- Tantale (chimie)
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Tantale Tungstène Nb
73Ta ↑ Ta ↓ Table complète • Table étendue Informations générales Nom, symbole, numéro Tantale, Ta, 73 Série chimique métaux de transition période, 6, Masse volumique 16,4 g·cm-3 [1] 6,5 ou ~1700 HV Bleu gris No CAS [2] No EINECS Propriétés atomiques Masse atomique 180,94788 ± 0,00002 u[1] Rayon atomique (calc) 145 pm (200 pm) Rayon de covalence 1,70 ± 0,08 Å [3] [Xe]4f14 5d3 6s2 niveau d’énergie 2, 8, 18, 32, 11, 2 État(s) d’oxydation 5 Oxyde acide Structure cristalline Propriétés physiques État ordinaire solide Point de fusion 3 017 °C [1] Point d’ébullition 5 458 °C [1] 743 kJ·mol-1 753 kJ·mol-1[4] Volume molaire 10,85×10-6 m3·mol-1 Pression de vapeur 1 Pa à 3 024 °C;
10 Pa à 3 324 °C;
100 kPa à 5 361 °C[4]
100 Pa à 3 684 °C;
1 kPa à 4 122 °C;
10 kPa à 4 666 °C;Vitesse du son 3 400 m·s-1 à 20 °C Divers Pauling) 1,5 25,4 J·K-1·mol-1 (cristal);
20,9 J·K-1·mol-1 (gaz) [4]7,61×106 S·m-1 57,5 W·m-1·K-1 Solubilité sol. dans HF + HNO3 [5] [6] 1re : 7,54957 eV Isotopes les plus stables AN Période MD PD MeV 179Ta {syn.} 1,82 a 0,110 180Ta {Syn.} 8,125 h β+ 0,854
0,708180W 1800,012 % >1,2×1015 a ε
TI0,783
0,929
0,075180W
181Ta99,988 % neutrons Précautions Directive 67/548/EEC[7] État pulvérulent :
F43, Transport 40 3089 SIMDUT[8] Produit non contrôlé Unités du SI & élément chimique du tableau périodique, de symbole Ta et de numéro atomique 73. Ce métal de transition gris-bleu[9], lourd, ductile, très dur, très résistant à la tantalite et dans certains minerais complexes sous forme d'oxyde, associé au niobium, notamment dans le instruments chirurgicaux et d'électronique pour la fabrication de capacité la plus importante par rapport à la taille. Cet élément a un point de fusion élevé qui n'est dépassé que par le tungstène, le rhénium (point de fusion à 3 016,85 °C, point d'ébullition 5 457,85 °C).
Sommaire
Histoire
Le tantale et le niobium (ex-colombium) ont initialement été pris pour un même élément[10].
- 1801, un nouveau métal fut découvert par le chimiste anglais [11] (1765-1847) en analysant un minéral noir provenant de la collection du gouverneur du Connecticut, alors appelé Columbia. Il le baptisa colombium, nom qui ne restera pas à cause des travaux ultérieurs.
- 1802, Anders Gustaf Ekeberg (1767-1813) professeur à l’Université d'Uppsala (Suède) travaillait sur un oxyde très difficile à dissoudre et à travailler. Il obtint ce qu'il prit pour un élément pur et le nomma tantale, du nom du demi-dieu grec (Tántalos), bien connu pour son supplice.
- 1809, William Hyde Wollaston après avoir réexaminé le minerais de colombium et la tantalite déclara que les deux nouveaux éléments n’en étaient en fait qu’un seul.
- 1820, le tantale a été isolé par tantalite deux éléments, le tantale, certes, mais aussi un "nouveau" qu’il baptisa niobium, du nom de Niobé la fille de Tantale dans la mythologie grecque.
On démontra rapidement que columbium et niobium n'étaient qu'un même élément. Il s'ensuivit une querelle d’experts sur le nom à utiliser et ce fut "niobium" qui s'imposa.
Au début 1900, le tantale trouve sa première application comme incandescence pour les [12] jusqu’à l’arrivée du tungstène. En 1940, le tantale commence à être utilisé pour faire des condensateurs. Deux ans plus tard la première exploitation de colombo-tantalite au Congo belge (future République démocratique du Congo) voit le jour.
Géologie
Le tantale est estimé à environ 1 ppm[13] ou 2 ppm de la masse de la poche de magma. Ces endroits sont plus facilement présents dans des endroits géologiquement instables, proche de faille tectonique et de région volcanique.
Ces filons sont bien souvent très riches en minéraux comme l’or, l’argent, l’uranium, le tungstène et bien sûr le tantale ainsi que le niobium. Par la suite, par méandres ou les marmites. Il arrive que ces zones denses en éléments lourds puissent former des veines et se retrouver ensevelies. On peut ainsi trouver de la colombo-tantalite aussi bien dans des roches métamorphiques que sédimentaires.
Production
Plusieurs étapes sont impliquées dans l'extraction du tantale de la tantalite : tout d'abord le minerai est concassé et concentré par acide fluorhydrique et d'acide sulfurique à plus de 90 °C. Cela provoque une réaction qui permet au tantale et au niobium de se dissoudre en Jean Charles Galissard de Marignac, en utilisant la différence de solubilité entre le niobium et le fluorure de tantale complexe K2 [NbOF5] • H2O et [K2 TaF7] dans l'eau. Un processus plus récent utilise l'solvants organiques tels que la fluorure de potassium pour produire un complexe de fluorure de potassium ou précipités par l'ammoniaque[14]:
- H2[TaF7] + 2 KF → K2[TaF7]↓ + 2 HF
- 2 H2[TaF7] + 14 NH4OH → Ta2O5↓ + 14 NH4F + 9 H2O
Le sel fluorotantalate de potassium résultant est généralement traité par une réduction au sodium liquide pour produire une poudre de tantale secondaire[15].
Les différentes sources de tantale
Comme tous les minerais, le tantale est une ressource non renouvelable.
- La majorité du tantale (58%) provient des mines. Il peut venir soit de mines industrielles à ciel ouvert, comme le gisement du Greenbushes de la «Sons of Gwalia» en [16], qui produit a elle seule 30% de la production mondiale de tantale, soit de mines en galeries comme au République démocratique du Congo se situe surtout à l’est dans la région du Nyiragongo.
- Un tiers du tantale provient tout simplement du recyclage et du concentré synthétique. Avant 1980, l’oxyde de tantale associé à l’déchet. C’est à la montée des prix du tantale que les déchets se sont retrouvés valorisés et transformés en concentré synthétique pour les acheminer dans les entreprises d’affinage.
- Les 9% qui restent proviennent des réserves du gouvernement des États-Unis. Entre 1952 et 1958, le département des services logistiques de la défense a fait des stocks impressionnants, officiellement pour encourager la prospection et la production minière. En 2001, les USA décident de réduire leurs réserves et de vendre pour 91.3 M$ de colombo-tantalite[17].
Applications et propriétés
Application en électronique
L’condensateurs. Dans ceux-ci, le tantale peut avoir deux rôles :
- Le tantale pur joue celui de conducteur électrique;
- Et son pentoxyde (Ta2O5) celui de
- les condensateurs électrolytiques secs qui restent très performants même extrêmement miniaturisés. Ils sont principalement utilisés dans la fabrication de téléphones portables de 3e génération, d’ordinateurs portables, d’appareils photo, de caméras, de consoles de jeux, etc. Bien que la quantité de tantale soit très faible dans ces condensateurs, les produits dans lesquels ils sont présents sont des produits de grande consommation et au final la masse utilisée se révèle colossale ;
- les condensateurs électrolytiques humides qui offrent des performances exceptionnelles. Ils sont beaucoup utilisés dans des domaines de technologie de pointe comme l’aérospatiale, l’armement, etc. Ces condensateurs sont malgré tout peu utilisés à cause de leur coût excessif ;
- les condensateurs en plaque, beaucoup moins fréquents, sont utilisés dans des domaines où les tensions électriques sont très importantes.
Le tantale a encore beaucoup d’autres applications en électronique comme les écrans à cristaux liquides, les filtres d’ondes acoustiques de surface, les puces d’accès aléatoire dynamique, etc. Le secteur automobile consomme aussi de plus en plus de tantale. Ceci s’explique par la présence de plus en plus courante d’électronique comme les Application dans l’industrie chimique
Le tantale est aussi en grande quantité dans l’industrie chimique pour ses propriétés de résistance à la échangeurs de chaleur et comme revêtement pour des tuyaux et des réacteurs chimiques. Il se révèle même indispensable pour des applications dans des milieux en contact avec l’acide sulfurique.
À une température inférieure à 150 °C, le tantale est quasiment insensible aux attaques chimiques acides. Il est seulement attaqué par l'acide fluorhydrique, les solutions acides contenant des fluorures et l'Application pour les superalliages
Il est aussi utilisé dans l’élaboration de superalliage comme additif. Ces alliages servent surtout dans des milieux très exigeants thermiquement ou/et chimiquement comme les aubes de turbine des réacteurs d’avion ou celles des turbines à gaz, etc. Ces alliages à haute performance sont souvent sous forme de monocristal ce qui leur offre de très bons comportements au aérospatiale, mais l’aéronautique civile reste de loin le secteur où la demande de ces matériaux est la plus élevée.
Autres applications
Sous forme de HV), est utilisé pour la fabrication d’outils de coupe. L’acier au tantale est notamment employé dans la fabrication de lithium (TaLiO3) est aussi utilisé dans le domaine de l’optique comme additif pour limiter l’aberration chromatique dans les lentilles. Ceci est dû au fort oxyde. Il est aussi utilisé dans les nanocouches pour les biocompatible ce qui lui offre énormément de débouchés dans le domaine médical pour faire par exemple des prothèses, des agrafes, des pacemakers, des instruments chirurgicaux des horlogerie pour son aspect, comme film filtrant pour les rayons X, ou encore en élément d’alliage dans certains métaux précieux pour faciliter le L’utilisation du tantale demain ?
Isomères nucléaires
Le tantale 180m1 a la particularité d'être stable sur au moins 1015 ans, ce qui est d'autant plus remarquable que l'isotope 180Ta est, au contraire, très instable (isomère nucléaire présent dans le milieu naturel. Le mécanisme de sa formation dans les supernovas est d'ailleurs assez énigmatique.
Précautions
Les composés à base de tantale se rencontrent rarement dans les laboratoires. Le métal est mercure, poudre).
Notes et références
- (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
- Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
- (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », dans Dalton Trans., 2008, p. 2832 - 2838 (1477-9226) [lien DOI]
- « Tantalum » dans la base de données Hazardous Substances Data Bank, consulté le 1 mai 2010
- (en) Metals handbook, vol. 10 : Materials characterization, ASM International, 1986, 1310 p. (ISBN 0-87170-007-7), p. 344
- (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, 2009, 89e éd., p. 10-203
- Entrée de « Tantalum, Powder » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais) (JavaScript nécessaire)
- Tantale » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la ↑ (en) Classical Mythology & More: A Reader Workbook, Mundelein, Bolchazy Carducci Pub, 30 juin 2007, poche (ISBN 978-0-86516-573-1) (OCLC 154691325) (LCCN 2009275114) [lire en ligne], « Tantalum » «
- Tantalum and Niobium - Early History
- William P. Griffith, « Charles Hatchett FRS (1765-1847), Chemist and Discoverer of Niobium », dans Notes and Records of the Royal Society of London, vol. 57, no 3, 2003, p. 299 [texte intégral, lien DOI]
- (en) « The Tantalum lamp », dans Popular Mechanics, Hearst Magazines, vol. 7, no 4, avril 1905, p. 434 (0032-4558) [texte intégral (page consultée le 27 juillet 2010)]
- (en) John Emsley, Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements, Oxford, England, UK, Oxford University Press, 2001, poche (ISBN 978-0-19-850340-8), « Tantalum », p. 420
- (de) Holleman, A. F., Wiberg, E., Wiberg, N., Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102nd ed., Berlin, de Gruyter, 2007, 102e éd. (ISBN 978-3-11-017770-1)
- Extraction/refining, T.I.C.. Consulté le 2009-07-07
- TANTALE par Louis Perron
- (fr)Authors : Jeroen Cuvelier and Tim Raeymaekers, European companies and the coltan trade : an update
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
- (fr)Tantale par Louis Perron
- (fr)La crise du tantale de 2000
- (fr)Coltan : Pour comprendre…
- (en)Tantalum-Niobium International Study Center
- (en) Image du tantale sous différentes formes
Li O Ne Na Mg Al Si P S K Sc Ti V Mn Ni Zn Se Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Te Xe Pr Nd Pm Sm Tb Tm Yb Lu Ta W Re Os Pt Au Hg Tl Pb Po Rn Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Md No Rf Sg Mt Rg Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho ↓ * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto Métalloïdes Non-métaux Métaux alcalins Métaux alcalino-terreux Métaux de transition Métaux pauvres Actinides Superactinides Éléments non classés
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