Tantalio

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Tantalio
Aspetto
Aspetto dell'elemento
Metallo grigio lucente
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico tantalio, Ta, 73
Serie metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco 5 (VB), 6, d
Densità 16650 kg/m3
Durezza 6,5
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico 180,94788 amu
Raggio atomico (calc.) 145 (200) pm
Raggio covalente 138 pm
Raggio di van der Waals 0,1425 nm[1]
Configurazione elettronica [Xe]4f145d3 6s2
e per livello energetico 2, 8, 18, 32, 11, 2
Stati di ossidazione 5, 4, 3, 2, -1 (mediamente acido)
Struttura cristallina cubica a corpo centrato
Proprietà fisiche
Stato della materia solido
Punto di fusione 3290 K (3017 °C)
Punto di ebollizione 5731 K (5458 °C)
Volume molare 1,085 × 10-5  m3/mol
Entalpia di vaporizzazione 743 kJ/mol
Calore di fusione 31,6 kJ/mol
Tensione di vapore 0,776 Pa a 3269 K
Velocità del suono 3400 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS 7440-25-7
Elettronegatività 1,5
Calore specifico 140 J/(kg K)
Conducibilità elettrica 7,61 × 106  /m Ω
Conducibilità termica 57,5 W/(m K)
Energia di prima ionizzazione 761 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1500 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP
179Ta sintetico 1,82 anni ε 0,010 179Hf
180Ta sintetico 8,125 anni ε
β+
0,854
0,708
180W
180Hf
180mTa 0,012% >1,2 × 1015  anni ε
β+
0,075 180W
180Hf
181Ta 99,988% È stabile con 108 neutroni
iso: isotopo
NA: abbondanza in natura
TD: tempo di dimezzamento
DM: modalità di decadimento
DE: energia di decadimento in MeV
DP: prodotto del decadimento

Il tantalio o tantalo è l'elemento chimico di numero atomico 73. Il suo simbolo è Ta.

È un metallo di transizione duro e duttile, lucido, di colore blu-grigio, molto resistente alla corrosione, soprattutto all'attacco degli acidi, ed è un buon conduttore di calore ed elettricità. È piuttosto raro in natura e si trova nel minerale tantalite. Il tantalio ha moltissime applicazioni: si usa in strumenti chirurgici e negli impianti di protesi intracorporee, perché non reagisce con i fluidi del corpo, ma anche nella realizzazione di condensatori di ridotte dimensioni per il mondo dell'elettronica di consumo e la telefonia mobile.

Caratteristiche[modifica | modifica wikitesto]

Come già detto, il tantalio è molto resistente alla corrosione: in pratica, per temperature al di sotto dei 150 °C, lo si può considerare del tutto immune agli attacchi chimici, perfino a sostanze estremamente aggressive come l'acqua regia, e può essere intaccato soltanto dall'acido fluoridrico, da soluzioni acide contenenti lo ione fluoruro e da triossido di zolfo libero. Il tantalio ha un punto di fusione molto alto, superato soltanto dal tungsteno e dal renio (punto di fusione 3290 K, punto di ebollizione 5731 K). Il tantalio forma ossidi con stato di ossidazione +5 (Ta2O5, più stabile) e +4 (TaO2).

Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

L'uso principale per il tantalio, in forma di polvere metallica, è nella produzione di componenti elettronici, soprattutto condensatori al tantalio, di dimensioni molto ridotte in rapporto alla loro capacità. Questi vengono impiegati in quasi tutti i dispositivi elettronici portatili, come telefoni cellulari, computer portatili, lettori DVD, fotocamere e videocamere digitali ed elettronica per l'automobile.

Il tantalio è anche utilizzato in una grande varietà di leghe con alto punto di fusione, forte resistenza e buona duttilità. In lega con altri metalli è utilizzato anche per la fabbricazione di utensili al carburo per la lavorazione dei metalli e nella produzione di superleghe per motori a reazione, strumentazione per laboratori chimici e reattori nucleari e parti di missili.

Altri usi:

  • La sua duttilità rende possibile farne fili finissimi, usati come riscaldatori elettrici per fare evaporare altri metalli, come l'alluminio.
  • Per la sua inerzia chimica, il tantalio si usa anche per i ferri chirurgici e per le clips da sutura chirurgica.
  • L'ossido di tantalio viene impiegato per vetri ad alto indice di rifrazione usati nelle lenti degli apparecchi fotografici.
  • Il tantalio si usa anche per realizzare parti di forni sottovuoto.
  • Il tantalio viene utilizzato per la preparazione di impianti chimici grazie alla sua elevata resistenza alla corrosione.
  • In medicina si utilizza in componenti protesiche di anca, ginocchio e spalla

Storia[modifica | modifica wikitesto]

Il tantalio (dal greco antico Tantalos) fu scoperto in Svezia nel 1802 da Anders Ekeberg e isolato nel 1820 da Jöns Berzelius. Molti chimici del tempo pensavano che il niobio e il tantalio fossero lo stesso elemento: questa opinione venne confutata nel 1844 e nel 1866, quando i ricercatori dimostrarono che l'acido niobico e l'acido tantalico erano due composti diversi. I primi ricercatori furono capaci soltanto di isolare il metallo impuro; il primo tantalio metallico relativamente puro e duttile fu prodotto da Werner von Bolton nel 1903. I filamenti di tantalio furono usati nelle lampadine elettriche finché non vennero sostituiti da quelli in tungsteno.

Il nome di questo elemento deriva dal personaggio di Tantalo, padre di Niobe nella mitologia greca, che fu condannato dopo la sua morte a restare immerso nell'acqua fino alle ginocchia, mentre sopra di lui crescevano dei frutti perfetti che lo avrebbero tentato per l'eternità: se si chinava per bere, l'acqua spariva, e se alzava le braccia per cogliere i frutti, i rami che li reggevano si alzavano oltre la sua portata. In un certo senso questo somiglia al comportamento chimico del tantalio: resta fra i reagenti ma non reagisce con nessuno di essi.

Disponibilità[modifica | modifica wikitesto]

Il tantalio si trova soprattutto nel minerale tantalite [(Fe, Mn) Ta2O6] ed euxenite-(Y) (altri minerali: samarskite e fergusonite). La tantalite si trova molto spesso mescolata con la columbite in un minerale chiamato columbite-tantalite (colloquialmente coltan).

Giacimenti di tantalio commercialmente sfruttati esistono in Australia, Brasile, Canada, Repubblica Democratica del Congo, Mozambico, Nigeria, Portogallo e Thailandia.

La separazione del tantalio dal niobio richiede un processo lungo, composto di molte fasi complicate. La produzione commerciale di questo elemento può sfruttare uno di molti metodi diversi, fra cui l'elettrolisi di fluorotantalato di potassio fuso o la sua riduzione con sodio, o la reazione fra carburo di tantalio e ossido di tantalio. Il tantalio si estrae anche come sottoprodotto dell'estrazione dello stagno.

Pericoli legati all'estrazione[modifica | modifica wikitesto]

L'estrazione del coltan ha comportato gravissimi problemi etici, di diritti umani e di protezione dell'ambiente, dovuti allo sfruttamento indiscriminato di giacimenti nelle regioni del Congo da parte delle multinazionali: queste infatti non si fanno scrupolo di ricorrere al finanziamento di guerre per ottenere ad un prezzo minore le loro materie prime.

L'estrazione del tantalio, effettuata nel Congo in condizioni tremende e spesso ad opera di bambini, è stata per lungo tempo la causa della più feroce guerra del mondo dopo il 1945, costata milioni di morti. L'azienda che ha tratto i maggiori profitti da questo traffico illegale in Congo è stata una ditta affiliata al gruppo chimico tedesco Bayer.[2]

Composti[modifica | modifica wikitesto]

Gli scienziati del Los Alamos National Laboratory americano hanno sviluppato un materiale composito di carburo di tantalio e grafite che si è dimostrato uno dei materiali più duri mai fabbricati dall'uomo.

Isotopi[modifica | modifica wikitesto]

Il tantalio reperibile in natura consiste di due isotopi: il Ta-181, che è stabile, e il Ta-180m. Quest'ultimo rappresenta un caso del tutto particolare: è infatti un isomero nucleare dell'isotopo Ta-180 nel quale decade con un'emivita superiore a 1015 (non è stato possibile osservare direttamente il tempo di dimezzamento, è stato possibile solo porre un limite inferiore), mentre il Ta-180 decade per decadimento beta con un'emivita di circa otto ore. Il risultato è che il Ta-180 è l'unico isotopo ad essere presente in natura praticamente solo in uno stato eccitato.

Precauzioni[modifica | modifica wikitesto]

La polvere di questo metallo può incendiarsi e perfino esplodere, se riscaldata.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Tantalo, lenntech.it. URL consultato il 27 aprile 2013.
  2. ^ Tratto da "il libro che le multinazionali non ti farebbero mai leggere" di Klaus Werner-Lobo.

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

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Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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