Tantál

73 hafnium ← tantál → volfrám Nb ↑ Ta ↓ Db 73 Ta Periódusos rendszer
Általános
Név, vegyjel, rendszám	tantál, Ta, 73
Latin megnevezés	tantalum
Elemi sorozat	átmenetifémek
Csoport, periódus, mező	5, 6, d
Megjelenés	kékes szürke
Atomtömeg	180,9479(1)  g/mol
Elektronszerkezet	[Xe] 4f14 5d3 6s2
Elektronok héjanként	2, 8, 18, 32, 11, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot	szilárd
Sűrűség (szobahőm.)	16,69 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on	15 g/cm³
Olvadáspont	3290 K (3017 °C, 5463 °F)
Forráspont	5731 K (5458 °C, 9856 °F)
Olvadáshő$\Delta _{fus}{H}^{\ominus }$	36,57 kJ/mol
Párolgáshő $\Delta _{vap}{H}^{\ominus }$	732,8 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	(25 °C) 25,36 J/(mol·K)
Gőznyomás P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 3297 3597 3957 4395 4939 5634
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet	köbös tércentrált
Oxidációs szám	5 (enyhén savas oxid)
Elektronegativitás	1,5 (Pauling-skála)
Ionizációs energia	1.: 761 kJ/mol
	2.: 1500 kJ/mol
Atomsugár	145 pm
Atomsugár (számított)	200 pm
Kovalens sugár	138 pm
Egyebek
Mágnesség	nincs adat
Fajlagos ellenállás	(20 °C) 131 nΩ·m
Hővezetési tényező	(300 K) 57,5 W/(m·K)
Hőtágulási együttható	(25 °C) 6,3 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd)	(20 °C) 3400 m/s
Young-modulus	186 GPa
Nyírási modulus	69 GPa
Kompressziós modulus	200 GPa
Poisson-tényező	0,34
Mohs-keménység	6,5
Vickers-keménység	873 MPa
Brinell-keménység	800 HB
CAS-szám	7440-25-7
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A tantál izotópjai izotóp természetes előfordulás felezési idő bomlás mód energia (MeV) termék 177Ta mest. 56,56 h ε 1,166 177Hf 178Ta mest. 2,36 h ε 1,910 178Hf 179Ta mest. 1,82 a ε 0,110 179Hf 180Ta mest. 8,125 h ε 0,854 180Hf 180Ta mest. 8,125 h β- 0,708 180W 180mTa 0,012% >1,2 · 1015 a ε 0,929 180Hf β- 0,783 180W IT 0,075 180Ta 181Ta 99,988% Ta stabil 108 neutronnal 182Ta mest. 114,43 d β- 1,814 182W 183Ta mest. 5,1 d β- 1,070 183W
Hivatkozások

A tantál a periódusos rendszer 73-as rendszámú eleme. Vegyjele Ta, nyelvújításkori neve imeny. Az átmenetifémek közé tartozik.

1802-ben Anders Ekeberg svéd természettudós fedezte fel. Nevét legfontosabb ásványáról, a tantalitról, közvetve Tantalosz görög mitológiai alak nevéből kapta.

Fizikai tulajdonságai

Szürkésfehér színű, fémesen csillogó, fém. Jól nyújtható. Tércentrált köbös rácsot alkot. Vegyületeiben általában 5 vegyértékű. Olvadáspontja igen magas, 3017 °C. Igen kemény;Vickers-keménysége 873.

Nagy tisztaságú tantál

Kémiai tulajdonságai

A tantál a vegyszereknek jól ellenáll. A halogénelemek közül a fluorral már szobahőmérsékleten is reagál, ezt a reakciót tűzjelenség kíséri. A többi halogénnel csak magasabb hőmérsékleten lép reakcióba. Szobahőmérsékleten levegőn nem változik, ha 400 °C körüli hőmérsékletre hevítik, kékes színű lesz, 600 °C körül a színe szürkésfeketére változik. Ha a fém porát kén- vagy szelénporral keverik össze, hevítve szulfiddá, illetve szeleniddé alakul. Ezek a reakciók is tűzjelenséggel járnak. Hevítés hatására szénnel, nitrogénnel és foszforral is reakcióba lép. Vörösen izzva a vizet elbontja, hidrogént fejleszt belőle. Királyvízben nem oldódik.

Előfordulása

Tantalit

A természetben elemi állapotában nem fordul elő, ásványaiban általában a nióbiummal együtt található. A földkéregben átlagos koncentrációja 0,7 mg/kg. Gazdaságilag legfontosabb ásványai oxidok; a szilikátok jelentősége alárendelt. A tantál legfontosabb ásványa a tantalit (Fe(TaO₃)₂).

Viszonylag gyakori tantáltartalmú ásványok:

• mikrolit (Na, Ca)₂Ta₂O₆(O,OH,F)
• tapiolit (Fe, Mn) (Ta,Nb)₂O₆
• ixiolit (Ta, Nb, Sn, Mn, Fe)₄O₈
• wodginit (Ta, Nb, Sn, Mn, Fe)O₂
• kolumbit Fe(NbTa)₂O₆

Ritkább, illetve kisebb tantáltartalmú ásványai:

• ittrotantalit (Y₄(Ta₂O₇)₃)
• euxenirt (Y, Ca, Ce, U, Th) (Nb, Ti, Ta)₂O₆
• struverit (Ti, Ta, Fe)O₂
• ilmenorutil Fe_x(Nb, Ta)_2x4Ti_1-xO₂

Megtalálható továbbá a szamarszkit nevű urántartalmú ásványban is.

A két elem erős geokémiai rokonsága miatt lelőhelyei gyakran a nióbiummal közösek – a Kolumbit-Tantalit érc lelőhelyeket egyszerűsítve Koltán telepeknek hívják. Ez alól a nióbium legfontosabb, karbonatitos lelőhelycsoportja kivétel. Így lelőhelyeink két alapvető genetikai csoportja:

• alkáli–peralkáli gránitokban és szienitekben;
• LCT típusú (azaz Li-, Cs- és Ta-dús) gránitokban.

A Kongói Demokratikus Köztársaságban nagy mennyiségben található tantál bányászatához kapcsolódó erőszakos cselekedetekért egyes civil szervezetek az elektronikai vállalatokat teszik felelőssé, amennyiben illegálisan, a feketepiacról szerzik be a termékeik (laptopok, mobiletelefonok) előállításához szükséges alapanyagok egy részét.

Természetvédelmi vonatkozása

A Kongói Demokratikus Köztársaságban a tantalitot egyes gorillapopulációk élőhelyén bányásszák, és ez veszélyezteti a gorillákat.

Előállítása

A tantál érceit először dúsítják, majd nátrium-hidrogén-szulfáttal vagy kálium-karbonáttal való ömlesztéssel feltárják őket. Az ércekben található tantált és nióbiumot az ömlesztés után pentoxidjaik alakjában választják el egymástól. Ezeket először hidrogén-fluoriddal és kálium-fluoriddal kezelik, majd az ekkor képződő kálium-fluoro-tantalátot (K₂[TaF₇]) frakcionált kristályosítással különítik el. Az utóbbi vegyületet vákuumkemencében nátriummal hevítik, és így tantál válik belőle szabaddá.

$\mathrm {K_{2}[TaF_{7}]+5\ Na\longrightarrow Ta+5\ NaF+2\ KF}$

Felhasználása

Nagy kémiai ellenállóképessége miatt kémiai eszközöket és elektródákat készítenek tantálból. Fogászati fúrók, analitikai mérlegek súlyai, röntgencsövek katódjainak, töltőtollhegyeknek a készítésére használják.

Mivel a szövetek mellett jól megfér, ezért a szervezetben bennmaradó, például a csontokat megtámasztó segédeszközöket készítenek belőle.

Elterjedten használják mobiltelefonok és más elektronikus berendezések kondenzátoraihoz.

Régen izzószálakat is készítettek belőle, de ma már erre a célra a volfrámot használják.

A Galileo Jupiter-szonda SSI kamerájának CCD-érzékelőjét egy 10 mm vastag tantálréteg védte a bolygó erős magnetoszférája miatt.

Források

• Erdey-Grúz Tibor: Vegyszerismeret
• Nyilasi János: Szervetlen kémia
• Richard Shaw, Kathryn Goodenough et al.: Niobium–tantalum. British Geological Survey, 2011. 26 p.