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 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 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 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

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 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

Pentoxyde de tantale

L’condensateurs. Dans ceux-ci, le tantale peut avoir deux rôles :