Propriétés physiques

La découverte du tantale est étroitement liée à la découverte du niobium. Pendant plusieurs décennies, les chimistes ont considéré l'élément columbium, découvert par le chimiste anglais Hatchett en 1802, et le tantale, découvert en 1802 par le Suédois Ekeberg, comme un seul élément. Ce n’est qu’en 1844 que le chimiste allemand Rose a finalement prouvé qu’il s’agissait de deux éléments différents, très similaires dans leurs propriétés. Et comme le tantale doit son nom au héros des mythes grecs antiques Tantale, il a proposé d’appeler « Columbium » niobium en l’honneur de la fille de Tantale, Niobe. Le tantale lui-même tire son nom de l’expression « tourment du tantale », en raison de la futilité des tentatives d’Ekeberg pour dissoudre l’oxyde de cet élément qu’il avait obtenu dans les acides.

Reçu:

Le tantale accompagne presque toujours le niobium dans les tantalites et les niobites. Les principaux gisements de tantalite se situent en Finlande, en Scandinavie et en Amérique du Nord.
La décomposition des minerais de tantale dans la technologie est réalisée en les chauffant avec de l'hydrogénosulfate de potassium dans des récipients en fer, en lixiviant l'alliage avec de l'eau chaude et en dissolvant le résidu d'acide tantalique en poudre restant avec de l'acide niobique contaminé. Ensuite, l'oxyde de tantale est réduit avec du charbon à 1000°C et le métal résultant est séparé sous la forme d'une poudre noire contenant une petite quantité d'oxyde. De plus, de la poudre métallique peut être obtenue en réduisant le TaCl 5 avec de l'hydrogène ou du magnésium, ainsi que du tritantalate de potassium avec du sodium : K 2 TaF 7 + 5Na = Ta + 2KF + 5NaF.
La poudre métallique est transformée en métal compact à l'aide de méthodes de métallurgie des poudres, pressée en « empiles », suivie d'une fusion au plasma ou par faisceau électrique.

Propriétés physiques:

Le tantale est un métal lourd, gris platine, brillant, à teinte bleutée, assez dur, mais extrêmement malléable et ductile ; sa ductilité augmente à mesure qu'elle est nettoyée. Fondre = 3027°C (juste derrière le tungstène et le rhénium). Lourd, densité 16,65 g/cm 3

Propriétés chimiques:

À température ambiante, il présente une résistance chimique exceptionnelle. Hormis l’acide fluorhydrique, le tantale n’est affecté par aucun autre acide, pas même l’eau régale. Il interagit avec un mélange d'acides fluorhydrique et nitrique, d'anhydride sulfurique, de solutions et de fusions d'alcalis, lorsqu'il est chauffé à 300-400°C avec des halogènes, de l'hydrogène, de l'oxygène, de l'azote, au-dessus de 1000°C - avec du carbone.
Dans les composés, il présente un état d'oxydation de +5. Cependant, des composés de tantale avec des états d'oxydation inférieurs sont également connus : TaCl 4, TaCl 3, TaCl 2.

Les connexions les plus importantes :

Oxyde de tantale (V) Le Ta 2 O 5 à l'état pur est obtenu le plus commodément par calcination du métal de tantale pur dans un courant d'oxygène ou par décomposition de l'hydroxyde de Ta (OH) 5. L'oxyde de tantale (V) est une poudre blanche, insoluble dans l'eau et les acides (à l'exception de l'acide fluorhydrique), avec une densité de 8,02. Il ne change pas lorsqu'il est calciné à l'air, dans une atmosphère de sulfure d'hydrogène ou dans des vapeurs de soufre. Cependant, à des températures supérieures à 1 000 °C, l’oxyde réagit avec le chlore et le chlorure d’hydrogène. L'oxyde de tantale (V) est dimorphe. Aux températures ordinaires, sa modification rhombique est stable.

Tantalates et acide tantalique. En fusionnant l'oxyde de tantale (V) avec des alcalis ou des carbonates de métaux alcalins, on obtient des tantalates - des sels de métatantale HTaO 3 et des acides orthotantaliques H 3 TaO 4 . Il existe également des sels de composition M 5 TaO 5 . Substances cristallines. utilisé comme ferroélectrique.
Les acides tantaliques sont des précipités gélatineux blancs à teneur en eau variable ; même ceux fraîchement préparés ne se dissolvent pas dans les acides chlorhydrique et nitrique. Ils se dissolvent bien dans les solutions HF et alcalines. En technologie, l'acide tantalique est généralement obtenu en décomposant le double fluorure de tantale et de potassium (heptafluorotantalate de potassium) avec de l'acide sulfurique.
Chlorure de tantale (V), cristaux, hygroscopiques, hydrolysés par l'eau, solubles dans CS 2 et CCl 4. Il est utilisé dans la production et le revêtement du tantale.
Pentafluorure de tantale. Peut être obtenu en faisant réagir du pentachlorure avec du fluorure d'hydrogène liquide. Il forme des prismes incolores et est hydrolysé par l'eau. Fondre=96,8°С, bouillir=229°С. Utilisé pour appliquer des revêtements de tantale.
Heptafluorotantalate de potassium- K 2 TaF 7 est un composé complexe pouvant être obtenu en faisant réagir du pentafluorure de tantale avec du fluorure de potassium. Cristaux blancs, stables à l'air. Hydrolysé par l'eau : K 2 TaF 7 + H 2 O -> Ta 2 O 5 *nH 2 O + KF + HF

Application:

Le tantale combinant d'excellentes propriétés métalliques avec une résistance chimique exceptionnelle, il s'est révélé parfaitement adapté à la fabrication d'instruments chirurgicaux et dentaires tels que des pointes de pincettes, des aiguilles d'injection, des aiguilles, etc. Dans certains cas, il peut remplacer le platine.
Ils sont également utilisés pour la fabrication de condensateurs, de cathodes de tubes électroniques, d'équipements de l'industrie chimique et de l'énergie nucléaire, et de filières pour la production de fibres artificielles. Carbure, siliciure, nitrure de tantale - matériaux résistants à la chaleur, composants d'alliages durs et résistants à la chaleur.
Des alliages de tantale résistants à la chaleur, de niobium et de tungstène sont utilisés dans la technologie des fusées et de l'espace.

E. Rosenberg.

Sources : Tantale // Bibliothèque populaire d'éléments chimiques Maison d'édition "Science", 1977.
Tantale // Wikipédia. Date de mise à jour : 12/12/2017. (date d'accès : 20/05/2018).
// S.I. Levchenkov. Un bref aperçu de l'histoire de la chimie/SFU.

Tantale métallique ouvert assez récemment, soit en 1802. Le chimiste suédois A.G. a eu la chance de découvrir ce métal. Ekeberg. Lors de l'étude de deux nouveaux minéraux découverts dans les pays scandinaves, il s'est avéré qu'en plus des éléments connus, ils contenaient également des éléments non étudiés auparavant. Le scientifique n'a jamais pu isoler le métal du minéral sous sa forme pure, car cela a posé de grandes difficultés.

À cet égard, le métal inexploré doit son nom à un héros de la mythologie de la Grèce antique, après quoi il a été écrit mythe de Tantale. Après cela, pendant plus de 40 ans, on a cru que tantale et niobium- c'est le même métal. Cependant, un chimiste allemand a prouvé la différence entre les métaux, puis un autre allemand a isolé le tantale sous sa forme pure, et cela ne s'est produit qu'en 1903.

Production en série de produits laminés et produits au tantale n’a commencé que pendant la Seconde Guerre mondiale. Aujourd'hui, cet élément est appelé « métal intelligent », car l'électronique en développement rapide ne peut s'en passer.

Description et propriétés du tantale

Tantale est un métal avec une dureté et une densité atomique élevées. Dans les éléments chimiques périodiques, le tantale est situé en position 73. Dans la pratique mondiale, il est d'usage de désigner ce métal par une combinaison de deux lettres, à savoir Ta. À pression atmosphérique et à température ambiante, le tantale a une couleur argentée métallique caractéristique. Le film d'oxyde qui se forme à la surface du métal va lui donner une teinte plombée.

Élément tantale inactif à température ambiante. L'oxydation de la surface de ce métal par l'air n'est possible qu'à des températures supérieures à 280 degrés. Le tantale réagit avec les halogènes à une température 30 degrés inférieure à celle de l'air. Dans ce cas, un film protecteur se forme sur la surface, ce qui empêche une pénétration ultérieure des éléments oxydants dans les profondeurs du métal.

Élément chimique tantale avec un point de fusion assez élevé. Ainsi, il fait 3290 K et le point d'ébullition atteint 5731 K. Malgré sa densité élevée (16,7 g/cm3) et sa dureté, il est assez plastique. En termes de ductilité, le tantale peut être comparé. Le métal pur est très facile et pratique à travailler.

Il est facile à usiner, par exemple, il peut être étalé jusqu'à une épaisseur de 1 à 10 microns. Il convient également de noter que le tantale est paramagnétique. Une caractéristique intéressante de ce métal commence à apparaître à une température de 800 degrés : le tantale absorbe 740 de ses volumes de gaz.

Il existe déjà un certain nombre de faits dans la pratique mondiale qui indiquent l'excellente durabilité de ce métal dans des environnements très agressifs. Par exemple, on sait que le tantale n’est pas endommagé même par l’acide nitrique à 70 %. L'acide sulfurique jusqu'à 150 degrés ne conduit pas non plus à une destruction corrosive, mais déjà à 200 degrés, le métal commencera à se dissoudre à un rythme de 0,006 mm/an.

Certains faits de production indiquent également que le tantale est beaucoup plus résistant que les aciers inoxydables austénitiques. Il existe donc un cas connu dans lequel pièces en tantale a duré 20 ans de plus que les pièces en acier inoxydable.

Un autre fait intéressant est que le tantale est utilisé pour la séparation catalytique de l’or. On en fabrique des cathodes sur lesquelles le métal noble est à son tour déposé, puis lavé à l'eau régale. Dans ce cas, la cathode et le tantale, grâce à son excellente résistance aux acides, restent intacts.

Applications du tantale

Il y a bien longtemps, ce métal était utilisé pour produire des filaments dans les lampes à incandescence. Aujourd'hui, le tantale et alliages de tantale utilisé dans les industries et produits suivants :

— lors de la fusion d'alliages résistant à la chaleur et à la corrosion (par exemple, pièces de moteurs d'avion) ​​;

— dans l'industrie chimique pour créer des équipements résistants à la corrosion ;

— dans la production métallurgique pour la production de métaux des terres rares ;

— lors de la construction de réacteurs nucléaires (le tantale est le métal le plus résistant aux vapeurs de césium) ;

— en raison de sa haute biocompatibilité, le tantale est utilisé pour la fabrication d'implants médicaux et de prothèses ;

- pour la production de supraconducteurs - cryotrons (ce sont des éléments de technologie informatique) ;

- utilisé dans l'industrie militaire pour la fabrication d'obus. L'utilisation de ce métal augmente le pouvoir pénétrant des munitions ;

- des condensateurs basse tension plus efficaces sont fabriqués à partir de tantale ;

- Récemment, le tantale s'est solidement implanté dans les affaires. Cela est dû à la capacité du métal à former des films d'oxyde solides sur la surface, qui peuvent être de différentes couleurs et nuances ;

- un grand nombre de modifications du tantale s'accumule dans les réacteurs nucléaires. À des fins de laboratoire ou militaires, cette modification du métal peut être utilisée comme source de rayonnement gamma ;

— ce métal est utilisé comme principal (après le platine) pour la fabrication d'étalons de masse, qui ont une précision accrue ;

- des intermétalliques composés de tantale ont une dureté et une résistance très élevées, ainsi qu'une résistance accrue à l'oxydation. Ces composés sont utilisés dans les industries aéronautique et spatiale ;

— les carbures de tantale sont utilisés pour la fabrication d'outils coupants à résistance au rouge accrue. L'outil est obtenu par frittage d'un mélange de poudres de carbure. Ces outils sont utilisés dans des conditions très difficiles, par exemple lors de forages à percussion ;

- pentavalent oxyde de tantale nécessaire au soudage du verre en technologie nucléaire.

Gisements de tantale et exploitation minière

Le tantale est un métal rare. Sa quantité dans la croûte terrestre n'est que de 0,0002 %. Ce montant comprend deux modifications du métal : stable et radioactive. Ce métal rare se présente sous la forme de ses propres composés et fait partie de nombreux minéraux. Si le tantale est inclus dans un minéral, il le sera toujours avec le niobium.

Dépôts de composés de tantale et les minéraux se trouvent dans de nombreux pays. Le plus grand gisement de cet élément en Europe se situe en France. Sur le continent africain, l'Égypte possède le plus de tantale. La Chine et la Thaïlande disposent également de réserves élevées de ce métal. Des gisements plus petits se trouvent dans la CEI, au Nigeria, au Canada, en Australie et dans d'autres pays. Cependant, les plus grands gisements découverts à ce jour se trouvent en Australie.

Environ 420 tonnes de tantale sont extraites chaque année dans le monde. Les principales usines de transformation de ce métal sont situées aux États-Unis et en Allemagne. Il convient de noter que la communauté internationale déclare la nécessité d’augmenter la production de ce métal rare. De telles déclarations sont principalement liées à l'augmentation de la production d'électronique, dans laquelle cet élément est intensivement utilisé.

Ainsi, le nombre de champs développés augmente chaque année. Par exemple, aux principaux domaines en développement du monde, d'autres places ont été ajoutées au Brésil, aux États-Unis et en Afrique du Sud. Toutefois, il convient de noter qu'au cours des dix dernières années, il y a eu une intense réduction de la production de tantale. Le chiffre de production le plus bas du 21e siècle a eu lieu en 2010.

Prix ​​du tantale

Le coût du tantale a beaucoup fluctué au cours des 15 dernières années. Ainsi, en 2002-2003 acheter du tantale c'était possible au prix le plus bas. Cette année prix du tantale variait de 340 à 375 dollars le kilogramme. En Russie aujourd'hui, vous pouvez acheter tantale, prix soit 2950 roubles par kilogramme.

Le tantale (Ta) est un élément de numéro atomique 73 et de poids atomique 180,948. C'est un élément d'un sous-groupe secondaire du cinquième groupe, la sixième période du tableau périodique de Dmitri Ivanovitch Mendeleïev. Le tantale à l'état libre dans des conditions normales est un métal gris platine avec une teinte légèrement plombée, conséquence de la formation d'un film d'oxyde (Ta 2 O 5). Le tantale est un métal lourd, réfractaire, assez dur, mais pas cassant en même temps, il est très malléable, facilement usinable, surtout sous sa forme pure ;

Dans la nature, le tantale se présente sous la forme de deux isotopes : le 181 Ta stable (99,99 %) et le 180 Ta radioactif (0,012 %) avec une demi-vie de 10 à 12 ans. Parmi les radioactifs obtenus artificiellement, 182 Ta (demi-vie 115,1 jours) sont utilisés comme indicateur isotopique.

L'élément a été découvert en 1802 par le chimiste suédois A. G. Ekeberg dans deux minéraux trouvés en Finlande et en Suède. Il doit son nom au héros des mythes grecs antiques Tantale en raison de la difficulté de l'isoler. Pendant longtemps, les minéraux colombite, qui contient du columbium (niobium), et tantalite, qui contient du tantale, ont été considérés comme une seule et même chose. Après tout, ces deux éléments sont des compagnons fréquents l’un de l’autre et se ressemblent à bien des égards. Cette opinion a longtemps été considérée comme correcte parmi les chimistes de tous les pays, seulement en 1844, le chimiste allemand Heinrich Rose étudia à nouveau les colombites et les tantalites de divers endroits et y trouva un nouveau métal, aux propriétés similaires au tantale. C'était du niobium. Le tantale métallique pur en plastique a été obtenu pour la première fois par le scientifique allemand W. von Bolton en 1903.

Les principaux gisements de minéraux de tantale se trouvent en Finlande, dans les pays scandinaves, en Amérique du Nord, au Brésil, en Australie, en France, en Chine et dans plusieurs autres pays.

En raison du fait que le tantale possède un certain nombre de propriétés précieuses - bonne ductilité, haute résistance, soudabilité, résistance à la corrosion à températures modérées, caractère réfractaire et un certain nombre d'autres qualités importantes - l'utilisation du soixante-treizième élément est très large. Les domaines d'application les plus importants du tantale sont l'électronique et la construction mécanique. Environ un quart de la production mondiale de tantale est destiné aux industries de l'électricité et du vide. En électronique, il est utilisé pour la fabrication de condensateurs électrolytiques, d’anodes de lampes haute puissance et de grilles. Dans l’industrie chimique, le tantale est utilisé pour fabriquer des pièces de machines utilisées dans la production d’acides, car cet élément possède une résistance chimique exceptionnelle. Le tantale ne se dissout pas même dans un environnement chimiquement agressif comme l'eau régale ! Les métaux, comme les terres rares, sont fondus dans des creusets en tantale. Des radiateurs pour fours à haute température en sont fabriqués. Étant donné que le tantale n'interagit pas avec les tissus vivants du corps humain et ne leur nuit pas, il est utilisé en chirurgie pour maintenir les os ensemble en cas de fractures. Cependant, le principal consommateur d'un métal aussi précieux est la métallurgie (plus de 45 %). Ces dernières années, le tantale a été de plus en plus utilisé comme élément d'alliage dans les aciers spéciaux - ultra-résistant, résistant à la corrosion et à la chaleur. De plus, de nombreux matériaux de structure perdent rapidement leur conductivité thermique : un film d'oxyde ou de sel mal conducteur de la chaleur se forme à leur surface. Les structures en tantale et ses alliages ne sont pas confrontées à de tels problèmes. Le film d'oxyde formé sur eux est mince et conduit bien la chaleur, et possède également des propriétés protectrices anticorrosion.

Non seulement le tantale pur est précieux, mais aussi ses composés. Ainsi, la dureté élevée du carbure de tantale est utilisée dans la fabrication d'outils en carbure pour la coupe à grande vitesse du métal. Les alliages tantale-tungstène confèrent une résistance à la chaleur aux pièces qui en sont constituées.

Propriétés biologiques

En raison de sa haute compatibilité biologique - la capacité de s'entendre avec les tissus vivants sans provoquer d'irritation ou de rejet de la part du corps - le tantale a été largement utilisé en médecine, principalement en chirurgie reconstructive - pour restaurer le corps humain. De fines plaques de tantale sont utilisées pour endommager le crâne - elles comblent les cassures du crâne. La médecine connaît un cas où une oreille artificielle a été fabriquée à partir d'une plaque de tantale, et la peau transplantée de la cuisse s'est si bien et si rapidement enracinée que bientôt l'organe artificiel n'a plus pu être distingué du véritable. Les fils de tantale sont utilisés pour restaurer les tissus musculaires endommagés. Les chirurgiens utilisent des plaques de tantale pour fixer les parois de la cavité abdominale après les opérations. Même les vaisseaux sanguins peuvent être connectés à l’aide de trombones en tantale. Les réseaux fabriqués à partir de ce matériau unique sont utilisés dans la fabrication de prothèses oculaires. Les fils fabriqués à partir de ce métal sont utilisés pour remplacer les tendons et même pour coudre des fibres nerveuses.

L'utilisation du pentoxyde de tantale Ta 2 O 5 n'est pas moins répandue - il est proposé d'utiliser son mélange avec une petite quantité de trioxyde de fer pour accélérer la coagulation du sang.

Au cours de la dernière décennie, une nouvelle branche de la médecine s'est développée, basée sur l'utilisation de champs électriques statiques à courte portée pour stimuler des processus biologiques positifs dans le corps humain. De plus, les champs électriques ne se forment pas à cause des sources d'énergie électrique traditionnelles alimentées par secteur ou par batterie, mais à cause de revêtements d'électret fonctionnant de manière autonome (un diélectrique qui retient une charge électrique non compensée pendant une longue période), appliqués aux implants à diverses fins, largement utilisé en médecine.

Actuellement, des résultats positifs de l'utilisation de films électret de pentoxyde de tantale ont été obtenus dans les domaines médicaux suivants : chirurgie maxillo-faciale (l'utilisation d'implants recouverts de Ta 2 O 5 élimine l'apparition de processus inflammatoires et réduit le temps de greffe d'implant) ; dentisterie orthopédique (le revêtement des prothèses en plastique acrylique avec un film de pentoxyde de tantale élimine toutes les manifestations pathologiques possibles causées par l'intolérance aux acrylates); chirurgie (utilisation d'un applicateur à électret dans le traitement des défauts de la peau et du tissu conjonctif lors de processus de plaies non cicatrisantes à long terme, d'escarres, d'ulcères neurotrophiques, de blessures thermiques) ; traumatologie et orthopédie (accélération du développement du tissu osseux dans le traitement des fractures et des maladies du système musculo-squelettique humain sous l'influence d'un champ statique créé par un film de revêtement électret).

Tous ces développements scientifiques uniques sont devenus possibles grâce au travail scientifique de spécialistes de l'Université électrotechnique d'État de Saint-Pétersbourg (LETI).

Outre les domaines énumérés ci-dessus dans lesquels des revêtements uniques au pentoxyde de tantale sont déjà utilisés ou sont en cours d'introduction, certains développements en sont à leurs tout premiers stades. Il s'agit notamment de développements dans les domaines suivants de la médecine : cosmétologie (production d'un matériau à base de revêtements de pentoxyde de tantale, qui remplacera les « fils d'or ») ; chirurgie cardiaque (application de films d'électret sur la surface interne des vaisseaux sanguins artificiels, empêchant la formation de caillots sanguins) ; endoprothèses (réduction du risque de rejet des prothèses en interaction constante avec le tissu osseux). De plus, un instrument chirurgical recouvert d’un film de pentoxyde de tantle est en cours de création.

On sait que le tantale est très résistant aux environnements agressifs, comme en témoignent de nombreux faits. Ainsi, à une température de 200 °C, ce métal n'est pas affecté par 70 % d'acide nitrique ! Dans l'acide sulfurique à une température de 150 °C, la corrosion du tantale n'est pas non plus observée, et à 200 °C le métal se corrode, mais seulement de 0,006 mm par an !

Il existe un cas connu où, dans une entreprise utilisant du gaz chlorhydrique, des pièces en acier inoxydable sont tombées en panne après seulement quelques mois. Cependant, dès que l'acier a été remplacé par le tantale, même les pièces les plus fines (0,3...0,5 mm d'épaisseur) se sont révélées pratiquement indéfinies - leur durée de vie est passée à 20 ans !

Le tantale, avec le nickel et le chrome, est largement utilisé comme revêtement anticorrosion. Il couvre des pièces d'une grande variété de formes et de tailles : creusets, tuyaux, tôles, tuyères de fusée et bien plus encore. De plus, le matériau sur lequel le revêtement de tantale est appliqué peut être très divers : fer, cuivre, graphite, quartz, verre et autres. Le plus intéressant est que la dureté du revêtement de tantale est trois à quatre fois supérieure à la dureté du tantale technique sous forme recuite !

Le tantale étant un métal très précieux, la recherche de ses matières premières se poursuit aujourd'hui. Les minéralogistes ont découvert que les granites ordinaires, en plus d'autres éléments précieux, contiennent également du tantale. Une tentative d'extraction du tantale des roches granitiques a été faite au Brésil, le métal a été obtenu, mais une telle extraction n'a pas atteint une échelle industrielle - le processus s'est avéré extrêmement coûteux et complexe.

Les condensateurs électrolytiques au tantale modernes sont stables, fiables et durables. Les condensateurs miniatures fabriqués à partir de ce matériau, utilisés dans divers systèmes électroniques, en plus des avantages ci-dessus, ont une qualité unique : ils peuvent effectuer eux-mêmes leurs réparations ! Comment cela peut-il arriver? Supposons que l'intégrité de l'isolation soit compromise en raison d'une chute de tension ou pour une autre raison - instantanément, un film d'oxyde isolant se forme à nouveau sur le site de la panne et le condensateur continue de fonctionner comme si de rien n'était !

Sans aucun doute, le terme « métal intelligent », apparu au milieu du XXe siècle, c'est-à-dire un métal qui aide les machines intelligentes à fonctionner, peut à juste titre être attribué au tantale.

Dans certains domaines, le tantale remplace et parfois même concurrence le platine ! Ainsi, dans le travail de la joaillerie, le tantale remplace souvent un métal noble plus coûteux dans la fabrication de bracelets, boîtiers de montres et autres bijoux. Dans un autre domaine, le tantale rivalise avec succès avec le platine - les balances analytiques standard fabriquées à partir de ce métal ne sont pas de qualité inférieure à celles en platine.

De plus, le tantale remplace l'iridium, plus cher, dans la production de plumes pour stylos automatiques.

En raison de ses propriétés chimiques uniques, le tantale a trouvé une application comme matériau pour les cathodes. Ainsi, les cathodes de tantale sont utilisées dans la séparation électrolytique de l'or et de l'argent. Leur valeur réside dans le fait que les sédiments de métaux nobles peuvent être lavés à l'eau régale, ce qui ne nuit pas au tantale.

On peut certainement parler du fait qu'il y a quelque chose de symbolique, sinon mystique, dans le fait que le chimiste suédois Ekeberg, essayant de saturer une nouvelle substance avec des acides, a été frappé par sa « soif » et a donné un nom au nouvel élément en l'honneur du méchant mythique qui a tué son propre fils et trahi les dieux. Et deux cents ans plus tard, il s'est avéré que cet élément est capable de littéralement « coudre » une personne et même de « remplacer » ses tendons et ses nerfs ! Il s'avère que le martyr, qui croupit dans le monde souterrain, expie sa culpabilité en aidant l'homme, tente de demander pardon aux dieux...

Histoire

Tantale est un héros des mythes grecs anciens, un roi lydien ou phrygien, fils de Zeus. Il révéla les secrets des dieux de l'Olympe, vola l'ambroisie de leur festin et offrit aux Olympiens un plat préparé à partir du corps de son propre fils Pélops, qu'il tua. Pour ses atrocités, Tantale a été condamné par les dieux au tourment éternel de la faim, de la soif et de la peur dans le monde souterrain d'Hadès. Depuis, il se tient debout jusqu'au cou dans une eau transparente et cristalline, les branches courbées vers sa tête sous le poids des fruits mûrs. Seulement, il ne peut étancher ni sa soif ni sa faim : l'eau descend dès qu'il essaie de boire, et les branches sont soulevées par le vent, aux mains d'un tueur affamé. Un rocher pend au-dessus de la tête de Tantale, qui pourrait s'effondrer à tout moment, obligeant le malheureux pécheur à souffrir à jamais de peur. Grâce à ce mythe est née l’expression « tourment de tantale », désignant une souffrance insupportable, des tentatives éthérées pour se libérer du tourment. Apparemment, lors des tentatives infructueuses du chimiste suédois Ekeberg pour dissoudre la « terre » qu'il a découverte en 1802 dans des acides et en isoler un nouvel élément, c'est cette expression qui lui est venue à l'esprit. Plus d'une fois, le scientifique a pensé qu'il était proche de son objectif, mais il n'a jamais pu isoler le nouveau métal sous sa forme pure. C'est ainsi qu'est apparu le nom « martyre » du nouvel élément.

La découverte du tantale est étroitement liée à la découverte d'un autre élément - le niobium, né un an plus tôt et s'appelait à l'origine Columbia, qui lui a été donné par son découvreur Hatchet. Cet élément est un jumeau du tantale et s’en rapproche dans un certain nombre de propriétés. C’est cette proximité qui a induit en erreur les chimistes qui, après de nombreux débats, sont parvenus à la conclusion erronée que le tantale et le columbium étaient le même élément. Cette idée fausse a duré plus de quarante ans, jusqu'à ce qu'en 1844 le célèbre chimiste allemand Heinrich Rose, lors d'une étude répétée des colombites et des tantalites provenant de divers gisements, prouve que le columbium est un élément indépendant. Le Columbia étudié par Gatchet était du niobium à forte teneur en tantale, ce qui a induit le monde scientifique en erreur. En l'honneur d'une relation si étroite entre les deux éléments, Rose a donné à la Colombie le nouveau nom Niobium - en l'honneur de la fille du roi phrygien Tantale Niobia. Bien que Rose ait également commis l'erreur d'avoir prétendument découvert un autre nouvel élément, qu'il a nommé Pélopius (en hommage au fils de Tantale, Pélops), son travail est devenu la base d'une distinction stricte entre le niobium (Columbium) et le tantale. Seulement, même après le témoignage de Rose, tantale et niobium furent longtemps confondus. Le tantale était donc appelé columbium, en Russie columbus. Hess, dans ses « Principes de chimie pure » jusqu'à sa sixième édition (1845), ne parle que du tantale, sans mentionner la Colombie ; Dvigubsky (1824) mentionne le nom de tantale. De telles erreurs et réserves sont compréhensibles - la méthode de séparation du tantale et du niobium n'a été développée qu'en 1866 par le chimiste suisse Marignac, et en tant que tel, le tantale élémentaire pur n'existait pas encore : après tout, les scientifiques ont pu obtenir ce métal dans son pur compact ne se forme qu’au 20e siècle. Le premier à pouvoir obtenir du tantale métallique fut le chimiste allemand von Bolton, et cela ne s'est produit qu'en 1903. Auparavant, bien sûr, des tentatives ont été faites pour obtenir du tantale pur, mais tous les efforts des chimistes ont échoué. Par exemple, le chimiste français Moissan a obtenu une poudre métallique qu'il prétendait être du tantale pur. Cependant, cette poudre, obtenue en réduisant le pentoxyde de tantale Ta 2 O 5 avec du carbone dans un four électrique, n'était pas du tantale pur ; la poudre contenait 0,5 % de carbone ;

En conséquence, une étude détaillée des propriétés physico-chimiques du soixante-treizième élément n’est devenue possible qu’au début du XXe siècle. Pendant plusieurs années encore, le tantale n’a pas trouvé d’utilisation pratique. Ce n’est qu’en 1922 qu’il a pu être utilisé dans les redresseurs AC.

Être dans la nature

La teneur moyenne du soixante-treizième élément dans la croûte terrestre (clarke) est de 2,5∙10 -4 % en masse. Le tantale est un élément caractéristique des roches acides - granites et coquilles sédimentaires, dans lesquelles sa teneur moyenne atteint 3,5∙10 -4%, comme pour les roches ultrabasiques et basiques - les parties supérieures du manteau et les parties profondes de la croûte terrestre, le la concentration de tantale y est beaucoup plus faible : 1,8∙10 -6 %. Le tantale est dispersé dans les roches d'origine ignée, ainsi que dans la biosphère, car il est isomorphe avec de nombreux éléments chimiques.

Malgré la faible teneur en tantale de la croûte terrestre, ses minéraux sont très répandus - il en existe plus d'une centaine, à la fois des minéraux de tantale eux-mêmes et des minerais contenant du tantale, tous formés en relation avec l'activité magmatique (tantalite, colombite, loparite, pyrochlore et autres). Dans tous les minéraux, le compagnon du tantale est le niobium, ce qui s'explique par l'extrême similitude chimique des éléments et la taille presque identique de leurs ions.

Les minerais de tantale eux-mêmes ont un rapport Ta 2 O 5 : Nb 2 O 5 ≥1. Les principaux minéraux des minerais de tantale sont la colombite-tantalite (teneur en Ta 2 O 5 30-45 %), la tantalite et la manganotantalite (Ta 2 O 5 45-80 %), la wodginite (Ta, Mn, Sn) 3 O 6 (Ta 2 O 5 60-85%), microlite Ca 2 (Ta, Nb) 2 O 6 (F, OH) (Ta 2 O 5 50-80%) et autres. La tantalite (Fe, Mn)(Ta, Nb) 2 O 6 existe en plusieurs variétés : ferrotantalite (FeO>MnO), manganotantalite (MnO>FeO). La tantalite se décline en différentes nuances allant du noir au rouge-brun. Les principaux minéraux des minerais de tantale-niobium, à partir desquels, avec le niobium, est extrait du tantale beaucoup plus cher, sont la colombite (Ta 2 O 5 5-30 %), le pyrochlore contenant du tantale (Ta 2 O 5 1-4 %) , loparite (Ta 2 O 5 0,4-0,8 %), gatchettolite (Ca, Tr, U) 2 (Nb, Ta) 2 O 6 (F, OH)∙nH 2 O (Ta 2 O 5 8-28 %), ixiolite (Nb , Ta, Sn, W, Sc) 3 O 6 et quelques autres. Les niobates de tantale contenant U, Th, TR sont métamictes, hautement radioactifs et contiennent des quantités variables d'eau ; les modifications polymorphes sont courantes. Les tantale-niobates forment de petites disséminations, les grandes allocations sont rares (les cristaux sont typiques principalement de la loparite, du pyrochlore et de la colombite-tantalite). Couleur noir, brun foncé, jaune brunâtre. Généralement translucide ou légèrement translucide.

Il existe plusieurs principaux types industriels et génétiques de gisements de minerai de tantale. Les pegmatites à métaux rares du type natro-lithium sont représentées par des corps veineux zonés constitués d'albite, de microcline, de quartz et, dans une moindre mesure, de spodumène ou de pétalite. Les granites contenant du tantale (apogranites) à métaux rares sont représentés par de petits stocks et des dômes de granites à microcline-quartz-albite, souvent enrichis en topaze et en micas de lithium contenant une fine dissémination de colombite-tantalite et de microlite. Les croûtes d'altération, les placers déluvial-alluviaux et alluviaux résultant de la destruction des pegmatites contiennent de la cassitérite et des minéraux du groupe colombite-tantalite. Syénites néphéliniques à loparite de composition lujavrite et foyalite.

De plus, des gisements de minerais complexes de tantale-niobium, représentés par des carbonatites et des roches forstérite-apatite-magnétite associées, sont impliqués dans une utilisation industrielle ; granites alcalins et granosyénites à microcline-albite riebeckite et autres. Une partie du tantale est extraite des wolframites des gisements de greisen.

Les plus grands gisements de minerais de titane se trouvent au Canada (Manitoba, Bernick Lake), en Australie (Greenbushes, Pilbara), en Malaisie et en Thaïlande (placeurs d'étain contenant du tantale), au Brésil (Paraiba, Rio Grande do Norte) et dans un certain nombre de pays africains. États (Zaïre, Nigéria, Rhodésie du Sud).

Application

Le tantale a trouvé son application technique assez tard - au début du 20e siècle, il était utilisé comme matériau pour les filaments à incandescence des lampes électriques, en raison de la qualité de ce métal, comme son caractère réfractaire. Cependant, il perdit rapidement de son importance dans ce domaine, remplacé par le tungstène, moins cher et plus réfractaire. Le tantale est redevenu « techniquement inadapté » jusqu'aux années vingt du 20e siècle, lorsqu'il a commencé à être utilisé dans les redresseurs à courant alternatif (le tantale, recouvert d'un film d'oxyde, ne laisse passer le courant que dans un seul sens), et un an plus tard - dans les tubes radio . Après quoi, le métal a gagné en popularité et a rapidement commencé à conquérir de plus en plus de nouveaux domaines industriels.

De nos jours, en raison de ses propriétés uniques, le tantale est utilisé en électronique (production de condensateurs à capacité spécifique élevée). Environ un quart de la production mondiale de tantale est destiné aux industries de l'électricité et du vide. En raison de la grande inertie chimique du tantale lui-même et de son film d'oxyde, les condensateurs électrolytiques au tantale sont très stables en fonctionnement, fiables et durables : leur durée de vie peut atteindre plus de douze ans. En ingénierie radio, le tantale est utilisé dans les équipements radar. Les mini-condensateurs au tantale sont utilisés dans les émetteurs radio, les installations radar et autres systèmes électroniques.

Le principal consommateur de tantale est la métallurgie, qui utilise plus de 45 % du métal produit. Le tantale est activement utilisé comme élément d'alliage dans les aciers spéciaux - ultra-résistant, résistant à la corrosion et à la chaleur. L'ajout de cet élément aux aciers au chrome conventionnels augmente leur résistance et réduit la fragilité après durcissement et recuit. La production d’alliages résistants à la chaleur constitue un besoin majeur pour la technologie des fusées et de l’espace. Dans les cas où les tuyères de fusée sont refroidies par du métal liquide pouvant provoquer de la corrosion (lithium ou sodium), il est tout simplement impossible de se passer d'un alliage tantale-tungstène. De plus, les éléments chauffants pour les fours à vide à haute température, les éléments chauffants et les mélangeurs sont fabriqués à partir d'aciers résistants à la chaleur. Le carbure de tantale (point de fusion 3 880 °C) est utilisé dans la fabrication d'alliages durs (mélanges de carbures de tungstène et de tantale - nuances d'indice TT), pour les conditions les plus difficiles de travail des métaux et de perçage par percussion rotative des matériaux les plus résistants (pierre, composites). ).

Les aciers alliés au tantale sont largement utilisés, par exemple en génie chimique. Après tout, ces alliages ont une résistance chimique exceptionnelle, ils sont ductiles, résistants à la chaleur et résistants à la chaleur ; c'est grâce à ces propriétés que le tantale est devenu un matériau de structure indispensable pour l'industrie chimique. Les équipements au tantale sont utilisés dans la production de nombreux acides : chlorhydrique, sulfurique, nitrique, phosphorique, acétique, ainsi que le brome, le chlore et le peroxyde d'hydrogène. Des serpentins, des distillateurs, des vannes, des mélangeurs, des aérateurs et de nombreuses autres pièces d'appareils chimiques en sont fabriqués. Parfois - des appareils entiers. Les cathodes de tantale sont utilisées dans la séparation électrolytique de l'or et de l'argent. L'avantage de ces cathodes est que les dépôts d'or et d'argent peuvent être lavés à l'eau régale, ce qui n'endommage pas le tantale.

De plus, le tantale est utilisé dans la fabrication d'instruments (équipements à rayons X, instruments de contrôle, diaphragmes) ; en médecine (matériel pour la chirurgie reconstructive) ; dans l'énergie nucléaire - comme échangeur de chaleur pour les systèmes d'énergie nucléaire (le tantale est le plus stable de tous les métaux dans les matières fondues surchauffées et les vapeurs de césium 133). La grande capacité du tantale à absorber les gaz est utilisée pour maintenir un vide poussé (appareils électriques à vide).

Ces dernières années, le tantale a été utilisé comme matériau de bijouterie en raison de sa capacité à former des films d'oxyde durables de n'importe quelle couleur sur la surface.

Les composés du tantale sont également largement utilisés. Le pentoxyde de tantale est utilisé dans la technologie nucléaire pour faire fondre le verre qui absorbe les rayonnements gamma. Le fluorantalate de potassium est utilisé comme catalyseur dans la production de caoutchouc synthétique. Le pentoxyde de tantale joue également le même rôle lors de la production de butadiène à partir d'alcool éthylique.

Production

On sait que les minerais contenant du tantale sont rares et pauvres en cet élément. Les principales matières premières pour la production de tantale et de ses alliages sont des concentrés de tantalite et de loparite contenant seulement 8 % de Ta 2 O 5 et plus de 60 % de Nb 2 O 5. De plus, même les minerais qui ne contiennent que des centièmes de pour cent (Ta, Nb) 2 O 5 sont traités !

La technologie de production du tantale est assez complexe et s'effectue en trois étapes : ouverture ou décomposition ; séparation du tantale du niobium et obtention de leurs composés chimiques purs ; récupération et raffinage du tantale.

L'ouverture du concentré de tantale, c'est-à-dire l'extraction du tantale des minerais, s'effectue à l'aide d'alcalis (fusion) ou à l'aide d'acide fluorhydrique (décomposition) ou d'un mélange d'acides fluorhydrique et sulfurique. Après quoi, ils passent à la deuxième étape de la production : l’extraction et la séparation du tantale et du niobium. Cette dernière tâche est très difficile en raison de la similitude des propriétés chimiques de ces métaux et de la taille presque identique de leurs ions. Jusqu'à récemment, les métaux n'étaient séparés que par la méthode proposée en 1866 par le chimiste suisse Marignac, qui exploitait la solubilité différente du fluorotantalate de potassium et du fluoroniobate de potassium dans l'acide fluorhydrique dilué. L'industrie moderne utilise plusieurs méthodes pour séparer le tantale et le niobium : extraction avec des solvants organiques, réduction sélective du pentachlorure de niobium, cristallisation fractionnée de sels fluorures complexes, séparation par résines échangeuses d'ions, rectification des chlorures. Actuellement, la méthode de séparation la plus couramment utilisée (c'est aussi la plus avancée) est l'extraction à partir de solutions de composés fluorés de tantale et de niobium contenant des acides fluorhydrique et sulfurique. Dans le même temps, le tantale et le niobium sont purifiés des impuretés d'autres éléments : silicium, titane, fer, manganèse et autres éléments apparentés. Quant aux minerais de loparite, leurs concentrés sont traités selon la méthode au chlore pour produire un condensat de chlorures de tantale et de niobium, qui sont ensuite séparés par rectification. La séparation d'un mélange de chlorures comprend les étapes suivantes : rectification préliminaire (séparation des chlorures de tantale et de niobium des impuretés qui les accompagnent), rectification principale (pour obtenir un concentré pur de NbCl 5 et TaCl 5) et rectification finale de la fraction de tantale (pour obtenir du TaCl pur 5). Suite à la séparation des métaux apparentés, la phase tantale est précipitée et purifiée pour produire du fluorantalate de potassium de pureté accrue (en utilisant du KCl).

Le tantale métallique est obtenu par réduction de ses composés de haute pureté, pour lesquels plusieurs méthodes peuvent être utilisées. Il s'agit soit de la réduction du tantale du pentoxyde avec de la suie à une température de 1800-2000°C (méthode carbothermique), soit de la réduction du fluorotantalate de potassium avec du sodium lorsqu'il est chauffé (méthode thermique au sodium), soit de la réduction électrochimique d'une masse fondue contenant du fluorotantalate de potassium et oxyde de tantale (méthode électrolytique). D'une manière ou d'une autre, le métal est obtenu sous forme de poudre avec une pureté de 98 à 99 %. Afin d'obtenir du métal en lingots, celui-ci est fritté sous forme de billettes pré-comprimées à partir de poudre. Le frittage se produit en faisant passer un courant à une température de 2 500 à 2 700 °C ou en chauffant sous vide à une température de 2 200 à 2 500 °C. Après quoi la pureté du métal augmente considérablement, devenant égale à 99,9-99,95 %.

Pour un raffinage ultérieur et une production de lingots de tantale, la fusion électrique sous vide est utilisée dans des fours à arc avec une électrode consommable, et pour un raffinage plus profond, la fusion par faisceau d'électrons est utilisée, ce qui réduit considérablement la teneur en impuretés du tantale, augmente sa ductilité et réduit la température. de transition vers un état fragile. Le tantale d'une telle pureté conserve une grande ductilité à des températures proches du zéro absolu ! La surface d'un lingot de tantale est fondue (pour donner les caractéristiques requises à la surface du lingot) ou traitée sur un tour.

Propriétés physiques

Ce n'est qu'au début du XXe siècle que les scientifiques ont mis la main sur du métal de tantale pur et ont pu étudier en détail les propriétés de ce métal gris clair avec une teinte plombifère légèrement bleutée. Quelles qualités possède cet élément ? Décidément, le tantale est un métal lourd : sa densité est de 16,6 g/cm 3 à 20°C (à titre de comparaison, le fer a une densité de 7,87 g/cm 3, la densité du plomb est de 11,34 g/cm 3) et pour le transport un mètre cube Cet élément nécessiterait six camions de trois tonnes. Une résistance et une dureté élevées sont combinées à d'excellentes caractéristiques plastiques. Le tantale pur se prête bien au traitement mécanique, est facilement estampé, transformé en feuilles et fils les plus fins (environ 0,04 mm d'épaisseur) (module d'élasticité du tantale 190 Hn/m2 ou 190·102 kgf/mm2 à 25 °C). A froid, le métal peut être travaillé sans écrouissage important et est sujet à des déformations avec un taux de compression de 99 % sans cuisson intermédiaire. La transition du tantale d’un état ductile à un état fragile n’est pas observée même lorsqu’il est refroidi à -196 °C. La résistance à la traction du tantale recuit de haute pureté est de 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) à 27 °C et de 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) à 490 °C ; allongement relatif 36% (à 27 °C) et 20% (à 490 °C). Le tantale a un réseau cubique centré (a = 3,296 A) ; rayon atomique 1,46 A, rayons ioniques Ta 2+ 0,88 A, Ta 5+ 0,66 A.

Comme mentionné précédemment, le tantale est un métal très dur (la dureté Brinell des feuilles de tantale à l'état recuit est de 450 à 1 250 MPa, à l'état déformé de 1 250 à 3 500 MPa). De plus, il est possible d'augmenter la dureté du métal en y ajoutant un certain nombre d'impuretés, par exemple du carbone ou de l'azote (la dureté Brinell d'une feuille de tantale après absorption des gaz lors du chauffage augmente jusqu'à 6000 MPa). En conséquence, les impuretés interstitielles contribuent à une augmentation de la dureté Brinell, de la résistance à la traction et de la limite d'élasticité, mais elles réduisent les caractéristiques de plasticité et augmentent la fragilité à froid, en d'autres termes, elles rendent le métal cassant ; D'autres caractéristiques du soixante-treizième élément sont sa conductivité thermique élevée, à 20-100 °C, cette valeur est de 54,47 W/(m∙K) ou 0,13 cal/(cm·sec·°С) et son caractère réfractaire (peut-être le plus une propriété physique importante du tantale) - il fond à près de 3 000 °C (plus précisément à 2 996 °C), juste derrière le tungstène et le rhénium. Le point d’ébullition du tantale est également extrêmement élevé : 5 300 °C.

Quant aux autres propriétés physiques du tantale, sa chaleur spécifique à des températures de 0 à 100 °C est de 0,142 kJ/(kg K) ou 0,034 cal/(g °C) ; le coefficient de température de dilatation linéaire du tantale est de 8,0·10 -6 (à des températures de 20 à 1 500 °C). La résistivité électrique du soixante-treizième élément à 0 °C est de 13,2 · 10 -8 ohm·m, à 2000 °C de 87 · 10 -8 ohm·m. À 4,38 K, le métal devient supraconducteur. Le tantale est paramagnétique, susceptibilité magnétique spécifique 0,849·10 -6 (à 18 °C).

Ainsi, le tantale possède un ensemble unique de propriétés physiques : coefficient de transfert de chaleur élevé, capacité élevée à absorber les gaz, résistance à la chaleur, caractère réfractaire, dureté et plasticité. De plus, il se distingue par une résistance élevée - il se prête bien au traitement sous pression selon toutes les méthodes existantes : forgeage, emboutissage, laminage, emboutissage, torsion. Le tantale se caractérise par une bonne soudabilité (soudage et brasage sous argon, hélium ou sous vide). De plus, le tantale présente une résistance exceptionnelle aux produits chimiques et à la corrosion (avec formation d'un film anodique), une faible pression de vapeur et un faible travail de travail électronique, et, en outre, il s'entend bien avec les tissus vivants du corps.

Propriétés chimiques

L'une des propriétés les plus précieuses du tantale est sans aucun doute sa résistance chimique exceptionnelle : à cet égard, il est juste derrière les métaux nobles, et même dans ce cas, pas toujours. Il résiste aux acides chlorhydrique, sulfurique, nitrique, phosphorique et organique de toutes concentrations (jusqu'à une température de 150°C). En termes de stabilité chimique, le tantale est similaire au verre - il est insoluble dans les acides et leurs mélanges, même l'eau régale ne le dissout pas, contre lequel l'or et le platine et un certain nombre d'autres métaux précieux sont impuissants. Le soixante-treizième élément n'est soluble que dans un mélange d'acides fluorhydrique et nitrique. De plus, la réaction avec l'acide fluorhydrique se produit uniquement avec des poussières métalliques et s'accompagne d'une explosion. Même dans les acides chlorhydrique et sulfurique chauds, le tantale est plus résistant que son frère jumeau, le niobium. Cependant, le tantale est moins résistant aux alcalis : les solutions chaudes d'alcalis caustiques corrodent le métal. Les sels d'acides tantaliques (tantalates) sont exprimés par la formule générale : xMe 2 O yTa 2 O 5 H 2 O, ceux-ci comprennent les métatantalates MeTaO 3, les orthotantalates Me 3 TaO 4, des sels comme Me 5 TaO 5, où Me est un métal alcalin ; en présence de peroxyde d'hydrogène, des pertantalates se forment également. Les tantalates de métaux alcalins les plus importants sont KTaO 3 et NaTaO 3 ; ces sels sont ferroélectriques.

La haute résistance à la corrosion du tantale est également indiquée par son interaction avec l'oxygène atmosphérique, ou plutôt par sa haute résistance à cette influence. Le métal ne commence à s'oxyder qu'à 280 °C, se recouvrant d'un film protecteur de Ta 2 O 5 (le pentoxyde de tantale est le seul oxyde métallique stable), qui protège le métal de l'action des réactifs chimiques et empêche la circulation du courant électrique. du métal à l’électrolyte. Cependant, avec une augmentation de la température jusqu'à 500°C, le film d'oxyde devient progressivement poreux, se délamine et se sépare du métal, privant la surface de la couche protectrice contre la corrosion. Par conséquent, il est conseillé d'effectuer un traitement sous pression à chaud sous vide, car dans l'air, le métal s'oxyde à une profondeur importante. La présence d'azote et d'oxygène augmente la dureté et la résistance du tantale, tout en réduisant simultanément sa ductilité et en rendant le métal cassant, et, comme mentionné précédemment, le tantale forme une solution solide et un oxyde Ta 2 O 5 avec l'oxygène (avec une augmentation de la Teneur en O 2 dans le tantale, il se produit une forte augmentation des propriétés de résistance et une forte diminution de la ductilité et de la résistance à la corrosion). Le tantale réagit avec l'azote pour former trois phases - une solution solide d'azote dans le tantale, des nitrures de tantale : Ta 2 N et TaN - dans la plage de température de 300 à 1 100°C. Il est possible d’éliminer l’azote et l’oxygène du tantale sous vide poussé (à des températures supérieures à 2 000 °C).

Le tantale réagit faiblement avec l'hydrogène jusqu'à ce qu'il soit chauffé à 350 °C ; la vitesse de réaction n'augmente de manière significative qu'à partir de 450 °C (de l'hydrure de tantale se forme et le tantale devient cassant). Le même chauffage sous vide (supérieur à 800 °C) permet d'éliminer l'hydrogène, au cours duquel les propriétés mécaniques du tantale sont restaurées et l'hydrogène est complètement éliminé.

Le fluor agit sur le tantale déjà à température ambiante et le fluorure d'hydrogène réagit également avec le métal. Le chlore sec, le brome et l'iode ont un effet chimique sur le tantale à des températures de 150 °C et plus. Le chlore commence à interagir activement avec le métal à une température de 250 °C, le brome et l'iode à une température de 300 °C. Le tantale commence à interagir avec le carbone à des températures très élevées : 1 200 à 1 400 °C, et il se forme des carbures de tantale réfractaires, très résistants aux acides. Le tantale se combine avec le bore pour former des borures - des composés solides et réfractaires résistants aux effets de l'eau régale. Le tantale forme des solutions solides continues avec de nombreux métaux (molybdène, niobium, titane, tungstène, vanadium et autres). Le tantale forme des solutions solides limitées avec l'or, l'aluminium, le nickel, le béryllium et le silicium. Le tantale ne forme aucun composé avec le magnésium, le lithium, le potassium, le sodium et certains autres éléments. Le tantale pur résiste à de nombreux métaux liquides (alliages Na, K, Li, Pb, U-Mg et Pu-Mg).

Le tantale est un métal blanc argenté avec un point de fusion élevé. Ce chiffre est de 3017 degrés Celsius. Le tantale a une grande valeur pour l'industrie moderne, car il se caractérise par sa dureté, mais en même temps il est ductile comme l'or. Le métal a fait ses preuves en usinage ; il peut être roulé en fil fin et peut être estampé.

Le tantale a été découvert pour la première fois par le chimiste suédois A.G. Ekeberg. Ce minéral faisait partie de deux minéraux trouvés en Finlande et en Suède. À cette époque, aucune méthode n’avait été trouvée permettant d’obtenir ce métal sous sa forme pure. L'extraction du métal à l'échelle industrielle a commencé relativement récemment - en 1922.

Le tantale possède d'excellentes propriétés paramagnétiques. Le métal pur ne réagit pas avec les alcalis, les acides organiques et inorganiques. L'oxydation du tantale dans l'air se produit à des températures supérieures à 250 degrés Celsius. Si nous parlons de sa résistance chimique aux réactifs, alors à cet égard, il est similaire au verre.

Extraction et production de tantale

Le tantale est classé parmi les métaux rares. Dans la nature, il existe sous forme d'isotopes stables et radioactifs. À l'heure actuelle, une vingtaine de minéraux de tantale et une soixantaine de minéraux contenant ce métal sont isolés. Le plus grand gisement de tantale a été découvert en Australie. Ce minéral est également extrait en Chine, en France, dans les pays de la CEI, au Brésil et au Canada. La région de Mourmansk produit la majeure partie du tantale découvert dans les gisements de la Fédération de Russie.

Le tantale dispose d'une technologie de production assez complexe. Pour l'obtenir, plus de trois mille tonnes de minerai sont traitées, ce qui fait que le métal a un coût très élevé, dépassant 4 500 dollars le kilogramme.

Applications du tantale

Le métal a reçu un large éventail d'utilisations. Au stade initial de la production, il était principalement utilisé pour produire du fil pour lampes à incandescence. De nos jours, une large gamme de produits est fabriquée à partir de métal et de ses alliages. Les équipements les plus populaires et les plus demandés sont les équipements pour l'industrie chimique et les échangeurs de chaleur pour les systèmes d'énergie nucléaire. Le fil de tantale est activement utilisé dans les cryotrons.

Le métal a trouvé de nombreuses applications dans la médecine moderne. Ici, il est utilisé pour produire des fils, des feuilles et des feuilles destinés à la fixation des tissus et des nerfs et à la fabrication de prothèses.

Le tantale est très demandé dans la fabrication de bijoux. Dans ce domaine, sa capacité à former un film d'oxyde durable, d'aspect irisé, a été appréciée. Le métal est utilisé dans les industries nucléaire et militaire, où il sert à fabriquer des armes. Avec le hafnium, il peut constituer une source idéale de rayonnement gamma. Dans la production d'équipements aérospatiaux, on utilise du bérylide de titane, réputé pour son excellente dureté et sa résistance aux facteurs environnementaux négatifs.

À l'avenir, le champ d'application de ce métal s'élargira encore davantage, car il possède d'excellentes propriétés chimiques et physiques.

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Tantale- métal gris clair avec une teinte légèrement bleutée. En termes de caractère réfractaire (point de fusion d'environ 3 000°C), il est juste derrière le tungstène et le rhénium. Une résistance et une dureté élevées sont combinées à d'excellentes caractéristiques plastiques. Le tantale pur se prête bien à divers traitements mécaniques, est facilement estampé et transformé en feuilles et fils les plus fins (environ 0,04 millimètres d'épaisseur).

Le tantale a un réseau cubique centré sur le corps (a = 3,296 Å) ; rayon atomique 1,46 Å, rayons ioniques Ta 2+ 0,88 Å, Ta 5+ 0,66 Å ; densité 16,6 g/cm 3 à 20 °C ; tpl 2996 °C ; Température maximale 5300 °C ; capacité thermique spécifique à 0-100°C 0,142 kJ/(kg K) ; conductivité thermique à 20-100 °C 54,47 W/(m K). Coefficient de température de dilatation linéaire 8,0·10 -6 (20-1500 °C) ; résistivité électrique spécifique à 0 °C 13,2·10 -8 ohm·m, à 2000 °С 87·10 -8 ohm·m.

À 4,38 K, il devient supraconducteur. Le tantale est paramagnétique, susceptibilité magnétique spécifique 0,849·10 -6 (18 °C). Le tantale pur est un métal ductile qui peut être traité par pression à froid sans durcissement significatif. Il peut être déformé avec un taux de réduction de 99% sans recuit intermédiaire. La transition du tantale d'un état ductile à un état fragile lors du refroidissement à -196 °C n'a pas été détectée.

Le module élastique du tantale est de 190 H/m 2 (190·10 2 kgf/mm 2) à 25 °C. La résistance à la traction du tantale recuit de haute pureté est de 206 MN/m2 (20,6 kgf/mm2) à 27 °C et de 190 MN/m2 (19 kgf/mm2) à 490 °C ; allongement relatif 36% (27 °C) et 20% (490 °C). La dureté Brinell du tantale pur recristallisé est de 500 Mn/m2 (50 kgf/mm2). Les propriétés du tantale dépendent en grande partie de sa pureté ; les impuretés d'hydrogène, d'azote, d'oxygène et de carbone rendent le métal cassant.