Tantalio - Tantalum

Tantalio,  73 Ta
Monocristal de tantalio y cubo de 1cm3.jpg
Tantalio
Pronunciación / T æ n t ə l əm / ( TAN -tə-ləm )
Apariencia azul grisáceo
Peso atómico estándar A r, estándar (Ta) 180,947 88 (2)
Tantalio en la tabla periódica
Hidrógeno Helio
Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón
Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón
Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Planchar Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón
Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón
Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón
Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencium Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Nb

Ta

Db
hafniotantaliotungsteno
Número atómico ( Z ) 73
Grupo grupo 5
Período período 6
Cuadra   bloque d
Configuración electronica [ Xe ] 4f 14 5d 3 6s 2
Electrones por capa 2, 8, 18, 32, 11, 2
Propiedades físicas
Fase en  STP sólido
Punto de fusion 3290  K (3017 ° C, 5463 ° F)
Punto de ebullición 5731 K (5458 ° C, 9856 ° F)
Densidad (cerca de  rt ) 16,69 g / cm 3
cuando es líquido (a  mp ) 15 g / cm 3
Calor de fusión 36,57  kJ / mol
Calor de vaporización 753 kJ / mol
Capacidad calorífica molar 25,36 J / (mol · K)
Presión de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
en  T  (K) 3297 3597 3957 4395 4939 5634
Propiedades atómicas
Estados de oxidación −3, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 (un óxido ligeramente ácido )
Electronegatividad Escala de Pauling: 1,5
Energías de ionización
Radio atómico empírico: 146  pm
Radio covalente 170 ± 8 pm
Líneas de color en un rango espectral
Líneas espectrales de tantalio
Otras propiedades
Ocurrencia natural primordial
Estructura cristalina centrada en el cuerpo cúbico (BCC)
Estructura de cristal cúbico centrada en el cuerpo para tantalio

α-Ta
Estructura cristalina tetragonal
Estructura de cristal tetragonal para tantalio

β-Ta
Velocidad de sonido varilla fina 3400 m / s (a 20 ° C)
Expansión térmica 6,3 µm / (m⋅K) (a 25 ° C)
Conductividad térmica 57,5 W / (m⋅K)
Resistividad electrica 131 nΩ⋅m (a 20 ° C)
Orden magnético paramagnético
Susceptibilidad magnética molar +154,0 × 10 −6  cm 3 / mol (293 K)
El módulo de Young 186 GPa
Módulo de corte 69 GPa
Módulo de volumen 200 GPa
Relación de Poisson 0,34
Dureza de Mohs 6.5
Dureza Vickers 870-1200 MPa
Dureza Brinell 440–3430 MPa
Número CAS 7440-25-7
Historia
Descubrimiento Anders Gustaf Ekeberg (1802)
Reconocido como un elemento distinto por Heinrich Rose (1844)
Isótopos principales del tantalio
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto
177 Ta syn 56,56 horas ε 177 Hf
178 Ta syn 2,36 horas ε 178 Hf
179 Ta syn 1,82 años ε 179 Hf
180 Ta syn 8.125 horas ε 180 Hf
β - 180 W
180 m Ta 0,012% estable
181 Ta 99,988% estable
182 Ta syn 114,43 días β - 182 W
183 Ta syn 5,1 días β - 183 W
Categoría Categoría: Tantalio
| referencias

El tantalio es un elemento químico con el símbolo Ta y número atómico 73. Anteriormente conocido como tantalio , lleva el nombre de Tantalus , un villano de la mitología griega. El tantalio es un metal de transición raro, duro, gris azulado y brillante que es altamente resistente a la corrosión. Forma parte del grupo de los metales refractarios , que se utilizan ampliamente como componentes menores en las aleaciones.

La inercia química del tantalio lo convierte en una sustancia valiosa para los equipos de laboratorio y como sustituto del platino . Su uso principal hoy en día es en condensadores de tantalio en equipos electrónicos como teléfonos móviles , reproductores de DVD , sistemas de videojuegos y computadoras . El tantalio, siempre junto con el niobio químicamente similar , se encuentra en los grupos minerales tantalita , columbita y coltán (este último es una mezcla de columbita y tantalita, aunque no se reconoce como una especie mineral separada). El tantalio se considera un elemento tecnológico crítico .

Historia

El tantalio fue descubierto en Suecia en 1802 por Anders Ekeberg , en dos muestras minerales, una de Suecia y otra de Finlandia. Un año antes, Charles Hatchett había descubierto el columbio (ahora niobio), y en 1809 el químico inglés William Hyde Wollaston comparó su óxido, columbita con una densidad de 5,918 g / cm 3 , con el de tantalio, tantalita con una densidad de 7,935 g. / cm 3 . Concluyó que los dos óxidos, a pesar de su diferencia en la densidad medida, eran idénticos y conservaban el nombre de tantalio. Después de que Friedrich Wöhler confirmara estos resultados, se pensó que el columbio y el tantalio eran el mismo elemento. Esta conclusión fue cuestionada en 1846 por el químico alemán Heinrich Rose , quien argumentó que había dos elementos adicionales en la muestra de tantalita, y los nombró en honor a los hijos de Tantalus : niobio (de Niobe , la diosa de las lágrimas) y pelopium ( de Pelops ). El supuesto elemento "pelopium" fue identificado más tarde como una mezcla de tantalio y niobio, y se encontró que el niobio era idéntico al columbio ya descubierto en 1801 por Hatchett.

Las diferencias entre el tantalio y el niobio fueron demostradas inequívocamente en 1864 por Christian Wilhelm Blomstrand y Henri Etienne Sainte-Claire Deville , así como por Louis J. Troost , quien determinó las fórmulas empíricas de algunos de sus compuestos en 1865. el químico suizo Jean Charles Galissard de Marignac , en 1866, quien demostró que solo había dos elementos. Estos descubrimientos no impidieron que los científicos publicaran artículos sobre el llamado ilmenio hasta 1871. De Marignac fue el primero en producir la forma metálica del tantalio en 1864, cuando redujo el cloruro de tantalio calentándolo en una atmósfera de hidrógeno . Los primeros investigadores solo habían podido producir tántalo impuro, y el primer metal dúctil relativamente puro fue producido por Werner von Bolton en Charlottenburg en 1903. Los alambres hechos con tántalo metálico se usaron para los filamentos de las bombillas hasta que el tungsteno lo reemplazó en un uso generalizado.

El nombre tantalio se deriva del nombre del mitológico Tantalus , el padre de Niobe en la mitología griega . En la historia, había sido castigado después de la muerte al ser condenado a permanecer sumergido hasta las rodillas en el agua con una fruta perfecta creciendo sobre su cabeza, lo cual lo atormentaba eternamente . (Si se inclinaba para beber el agua, se drenaba por debajo del nivel que podía alcanzar, y si alcanzaba la fruta, las ramas se le escapaban de las manos). Anders Ekeberg escribió "A este metal lo llamo tantalio ... en parte en alusión a su incapacidad, cuando se sumerge en ácido, para absorberlo y estar saturado ".

Durante décadas, la tecnología comercial para separar el tantalio del niobio implicó la cristalización fraccionada del heptafluorotantalato de potasio a partir del monohidrato de oxipentafluoroniobato de potasio, un proceso que fue descubierto por Jean Charles Galissard de Marignac en 1866. Este método ha sido reemplazado por la extracción con solvente de fluoruro que contiene soluciones de tantalio.

Caracteristicas

Propiedades físicas

El tantalio es oscuro (azul grisáceo), denso, dúctil, muy duro, de fácil fabricación y muy conductor de calor y electricidad. El metal es conocido por su resistencia a la corrosión por ácidos ; de hecho, a temperaturas inferiores a 150 ° C, el tantalio es casi completamente inmune al ataque de la normalmente agresiva agua regia . Puede disolverse con ácido fluorhídrico o soluciones ácidas que contengan ion fluoruro y trióxido de azufre , así como con una solución de hidróxido de potasio . El alto punto de fusión del tantalio de 3017 ° C (punto de ebullición 5458 ° C) es superado entre los elementos solo por el tungsteno , el renio y el osmio para los metales y el carbono .

El tantalio existe en dos fases cristalinas, alfa y beta. La fase alfa es relativamente dúctil y blanda; tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo ( grupo espacial Im3m , constante de celosía a = 0.33058 nm), dureza Knoop 200–400 HN y resistividad eléctrica 15–60 µΩ⋅cm. La fase beta es dura y quebradiza; su simetría cristalina es tetragonal (grupo espacial P42 / mnm , a = 1.0194 nm, c = 0.5313 nm), la dureza Knoop es 1000-1300 HN y la resistividad eléctrica es relativamente alta a 170-210 µΩ⋅cm. La fase beta es metaestable y se convierte en fase alfa al calentarse a 750–775 ° C. El tantalio a granel es casi en su totalidad fase alfa, y la fase beta generalmente existe como películas delgadas obtenidas por pulverización catódica con magnetrón , deposición de vapor químico o deposición electroquímica de una solución de sal fundida eutéctica .

Isótopos

El tantalio natural consta de dos isótopos : 180 m Ta (0,012%) y 181 Ta (99,988%). 181 Ta es un isótopo estable . Se predice que 180m Ta ( m denota un estado metaestable) se desintegrará de tres maneras: transición isomérica al estado fundamental de 180 Ta, desintegración beta a 180 W o captura de electrones a 180 Hf . Sin embargo, nunca se ha observado radiactividad de este isómero nuclear , y solo se ha establecido un límite inferior en su vida media de 2,0 × 10 16  años. El estado fundamental de 180 Ta tiene una vida media de solo 8 horas. 180m Ta es el único isómero nuclear natural (excluidos los nucleidos radiogénicos y cosmogénicos de vida corta). También es el isótopo primordial más raro del Universo, teniendo en cuenta la abundancia elemental de tantalio y la abundancia isotópica de 180m Ta en la mezcla natural de isótopos (y nuevamente excluyendo los nucleidos radiogénicos y cosmogénicos de vida corta).

El tantalio se ha examinado teóricamente como material de " salazón " para armas nucleares (el cobalto es el hipotético material de salazón más conocido). Una capa externa de 181 Ta sería irradiada por el flujo de neutrones intensivo de alta energía de un arma nuclear hipotética que explota. Esto transmutaría el tantalio en el isótopo radiactivo 182 Ta, que tiene una vida media de 114,4 días y produce rayos gamma con aproximadamente 1,12 millones de electronvoltios (MeV) de energía cada uno, lo que aumentaría significativamente la radiactividad de la lluvia radiactiva de la explosión durante varios meses. Estas armas "saladas" nunca se han fabricado ni probado, hasta donde se sabe públicamente, y ciertamente nunca se han utilizado como armas.

El tantalio se puede utilizar como material objetivo para haces de protones acelerados para la producción de varios isótopos de vida corta, incluidos 8 Li, 80 Rb y 160 Yb.

Compuestos químicos

El tantalio forma compuestos en los estados de oxidación -III a + V. Los más comunes son los óxidos de Ta (V), que incluyen todos los minerales. Las propiedades químicas de Ta y Nb son muy similares. En medios acuosos, Ta solo exhibe el estado de oxidación + V. Como el niobio, el tantalio es apenas soluble en soluciones diluidas de ácidos clorhídrico , sulfúrico , nítrico y fosfórico debido a la precipitación de óxido de Ta (V) hidratado. En medios básicos, Ta puede solubilizarse debido a la formación de especies de polioxotantalato.

Óxidos, nitruros, carburos, sulfuros

El pentóxido de tantalio (Ta 2 O 5 ) es el compuesto más importante desde la perspectiva de las aplicaciones. Los óxidos de tantalio en estados de oxidación más bajos son numerosos, incluidas muchas estructuras defectuosas , y están poco estudiados o mal caracterizados.

Los tantalatos, compuestos que contienen [TaO 4 ] 3− o [TaO 3 ] - son numerosos. Tantalato de litio (LiTaO 3 ) adopta una estructura de perovskita. Tantalato de lantano (LaTaO 4 ) contiene TaO aislado3−
4
tetraedros.

Como en los casos de otros metales refractarios , los compuestos conocidos más duros del tantalio son los nitruros y carburos. El carburo de tantalio , TaC, como el carburo de tungsteno más utilizado , es una cerámica dura que se utiliza en herramientas de corte. El nitruro de tantalio (III) se utiliza como aislante de película fina en algunos procesos de fabricación microelectrónica.

El calcogenuro mejor estudiado es TaS 2 , un semiconductor en capas , como se ve para otros dicalcogenuros de metales de transición . Una aleación de tantalio-telurio forma cuasicristales .

Haluros

Los haluros de tantalio abarcan los estados de oxidación de +5, +4 y +3. El pentafluoruro de tantalio (TaF 5 ) es un sólido blanco con un punto de fusión de 97,0 ° C. El anión [TaF 7 ] 2- se utiliza para su separación del niobio. El cloruro TaCl
5
, que existe como dímero, es el principal reactivo en la síntesis de nuevos compuestos de Ta. Se hidroliza fácilmente a un oxicloruro . Los haluros inferiores TaX
4
y TaX
3
, cuentan con enlaces Ta-Ta.

Compuestos de organotantalio

Los compuestos de organotantalio incluyen pentametiltantalio , cloruros de alquiltantalio mixtos, hidruros de alquiltantalio, complejos de alquilideno así como derivados de ciclopentadienilo de los mismos. Se conocen diversas sales y derivados sustituidos para el hexacarbonil [Ta (CO) 6 ] - e isocianuros relacionados .

Ta (CH 3 ) 5 .

Ocurrencia

Tantalita, distrito de Pilbara , Australia

Se estima que el tantalio constituye aproximadamente 1  ppm o 2  ppm de la corteza terrestre en peso . Hay muchas especies de minerales de tantalio, de los cuales sólo algunos están siendo utilizados hasta ahora por la industria como materias primas: tantalita (una serie que consta de tantalita- (Fe), tantalita- (Mn) y tantalita- (Mg)) microlita (ahora un nombre de grupo), wodginita , euxenita (en realidad euxenita- (Y)) y policasa (en realidad policasa- (Y)). La tantalita ( Fe , Mn ) Ta 2 O 6 es el mineral más importante para la extracción de tantalio. La tantalita tiene la misma estructura mineral que la columbita ( Fe , Mn ) (Ta, Nb ) 2 O 6 ; cuando hay más tantalio que niobio se llama tantalita y cuando hay más niobio que tantalio se llama columbita (o niobita ). La alta densidad de tantalita y otros minerales que contienen tantalio hace que el uso de la separación gravitacional sea el mejor método. Otros minerales incluyen samarskita y fergusonita .

Mapa del mundo gris y blanco con China, Australia, Brasil y Kongo de color azul que representan menos del 10% de la producción mundial de tantalio cada uno y Ruanda de color verde representa el 60% de la producción mundial de tantalio
Productores de tantalio en 2015, siendo Ruanda el principal productor

La extracción principal de tantalio se encuentra en Australia , donde el mayor productor, Global Advanced Metals , antes conocido como Talison Minerals , opera dos minas en Australia Occidental, Greenbushes en el suroeste y Wodgina en la región de Pilbara . La mina Wodgina se reabrió en enero de 2011 después de que la explotación minera en el sitio se suspendiera a fines de 2008 debido a la crisis financiera mundial . Menos de un año después de su reapertura, Global Advanced Metals anunció que debido a una nueva "... disminución de la demanda de tantalio ..." y otros factores, las operaciones de extracción de tantalio debían cesar a fines de febrero de 2012. Wodgina produce un tantalio primario concentrado que se actualiza aún más en la operación de Greenbushes antes de venderse a los clientes. Mientras que los productores a gran escala de niobio se encuentran en Brasil y Canadá , el mineral allí también produce un pequeño porcentaje de tantalio. Algunos otros países como China , Etiopía y Mozambique extraen minerales con un porcentaje más alto de tantalio y producen un porcentaje significativo de la producción mundial. El tantalio también se produce en Tailandia y Malasia como subproducto de la extracción de estaño allí. Durante la separación gravitacional de los minerales de los depósitos de placer, no solo se encuentra casiterita (SnO 2 ), sino que también se incluye un pequeño porcentaje de tantalita. La escoria de las fundiciones de estaño contiene entonces cantidades económicamente útiles de tantalio, que se lixivia de la escoria.

Mapa del mundo gris y blanco con Canadá, Brasil y Mozambique de color azul que representan menos del 20% de la producción mundial de tantalio cada uno y Australia de color verde que representa el 60% de la producción mundial de tantalio
Productores de tantalio en 2006, siendo Australia el principal productor

La producción mundial de minas de tantalio ha experimentado un cambio geográfico importante desde principios del siglo XXI, cuando la producción era predominantemente de Australia y Brasil. A partir de 2007 y hasta 2014, las principales fuentes de producción de tantalio de las minas se trasladaron drásticamente a la República Democrática del Congo, Ruanda y algunos otros países africanos. Se están explorando futuras fuentes de suministro de tantalio, en orden de tamaño estimado, en Arabia Saudita , Egipto , Groenlandia , China , Mozambique , Canadá , Australia , Estados Unidos , Finlandia y Brasil .

Se estima que quedan menos de 50 años de recursos de tantalio, basados ​​en la extracción al ritmo actual, lo que demuestra la necesidad de un mayor reciclaje .

El estado como recurso de conflicto

El tantalio se considera un recurso conflictivo . El coltán , el nombre industrial de una columbita - mineral de tantalita del que se extraen el niobio y el tantalio, también se puede encontrar en África Central , razón por la cual el tantalio está vinculado a la guerra en la República Democrática del Congo (antes Zaire ). Según un informe de las Naciones Unidas del 23 de octubre de 2003 , el contrabando y la exportación de coltán han contribuido a avivar la guerra en el Congo, una crisis que ha provocado aproximadamente 5,4 millones de muertes desde 1998, lo que lo convierte en el conflicto documentado más mortífero del mundo desde la Segunda Guerra Mundial. . Se han planteado cuestiones éticas sobre el comportamiento empresarial responsable, los derechos humanos y el peligro de la vida silvestre, debido a la explotación de recursos como el coltán en las regiones de conflicto armado de la cuenca del Congo . El Servicio Geológico de los Estados Unidos informa en su anuario que esta región produjo un poco menos del 1% de la producción mundial de tantalio en 2002-2006, alcanzando un máximo del 10% en 2000 y 2008. Los datos del USGS publicados en enero de 2021 indicaron que cerca del 40% de la producción mundial de minas de tantalio provino de la República Democrática del Congo, con otro 18% proveniente de los vecinos Ruanda y Burundi .

El objetivo declarado del proyecto Solutions for Hope Tantalum es "obtener tantalio libre de conflictos de la República Democrática del Congo".

Producción y fabricación

Tendencia temporal de la producción de tantalio hasta 2012

Varios pasos están involucrados en la extracción de tantalio a partir de tantalita. Primero, el mineral se tritura y se concentra mediante separación por gravedad . Esto generalmente se lleva a cabo cerca del sitio de la mina .

Refinando

El refinado del tantalio a partir de sus minerales es uno de los procesos de separación más exigentes de la metalurgia industrial. El principal problema es que los minerales de tantalio contienen cantidades significativas de niobio , que tiene propiedades químicas casi idénticas a las del Ta. Se ha desarrollado una gran cantidad de procedimientos para abordar este desafío.

En los tiempos modernos, la separación se logra mediante hidrometalurgia . La extracción comienza con la lixiviación del mineral con ácido fluorhídrico junto con ácido sulfúrico o ácido clorhídrico . Este paso permite separar el tantalio y el niobio de las diversas impurezas no metálicas de la roca. Aunque Ta se presenta como varios minerales, se representa convenientemente como el pentóxido, ya que la mayoría de los óxidos de tantalio (V) se comportan de manera similar en estas condiciones. Una ecuación simplificada para su extracción es así:

Ta 2 O 5 + 14 HF → 2 H 2 [TaF 7 ] + 5 H 2 O

Se producen reacciones completamente análogas para el componente de niobio, pero el hexafluoruro es típicamente predominante en las condiciones de extracción.

Nb 2 O 5 + 12 HF → 2 H [NbF 6 ] + 5 H 2 O

Estas ecuaciones están simplificadas: se sospecha que el bisulfato (HSO 4 - ) y el cloruro compiten como ligandos por los iones Nb (V) y Ta (V), cuando se utilizan ácidos sulfúrico y clorhídrico, respectivamente. Los complejos de tantalio y fluoruro de niobio se eliminan luego de la solución acuosa mediante extracción líquido-líquido en disolventes orgánicos , tales como ciclohexanona , octanol y metil isobutil cetona . Este sencillo procedimiento permite la eliminación de la mayoría de las impurezas que contienen metales (por ejemplo, hierro, manganeso, titanio, circonio), que permanecen en la fase acuosa en forma de sus fluoruros y otros complejos.

A continuación, se logra la separación del tántalo del niobio reduciendo la fuerza iónica de la mezcla ácida, lo que hace que el niobio se disuelva en la fase acuosa. Se propone que se forme oxifluoruro H 2 [NbOF 5 ] en estas condiciones. Posteriormente a la eliminación del niobio, la solución de H 2 [TaF 7 ] purificado se neutraliza con amoniaco acuoso para precipitar el óxido de tantalio hidratado como un sólido, que puede calcinarse a pentóxido de tantalio (Ta 2 O 5 ).

En lugar de hidrólisis, el H 2 [TaF 7 ] se puede tratar con fluoruro de potasio para producir heptafluorotantalato de potasio :

H 2 [TaF 7 ] + 2 KF → K 2 [TaF 7 ] + 2 HF

A diferencia del H 2 [TaF 7 ], la sal de potasio se cristaliza fácilmente y se manipula como un sólido.

El K 2 [TaF 7 ] se puede convertir en tántalo metálico por reducción con sodio , a aproximadamente 800 ° C en sal fundida .

K 2 [TaF 7 ] + 5 Na → Ta + 5 NaF + 2 KF

En un método más antiguo, llamado proceso de Marignac , la mezcla de H 2 [TaF 7 ] y H 2 [NbOF 5 ] se convirtió en una mezcla de K 2 [TaF 7 ] y K 2 [NbOF 5 ], que luego se separados por cristalización fraccionada , aprovechando sus diferentes solubilidades en agua.

Electrólisis

El tantalio también se puede refinar por electrólisis, utilizando una versión modificada del proceso Hall-Héroult . En lugar de requerir que el óxido de entrada y el metal de salida estén en forma líquida, la electrólisis de tantalio opera sobre óxidos en polvo no líquidos. El descubrimiento inicial se produjo en 1997 cuando investigadores de la Universidad de Cambridge sumergieron pequeñas muestras de ciertos óxidos en baños de sal fundida y redujeron el óxido con corriente eléctrica. El cátodo utiliza óxido metálico en polvo. El ánodo está hecho de carbono. La sal fundida a 1000 ° C (1830 ° F) es el electrolito. La primera refinería tiene capacidad suficiente para abastecer del 3 al 4% de la demanda mundial anual.

Fabricación y trabajo de metales

Toda soldadura de tantalio debe realizarse en una atmósfera inerte de argón o helio para protegerlo de la contaminación con gases atmosféricos. El tantalio no se puede soldar . Moler el tantalio es difícil, especialmente en el caso del tantalio recocido . En estado recocido, el tántalo es extremadamente dúctil y se puede formar fácilmente como láminas de metal.

Aplicaciones

Electrónica

Condensador electrolítico de tantalio

El uso principal del tantalio, como polvo metálico, es en la producción de componentes electrónicos, principalmente condensadores y algunas resistencias de alta potencia . Los condensadores electrolíticos de tantalio aprovechan la tendencia del tantalio a formar una capa de superficie protectora de óxido , utilizando polvo de tantalio, prensado en forma de gránulos, como una "placa" del condensador, el óxido como dieléctrico y una solución electrolítica o sólido conductor como el otro "plato". Debido a que la capa dieléctrica puede ser muy delgada (más delgada que la capa similar en, por ejemplo, un capacitor electrolítico de aluminio), se puede lograr una alta capacitancia en un volumen pequeño. Debido a las ventajas de tamaño y peso, los capacitores de tantalio son atractivos para teléfonos portátiles , computadoras personales , electrónica automotriz y cámaras .

Aleaciones

El tantalio también se usa para producir una variedad de aleaciones que tienen altos puntos de fusión, resistencia y ductilidad. Aleado con otros metales, también se utiliza en la fabricación de herramientas de carburo para equipos de trabajo de metales y en la producción de superaleaciones para componentes de motores a reacción, equipos de procesos químicos, reactores nucleares , piezas de misiles, intercambiadores de calor, tanques y recipientes. Debido a su ductilidad, el tántalo se puede estirar en alambres o filamentos finos, que se utilizan para evaporar metales como el aluminio . Dado que resiste el ataque de los fluidos corporales y no es irritante, el tantalio se usa ampliamente en la fabricación de implantes e instrumentos quirúrgicos. Por ejemplo, los recubrimientos porosos de tantalio se utilizan en la construcción de implantes ortopédicos debido a la capacidad del tantalio para formar una unión directa al tejido duro.

El tantalio es inerte contra la mayoría de los ácidos, excepto el ácido fluorhídrico y el ácido sulfúrico caliente , y las soluciones alcalinas calientes también provocan la corrosión del tantalio. Esta propiedad lo convierte en un metal útil para recipientes de reacción química y tuberías para líquidos corrosivos. Las bobinas de intercambio de calor para el calentamiento con vapor de ácido clorhídrico están hechas de tantalio. El tantalio se utilizó ampliamente en la producción de tubos de electrones de ultra alta frecuencia para transmisores de radio. El tantalio es capaz de capturar oxígeno y nitrógeno formando nitruros y óxidos y, por lo tanto, ayudó a mantener el alto vacío necesario para los tubos cuando se usa para piezas internas como rejillas y placas.

Otros usos

Monedas bimetálicas acuñadas por el Banco de Kazajstán con anillo de plata y centro de tantalio. Estos cuentan con el Apollo-Soyuz y la Estación Espacial Internacional.

El tantalio fue utilizado por la NASA para proteger componentes de naves espaciales, como Voyager 1 y 2, de la radiación. El alto punto de fusión y la resistencia a la oxidación conducen al uso del metal en la producción de piezas de hornos de vacío . El tantalio es extremadamente inerte y, por lo tanto, se forma en una variedad de piezas resistentes a la corrosión, como termopozos , cuerpos de válvulas y sujetadores de tantalio. Debido a su alta densidad, la carga moldeada y los revestimientos penetradores formados explosivamente se han construido a partir de tantalio. El tantalio aumenta enormemente las capacidades de penetración de la armadura de una carga con forma debido a su alta densidad y alto punto de fusión. También se utiliza ocasionalmente en relojes preciosos, por ejemplo, de Audemars Piguet , FP Journe , Hublot , Montblanc , Omega y Panerai . El tantalio también es altamente bioinerte y se utiliza como material de implante ortopédico. La alta rigidez del tantalio hace que sea necesario utilizarlo como espuma altamente porosa o como andamio con menor rigidez para los implantes de reemplazo de cadera para evitar la protección contra el estrés . Debido a que el tantalio es un metal no magnético y no ferroso, estos implantes se consideran aceptables para pacientes que se someten a procedimientos de resonancia magnética. El óxido se utiliza para fabricar un vidrio especial de alto índice de refracción para lentes de cámaras .

Cuestiones ambientales

El tantalio recibe mucha menos atención en el campo ambiental que en otras geociencias. La concentración de la corteza superior (UCC) y la relación Nb / Ta en la corteza superior y en los minerales están disponibles porque estas mediciones son útiles como herramienta geoquímica. El último valor para la concentración de la corteza superior es 0,92 ppm y la relación Nb / Ta (p / p) es de 12,7.

Se dispone de pocos datos sobre las concentraciones de tantalio en los diferentes compartimentos ambientales, especialmente en aguas naturales donde ni siquiera se han producido estimaciones fiables de las concentraciones de tantalio "disuelto" en agua de mar y agua dulce. Se han publicado algunos valores sobre las concentraciones disueltas en los océanos, pero son contradictorios. A los valores en agua dulce les va un poco mejor, pero, en todos los casos, probablemente estén por debajo de 1 ng L- 1 , ya que las concentraciones 'disueltas' en aguas naturales están muy por debajo de la mayoría de las capacidades analíticas actuales. El análisis requiere procedimientos de preconcentración que, por el momento, no dan resultados consistentes. Y, en cualquier caso, el tantalio parece estar presente en las aguas naturales principalmente como material particulado en lugar de disuelto.

Los valores de concentraciones en suelos, sedimentos del lecho y aerosoles atmosféricos son más fáciles de obtener. Los valores en suelos se acercan a 1 ppm y, por tanto, a los valores UCC. Esto indica origen detrítico. Para los aerosoles atmosféricos, los valores disponibles son dispersos y limitados. Cuando se observa enriquecimiento de tantalio, probablemente se deba a la pérdida de más elementos solubles en agua en aerosoles en las nubes.

No se ha detectado contaminación relacionada con el uso humano del elemento. El tantalio parece ser un elemento muy conservador en términos biogeoquímicos, pero su ciclo y reactividad aún no se comprenden completamente.

Precauciones

Los compuestos que contienen tantalio rara vez se encuentran en el laboratorio. El metal es altamente biocompatible y se utiliza para implantes y recubrimientos corporales , por lo que la atención puede centrarse en otros elementos o en la naturaleza física del compuesto químico .

Las personas pueden estar expuestas al tantalio en el lugar de trabajo al inhalarlo, al contacto con la piel o con los ojos. La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal (límite de exposición permisible ) para la exposición al tantalio en el lugar de trabajo en 5 mg / m 3 durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 5 mg / m 3 durante una jornada laboral de 8 horas y un límite a corto plazo de 10 mg / m 3 . A niveles de 2500 mg / m 3 , el tantalio es inmediatamente peligroso para la vida y la salud .

Referencias

enlaces externos