Tantale (chimie)

Tantale (chimie)
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Tantale
Tungstène
Nb
  Structure cristalline cubique à corps centré

73
Ta
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Ta
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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 7440-25-7 [2]
No EINECS 231-135-5
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 dénergie 2, 8, 18, 32, 11, 2
État(s) doxydation 5
Oxyde acide
Structure cristalline Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 3 017 °C [1]
Point débullition 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 Pa à 3 684 °C;
1 kPa à 4 122 °C;
10 kPa à 4 666 °C;

100 kPa à 5 361 °C[4]
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
0,708
180W
1800,012 % >1,2×1015 a ε
TI
0,783
0,929
0,075
180W
181Ta
99,988 % neutrons
Précautions
Directive 67/548/EEC[7]
État pulvérulent :
Facilement inflammable
F
43,
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

Exemple de lingot de Tantale

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 lUniversité 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 nen étaient en fait quun seul.
  • 1820, le tantale a été isolé par tantalite deux éléments, le tantale, certes, mais aussi un "nouveau" quil 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 dexperts 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] jusquà larrivée 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

Minerai de tantale (tantalite) en provenance d'Australie.

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 lor, largent, luranium, 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 KFK2[TaF7]↓ + 2 HF
2 H2[TaF7] + 14 NH4OHTa2O5↓ + 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 lest dans la région du Nyiragongo.
  • Un tiers du tantale provient tout simplement du recyclage et du concentré synthétique. Avant 1980, loxyde de tantale associé à ldéchet. Cest 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 daffinage.
  • 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

Pentoxyde de tantale

Lcondensateurs. Dans ceux-ci, le tantale peut avoir deux rôles :

  • Le tantale pur joue celui de conducteur électrique;
  • Et son pentoxyde (Ta2O5) celui de
    Condensateur électrolytique au tantale
    • les condensateurs électrolytiques secs qui restent très performants même extrêmement miniaturisés. Ils sont principalement utilisés dans la fabrication de téléphones portables de 3e génération, dordinateurs portables, dappareils photo, de caméras, de consoles de jeuxetc. 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 laérospatiale, larmementetc. 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 les tensions électriques sont très importantes.

    Le tantale a encore beaucoup dautres applications en électronique comme les écrans à cristaux liquides, les filtres dondes acoustiques de surface, les puces daccès aléatoire dynamiqueetc. Le secteur automobile consomme aussi de plus en plus de tantale. Ceci sexplique par la présence de plus en plus courante délectronique comme les Application dans lindustrie chimique

    Le tantale est aussi en grande quantité dans lindustrie 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 lacide 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

    Monocristal de tantale et cube de 1 cm3

    Il est aussi utilisé dans lélaboration de superalliage comme additif. Ces alliages servent surtout dans des milieux très exigeants thermiquement ou/et chimiquement comme les aubes de turbine des réacteurs davion 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 laéronautique civile reste de loin le secteur la demande de ces matériaux est la plus élevée.

    Autres applications

    Sous forme de HV), est utilisé pour la fabrication doutils de coupe. Lacier au tantale est notamment employé dans la fabrication de lithium (TaLiO3) est aussi utilisé dans le domaine de loptique comme additif pour limiter laberration chromatique dans les lentilles. Ceci est 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 dalliage dans certains métaux précieux pour faciliter le Lutilisation du tantale demain ?

    Le tantale a une gamme de propriétés impressionnantes et il est utilisé dans bien des domaines de la haute technologie. Le tantale a probablement encore énormément de débouchés technologiques à venir.[réfnécessaire]

    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

    1. a, b, c et d (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) 
    2. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
    3. (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] 
    4. a, b et c « Tantalum » dans la base de données Hazardous Substances Data Bank, consulté le 1 mai 2010
    5. (en) Metals handbook, vol. 10 : Materials characterization, ASM International, 1986, 1310 p. (ISBN 0-87170-007-7), p. 344 
    6. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, 2009, 89e éd., p. 10-203 
    7. 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)
    8. « 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 » 
    9. Tantalum and Niobium - Early History
    10. 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] 
    11. (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)] 
    12. (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 
    13. (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) 
    14. Extraction/refining, T.I.C.. Consulté le 2009-07-07
    15. TANTALE par Louis Perron
    16. (fr)Authors : Jeroen Cuvelier and Tim Raeymaekers, European companies and the coltan trade : an update

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