzelius. Até 1844 muitos químicos acreditavam que o nióbio e o tântalo eram o mesmo elemento. Os pesquisadores Rowe (1944) e Jean Charles Galissard de Marignac (1866) demonstraram que os ácidos nióbico e tantálico eram compostos diferentes. Posteriormente os investigadores puderam isolar somente o metal impuro, e o primeiro metal dúctil relativamente puro foi produzido por Werner von Bolton em 1903. Em 1922, um engenheiro de uma usina de Chicago (Estados Unidos) conseguiu obter industrialmente o tântalo com 99,9% de pureza. Os filamentos feitos com o metal tântalo eram usados em lâmpadas incandescentes até serem substituídos pelo tungstênio.

Seu nome é derivado do carácter Tântalo (filho de Zeus e pai de Níobe, da mitologia grega), que, por desagradar aos deuses, foi condenado a ficar eternamente com fome e sede mergulhado de joelhos com água até o pescoço, sob uma árvore carregada de frutos. Quando se dobrava para beber, a água drenava e, quando levantava as mãos para apanhar frutos, os galhos se moviam para fora do seu alcance. Esta similaridade com o comportamento não reativo do tântalo – estar entre reagentes e não ser afetado por eles – foi a origem do seu nome.

Ocorrência

Ocorre principalmente no mineral tantalita ((Fe, Mn) Ta₂O₆], euxenita e outros minerais como a samarskita e a fergusonita. A tantalita é encontrado na maior parte misturado a columbita. Na crosta terrestre, o tântalo participa com 8 ppm em peso.

O maior produtor de tântalo é a Austrália. Outros grandes produtores são Brasil e Canadá (como subproduto da mineração de nióbio); Tailândia e Malásia (como subproduto da mineração de cassiterita); China, Etiópia e Moçambique. Futuras fontes de abastecimento de tântalo estão sendo exploradas na Arábia Saudita, Egito, Gronelândia, Estados Unidos e Finlândia, além de países já citados acima. É estimado que o tântalo perfaça cerca de 1 ou 2 ppm da crosta terrestre, em peso.

O tântalo quase sempre é encontrado em minerais associado ao nióbio. Diversas etapas complicadas estão envolvidas na separação destes dois elementos. Comercialmente a produção do tântalo pode seguir um dos diversos métodos:

eletrólise do fluortantalato de potássio fundido;
Redução do fluortantalato de potássio com sódio;
Reagindo o carboneto de tântalo com óxido de tântalo;
Como subproduto da extração do estanho.

Produção mundial em 2019, em toneladas por ano
1.	República Democrática do Congo	580
2.	Brasil	430
3.	Ruanda	336
4.	Nigéria	180
5.	China	76
6.	Etiópia	70
7.	Austrália	67
8.	Burundi	38
9.	Rússia	26

Fonte: USGS.

Compostos

No Laboratório Nacional Los Alamos os cientistas desenvolveram um carbeto de tântalo (composto de grafite) que é um dos materiais mais duros sintetizados

Um dos compostos importantes é o pentóxido de tântalo (Ta₂O₅) que por ser um material dielétrico é usado para a fabricação de capacitores utilizados em equipamentos eletrônicos e, em vidros especiais para a fabricação de lentes devido ao alto índice de refração.

Isótopos

O tântalo natural é constituído por dois isótopos. O Ta-181 é um isótopo estável, e o Ta-180m é um radioisótopo (com meia-vida acima de 10¹⁵ anos) transformando-se lentamente num isômero nuclear.

Precauções

Compostos que contêm tântalo raramente são encontrados, e o metal normalmente não causa problemas quando manuseado em laboratório, entretanto deve ser considerado como altamente tóxico. Há alguma evidência que os compostos de tântalo podem causar tumores, e a poeira do metal é explosiva.^[1]