Tantal

Za druga značenja, pogledajte Tantal (čvor).

Tantal je hemijski element sa simbolom Ta i atomskim brojem 73. Ranije poznat kao tantalij, dobio je ime po Tantalu, mitološkom božanstvu iz antičke Grčke.^[6] Tantal je rijetki, tvrdi, plavo-sivi, sjajni prelazni metal, izrazito otporan na koroziju. Spada u grupu vatrostalnih metala, koji su dosta korišteni kao sporedne komponente u legurama. Hemijska inertnost tantala čini ga vrlo vrijednom supstancom za izradu laboratorijske opreme kao i zamjenu za platinu. Danas se ovaj metal koristi za tantalske kondenzatore u elektronskoj opremi kao što su mobiteli, DVD uređaji, sistemi video-igara i računara. Tantal, uvijek kao pratnja hemijski sličnog elementa niobija, javlja se u mineralima tantalitu, kolumbitu kao i koltanu (mješavini kolumbita i tantalita).

Tantal,  ₇₃Ta

Tantal u periodnom sistemu
↓                                                                     ↓                                                             →                                                             →
Hemijski element, Simbol, Atomski broj	Tantal, Ta, 73
Serija	Prelazni metali
Grupa, Perioda, Blok	5, 6, d
Izgled	sivi metal
CAS registarski broj	7440-25-7
Zastupljenost	8 · 10-4[1] %
Atomske osobine
Atomska masa	180,94788(2)[2] u
Atomski radijus (izračunat)	145 (200) pm
Kovalentni radijus	138 pm
Van der Waalsov radijus	? pm
Elektronska konfiguracija	[Xe] 4f145d36s2
Broj elektrona u energetskom nivou	2, 8, 18, 32, 11, 2
1. energija ionizacije	761 kJ/mol
2. energija ionizacije	1500 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje	čvrsto
Mohsova skala tvrdoće	6,5
Kristalna struktura	kubična prostorno centrirana
Gustoća	16650[3] kg/m3 pri 293,15 K
Magnetizam	paramagnetičan (Χm = 1,8 · 10−4)[4]
Tačka topljenja	3290 K (3017 °C)
Tačka ključanja	5693[5] K (5420 °C)
Molarni volumen	10,85 · 10-6 m3/mol
Toplota isparavanja	753[5] kJ/mol
Toplota topljenja	36 kJ/mol
Brzina zvuka	3400 m/s pri 293,15 K
Specifična toplota	140 J/(kg · K)
Specifična električna provodljivost	7,61 · 106 S/m
Toplotna provodljivost	57 W/(m · K)
Hemijske osobine
Oksidacioni broj	5
Elektrodni potencijal	-0,81 V (½Ta2O5 + 5H+ + 5e- → Ta + 2½ H2O)
Elektronegativnost	1,5 (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR 177Ta sin 56,56 h ε 1,166 177Hf 178Ta sin 2,36 h ε 1,910 178Hf 179Ta sin 1,82 god ε 0,110 179Hf 180Ta sin 8,125 h ε 0,854 180Hf β- 0,708 180W 180mTa 0,012 % >2 · 106 god ε 0,929 180Hf β- 0,783 180W IT 0,075 180Ta 181Ta 99,988 % Stabilan 182Ta sin 114,43 d β- 1,814 182W 183Ta sin 5,1 d β- 1,070 183W
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja prah F Lahko zapaljivo
Obavještenja o riziku i sigurnosti	R: 11 S: 43
Ako je moguće i u upotrebi, koriste se osnovne SI jedinice. Ako nije drugačije označeno, svi podaci dobijeni su mjerenjima u normalnim uvjetima.

Historija

Tantal je otkrio Anders Ekeberg u Švedskoj 1802. godine.^[7][8] Godinu ranije, Charles Hatchett je otkrio element kolumbij.^[9] Godine 1809. engleski hemičar William Hyde Wollaston usporedio je okside izvedene iz oba elementa, kolumbija (kolumbit) sa gustoćom od 5,918 g/cm³, te tantala (tantalit) čija gustoća iznosi 7,935 g/cm³. Zaključio je da su ta dva oksida, i pored razlika u izmjerenoj gustoći, bila ista. Odlučio je da zadrži naziv tantal za taj element.^[10] Nakon što je Friedrich Wöhler potvrdio Wollastonova mjerenja, tadašnji naučnici su zaključili da su kolumbij i tantal zapravo isti hemijski element. Međutim, ovaj zaključak je 1846. opovrgnuo njemački hemičar Heinrich Rose, koji je tvrdio da u uzorku tantalita ima dva elementa. Dao im je imena po djeci mitološkog Tantala: niobij (prema Niobi, božici suza) i pelopij (prema Pelopu).^[11][12] Kasnije je pretpostavljeni element "pelopij" identificiran kao mješavina tantala i niobija, a dokazano je da je niobij zapravo kolumbij kojeg je već 1801. otkrio Hatchett.

Tek 1864. Christian Wilhelm Blomstrand^[13] i Henri Etienne Sainte-Claire Deville su nedvosmisleno dokazali da postoje razlike između tantala i niobija, što je također utvrdio i Louis J. Troost, koji je 1865. odredio empirijske formule za neke od njihovih spojeva.^[13][14] Kasnija potvrda došla je 1866. od švicarskog hemičara Jean Charles Galissard de Marignaca,^[15] koji je također dokazao da se radi o samo dva elementa. Međutim, ova otkrića nisu zaustavila neke naučnike koje su sve do 1871. objavljivali članke o takozvanom ilmeniju.^[16] De Marignac je prvi dobio metalni oblik tantala 1864. kada je reducirao tantal-hlorid zagrijavajući ga u atmosferi vodika.^[17] Prvi istraživači su uspijevali dobiti samo nečisti tantal, a prvi relativno čisti duktilni metal dobio je Werner von Bolton 1903. u Charlottenburgu (Berlin). Sve dok ga nije zamijenio volfram, žice načinjene od metalnog tantala su se koristile kao filamenti za sijalice.^[18]

Naziv za element tantal izveden je iz istoimenog mitološkog bića, oca Niobe iz grčke mitologije. U predaji stoji da je on nakon smrti kažnjen da stoji u vodi do koljena a iznad glave mu raste prekrasno voće, a oboje ga vječito muči. (Ako se sagne da pije vodu, ona se povuće ispod nivoa do kojeg on može dosegnuti, a ako pokuša ubrati voće, grane se podignu iznad njegovog dosega).^[19] Ekeberg je napisao "Ovaj metal kojeg nazivam tantal... djelimično kao aluziju na nemogućnost metala da, kada je uronjen u kiselinu, ne apsorbira je i postane zasićena".^[3]

Decenijama, komercijalna tehnologija za razdvajanje tantala od niobija uključivala je frakcijsku kristalizaciju kalij-heptafluortantalata iz kalij-oksipentafluorniobat monohidrata. Taj proces je razvio de Marignac 1866. godine. Ova metoda je prevaziđena a danas se koristi izdvajanje (ekstrakcija) rastvarača iz rastvora tantala koji sadrže fluoride.^[14]

Osobine

Fizičke

Tantal je tamni (plavo-sivi),^[20] gusti, duktilni, veoma tvrdi metal, lahko obradiv i izuzetno dobro provodi toplotu i električnu struju. Metal je poznat po svojoj otpornosti na koroziju pomoću kiselina; zapravo na temperaturama ispod 150 °C, tantal je gotovo u potpunosti "imun" na napad, obično vrlo agresivne, aqua regie. Može se rastvarati u fluorovodičnoj kiselini ili kiselim rastvorima koji sadrže fluoridni ion i sumpor-trioksid, kao i u rastvorima kalij-hidroksida. Visoka tačka topljenja tantala od 3017 °C (tačka ključanja 5458 °C) premašuje većinu elemenata osim volframa, renija, osmija (kod metala) i ugljika.

Ovaj metal postoji u dvije kristalne faze: alfa i beta. Alfa faza je relativno duktilnija i mekša; ima prostorno-centriranu kubičnu strukturu (prostorna grupa, Im3m, konstanta rešetke a = 0,33058 nm), tvrdoću po Knoopu 200 do 400 HN a specifični električni otpor 15–60 µΩּcm. Beta faza je tvrđa i krhkija; njena kristalna simetrija je tetragonalna (prostorna grupa P42/mnm, konstante rešetke a = 1,0194 nm i c = 0,5313 nm), tvrdoću po Knoopu 1000 do 1300 HN i relativno veliki specifični električni otpor od 170 do 210 µΩּcm. Međutim, beta faza je metastabilna te prelazi u alfa fazu nakon zagrijavanja na 750–775 °C. Tantal u većim komadima gotovo u potpunosti se sastoji iz alfa faze, dok se beta faza pojavljuje obično u vidu tankih slojeva dobijenih procesima katodnog raspršavanja (engleski: sputtering), hemijske dispozicije parom (CVD) ili elektrohemijskom dispozicijom iz eutektičnih rastvora istopljenih soli.^[21]

Hemijske

Tantal gradi okside u kojima je u oksidacijskim stanjima +5 (Ta₂O₅) i +4 (TaO₂).^[22] Najstabilnije oksidacijsko stanje mu je +5, kao što je to slučaj kod tantal-pentoksida.^[22] Ovaj spoj je početni materijal za dobijanje nekoliko drugih spojeva tantala. Spojevi se dobijaju rastvaranjem pentoksida u bazičnim hidroksidnim rastvorima ili njihovim topljenjem sa drugim metalnim oksidima. Neki od primjera su litij-tantalat (LiTaO₃) i lantan-tantalat (LaTaO₄). Kod litij-tantalata, ne javlja se tantalatni ion TaO−
3, umjesto njega ovaj dio formule se predstavlja vezama oktaedralnog TaO7−
6 koji gradi trodimenzionalni okvir perovskita, dok lantan-tantalat sadržio usamljene tetraedarske TaO3−
4 grupe.^[22]

Fluoridi tantala se mogu iskoristiti za njihovo odvajanje od niobija.^[23] Tantal gradi halogene spojeve u oksidacijskim stanjima +5, +4 i +3 tipa TaX₅, TaX₄ i TaX₃, mada su poznati i višejezgreni kompleksi i substehiometrijski spojevi.^[22][24] Tantal-pentafluorid (TaF₅) jest bijela supstanca čija je tačka topljenja 97,0 °C dok je tantal-pentahlorid (TaCl₅) također bijeli ali s tačkom topljenja od 247,4 °C. Tantal-pentahlorid se hidrolizira vodom i reagira s dodatnim tantalom pri povišenim temperaturama dajući crni i veoma higroskopni tantal-tetrahlorid (TaCl₄). I dok se trihalidi mogu dobiti redukcijom pentahalida s vodikom, dihalidi uopće ne postoje.^[22] Legure tantala i telur grade kvazikristale.^[22] Godine 2008. su otkriveni spojevi tantala čija oksidacijska stanja se kreću i do -1.^[25]

Kao što je to slučaj i kod većine drugih vatrostalnih metala, najtvrđi poznati spojevi tantala su njegovi stabilni nitridi i karbidi. Tantal-karbid, Tac, kao i mnogo više korišteni volfram-karbid, je veoma tvrdi keramički materijal, korišten također za izradu alata za sječenje. Tantal(III)-nitrid se koristi kao tanki film-izolator u nekim procesima proizvodnje mikroelektronskih komponenti.^[26] Hemičari pri Nacionalnoj laboratoriji u Los Alamosu, SAD, razvili su kompozitni materijal od tantal-karbida i grafita, koji je prozvan najtvrđim materijalom ikad sintetiziranim. Korejski istraživači razvili su amorfnu leguru od tantala, volframa i bakra, koja je mnogo fleksibilnija i dva do tri puta jača od običnih čeličnih legura.^[27] Postoji i dva tantal-aluminida: TaAl₃ i Ta₃Al. Oni su vrlo stabilni, vatrostalni i reflektivni, a postoji ideja^[28] o njihovoj upotrebi kao ogledala za infracrvene talase.

Izotopi

Tantal u prirodi se sastoji iz dva izotopa: ^180mTa (sa udjelom od 0,012%) i ¹⁸¹Ta (99,988%). Izotop ¹⁸¹Ta je stabilan. Za izotop ^180mTa (m označava metastabilno stanje) se pretpostavlja da se raspada na tri načina: izomerskom tranzicijom na osnovno stanje ¹⁸⁰Ta, beta raspadom na ¹⁸⁰W ili zahvatom elektrona na ¹⁸⁰Hf. Međutim, radioaktivnost ovog nuklearnog izomera nikad nije potvrđena niti izmjerena, a postavljena je samo donja granica njegovog vremena poluraspada od 2,0 × 10¹⁶ godina.^[29]

Osnovno stanje izotopa ¹⁸⁰Ta ima vrijeme poluraspada od samo 8 sati. ^180mTa je jedini nuklearni izomer koji se javlja u prirodi (ne računajući radiogenske i kosmogenske kratkožive nuklide). Također je i najrjeđi izotop u svemiru, ako se računa elementarna rasprostranjenost tantala i izomerski udio ^180mTa u prirodnoj smjesi izotopa (ni ovdje se ne računaju radiogenski i kosmogenski kratkoživi nuklidi).^[30] Tantal se teoretski proučavao kao materijal za radioaktivnu atomsku "prljavu bombu" (iako je kobalt mnogo poznatiji materijal za tu hipotetsku namjenu). U takvoj bombi vanjska ljuska napravljena od ¹⁸¹Ta bi bila izložena intenzivnoj radijaciji visokoenergetskog neutronskog toka iz hipotetske eksplozije nuklearne bombe. Na taj način tantal bi prešao (transmutirao) u radioaktivni izotop ¹⁸²Ta, čije vrijeme poluraspada iznosi 114,4 dana proizvodeći gama-zrake sa otprilike 1,12 MeV (miliona elektron-volti) energije po atomu, što bi znatno povećalo radioaktivnost nuklearnog otpada nastalog poslije eksplozije tokom nekoliko mjeseci. Takve "prljave" bombe nikad nisu napravljene niti testirane, barem u mjeri da nije javno objavljeno, a zasigurno nikad nisu korištene kao oružje.^[31]

Tantal se može upotrebljavati kao materijal za mete za snopove ubrzanih protona, koji se koriste za dobijanje raznih kratkoživućih izotopa poput ⁸Li, ⁸⁰Rb i ¹⁶⁰Yb.^[32]

Rasprostranjenost

Tantalit, distrikt Pilbara, Australija

Procjenjuje se da tantala ima od 1 ppm^[33] do 2 ppm^[24] u Zemljinoj kori (računajući po masi). Postoji veći broj vrsta minerala tantala, a od onih koji se dosad koriste u industriji kao sirovine izdvajaju se: tantalit, mikrolit, wodginit, euksenit i polikras. Tantalit (Fe, Mn)Ta₂O₆ je najvažniji mineral za dobijanje tantala. On ima istu mineralnu strukturu kao i kolumbit (Fe, Mn) (Ta, Nb)₂O₆. Tamo gdje je više tantala nego niobija obično se naziva tantalit, dok je tamo gdje dominira niobij naziva se kolumbit (ili niobit). Zbog velike gustoće tantalita i drugih minerala koji sadrže ovaj metal, gravitaciona separacija je najbolji metod za korištenje. Među drugim tantalovim mineralima su i samarskit i fergusonit.

Proizvođači tantala 2015: Ruanda je najveći među njima

Primarno rudarenje ruda tantala odvija se u Australiji, gdje najveći proizvođač kompanija Global Advanced Metals, ranije poznata kao Talison Minerals, upravlja s dva rudnika u Zapadnoj Australiji: Greenbushes na jugozapadu i Wodgina u regiji Pilbara. Rudnik Wodgina je ponovno otvoren u januaru 2011. nakon što je privremeno zatvoren krajem 2008. zbog svjetske ekonomske krize.^[34] Međutim, kompanija ga je opet zatvorila nakon godinu dana rada zbog "smanjenja potražnje za tantalom" i drugih faktora, pa je kopanje tantalove rude prestalo krajem februara 2012.^[35] U tom rudniku se uglavnom dobijao koncentrat tantala, a koji se dalje u fabrici Greenbushes dalje obogaćivao i takav dalje prodavao kupcima.^[36] Najveći proizvođači niobija nalaze se u Brazilu i Kanadi, a tamošnja ruda također sadrži i manje količine tantala. Neke druge države kao što su Kina, Etiopija i Mozambik imaju rudnike sa veoma visokim udjelom tantala, te tako imaju značajan udio u svjetskoj proizvodnji tantala. Ovaj metal proizvode i Tajland i Malezija ali kao sporedni proizvod pri kopanju ruda kalaja. Tokom gravitacione separacije ruda iz sedimentnih depozita, ne pronalazi se samo kasiterit (SnO₂) već i manji dio tantalita. Šljaka iz topionica kalaja tako sadrži i ekonomski iskoristive količine tantala, koji se mogu vaditi i šljake.^[14][37]

Svjetski proizvođači tantala 2006: Australija je bila vodeća po proizvodnji ovog metala

Svjetska rudnička proizvodnja tantala doživjela je vrlo važan geografski pomak od početka 21. vijeka kada se većina svjetske proizvodnje dolazila iz Australija i Brazila. Počev od 2007. pa sve do 2014. osnovni izvori ruda tantala dramatično su pomjereni u Ruandu, DR Kongo i neke druge afričke zemlje.^[38] Pretpostavlja se da se neki budući izvori tantala, gledajući po procijenjenoj veličini, istražuju u Saudijskoj Arabiji, Egiptu, Grenlandu, Kini, Mozambiku, Kanadi, Australiji, SAD, Finskoj i Brazilu.^[39][40] Neke procjene navode da je ostalo manje od 50 godina do potpunog iscrpljivanja izvora tantala, zasnovano na trenutnoj stopi ekstrakcije, što naglašava potrebu povećanja njegovog recikliranja.^[41]

Strateški resurs

Tantal se smatra jednim od geostrateških resursa. Koltan, što je zapravo industrijsko ime za kolumbitsko-tantalitni mineral iz kojeg se izdvajaju niobij (tj. kolumbij) i tantal,^[42] može se naći na području Centralne Afrike, što je razlog zašto se tantal dovodi u vezu sa ratom u Demokratskoj Republici Kongo (bivši Zair). Prema izvještaju Ujedinjenih nacija od 23. oktobra 2003,^[43] krijumčarenje i izvoz koltana pomogli su raspirivanju sukoba u Kongu. Ova kriza bila je uzrok smrti 5,4 miliona ljudi na svim zaraćenim stranama od 1998.^[44] čineći taj konflikt najsmrtonosnijim u svijetu od kraja Drugog svjetskog rata.

Etička pitanja o odgovornom ponašanju kompanija, stanju ljudskih prava i ugrožavanju došla su u prvi plan, zbog eksploatacije resursa kao što je koltan, u oružanim sukobima u regiji oko bazena Konga.^{[45][46][47][48]} Međutim, iako je za ekonomiju Konga vrlo važno, doprinos rudarenja koltana u Kongu svjetskoj ponudi tantala je relativno malehan. Izvještaji Američkog geološkog zavoda u njihovom godišnjaku, navode da ovo područje proizvodi manje od 1% ukupne svjetske proizvodnje tantala tokom perioda od 2002. do 2006. a svoj vrhunac doživjelo je 2000. i 2008. godine kada je imalo udio od 10% svjetske proizvodnje.^[37] Projekat Solutions for Hope Tantalum (bos. Rješenja za nadu u vezi tantala) navodi cilj svog djelovanja da crpi tantal iz Demokratske Republike Kongo bez izazivanja konflikta.^[49]

Dobijanje

Trend proizvodnje tantala do 2012.^[50]

Za izdvajanje tantala iz tantalita potrebno je izvršiti nekoliko procesa i faza. Prva od njih je drobljenje minerala te zatim njegovo koncentriranje putem gravitacione separacije. Ovo se pretežno obavlja u blizini rudnika.

Hemijsko rafiniranje

Tantala često sadrže značajne količine niobija, koji je također vrlo vrijedan metal. Kao takvi, oba metala se izdvajaju u svrhu iskorištavanja i prodaje. Sveukupni proces spada u hidrometalurgija. Razvijen je veliki broj hemijskih procedura i metoda za razlaganja primarnih izvora. Neke od tih metoda su usvojene za komercijalnu proizvodnju dok su neke testirane samo u relativno manjim obimima. Također neke procedure su isprobane samo u laboratorijskim uslovima. Sve one se uglavnom dijele na redukciju na metalni oblik ili dobijanje spojeva (preko aluminotermijskih ili karbotermijskih reakcija redukcije), zatim hlorinaciju, spajanje baza ili rastvaranje u kiselinama. Izdvajanje počinje izluživanjem, fazom u kojoj se ruda tretira s fluorovodičnom i sumpornom kiselinom da bi se dobili hidrogenfluoridi rastvorljivi u vodi. Time se omogućava da se ovi metali izdvoje iz raznih nemetalnih nečistoća sadržanih u rudi.

Ta₂O₅ + 14 HF → 2 H₂[TaF₇] + 5 H₂O

Nb₂O₅ + 10 HF → 2 H₂[NbOF₅] + 3 H₂O

Nakon toga se tantal- i niobij-hidrogenfluoridi izdvajaju iz vodenog rastvora pomoću tečno-tečno ekstrakcije sa organskim otapalima poput cikloheksanona ili metilizobutilketona. Ova faza omogućava jednostavno uklanjanje raznih metalnih nečistoća (npr. željezo, mangan, titanij, cirkonij) koje ostaju u tečnoj fazi u obliku fluorida. Odvajanje tantala od niobija se ostvaruje podešavanjem pH vrijednosti. Niobij "zahtjeva" viši nivo kiselosti da bi ostao rastvoren u organskoj fazi pa se stoga može selektivno izdvojiti ekstrakcijom u manje kiseloj vodi. Čisti rastvori tantal-hidrogenflorida se neutraliziraju tečnim amonijakom dajući tantal-hidroksid (Ta(OH)₅), a koji se dalje kalcinira do tantal-pentoksida (Ta₂O₅).^[24]

H₂[TaF₇] + 5 H₂O + 7 NH₃ → Ta(OH)₅ + 7 NH₄F

2 Ta(OH)₅ → Ta₂O₅ + 5 H₂O

Drugim načinom, tantal-fluorid se može tretirati kalij-fluoridom čime se dobija kalij-heptafluorotantalat (K₂[TaF₇]).

H₂[TaF₇] + 2 KF → K₂[TaF₇] + 2 HF

On se dalje koristi za dobijanje metalnog tantala putem redukcije sa natrijem pri temperaturi od približno 800 °C u istopljenim solima.^[51]

K₂[TaF₇] + 5 Na → Ta + 5 NaF + 2 KF

Starijom metodom, nazvanoj po Jean Charles Galissard de Marignacu (Marignacov proces), odvajao se tantal od niobija tako što se početna vodena smjesa hidrogenfluorida tretirala kalij-fluoridom:

H₂[TaF₇] + 2 KF → K₂[TaF₇] + 2 HF

H₂[NbOF₅] + 2 KF → K₂[NbOF₅] + 2 HF

Dobijeli niobij- i tantal-kalij-fluoridi (K₂[TaF₇], K₂[NbOF₅]) su se mogli razdvojiti putem frakcijske kristalizacije, zbog svoje različite rastvorljivosti u vodi.

Elektroliza

Elektroliza koristi izmijenjenu verziju Hall–Héroultovog procesa. Umjesto neophodnog unosa oksida i zahtjeva da rezultirajući metal bude u tečnom obliku, elektroliza tantala usmjerena je na praškaste, čvrste okside. Ovakav proces su otkrili naučnici na Univerziteta Cambridge 1997. godine kada su male uzorke određenih oksida uronili u kupku istopljenih soli te reducirali oksid električnom strujom. Katoda koristi prah metalnog oksida. Anoda je sačinjena od ugljika. Elektrolit je istopljena so na 1000 °C. Prva rafinerija ovakve vrste ima kapacitet da može zadovoljiti 3% do 4% godišnje svjetske potražnje.^[52]

Obrada metala

Svo zavarivanje tantala se mora obavljati u inertnoj atmosferi argona ili helija kako bi se on zaštitio od kontaminacije atmosferskim gasovima. Tantal se ne može lemiti. On se vrlo teško može sitniti ili mrviti, naročito za potrebe žarenja. U uslovima žarenja, tantal je ekstremno duktilan i vrlo lahko se može izvlačiti u limove.^[53]

Upotreba

Elektronika

Tantalni elektrolitički kondenzator

Najveći dio potrošnje tantala u vidu metalnog praha otpada na proizvodnju elektroničkih komponenti, pretežno kondenzatora i nekih veoma snažnih otpornika. Tantalni elektrolitički kondenzatori iskorištavaju sposobnost ovog metala da gradi zaštitni sloj oksida na svojoj površini, koristeći metalni prah, presovan u obliku peleta kao jednu ploču kondenzatora, a druga je elektrolitički rastvor ili provodljiva čvrsta supstanca, dok je oksid dielektrik. Pošto dielektrični sloj može biti veoma tanak (tanji nego, naprimjer, slični sloj kod aluminijskog elektrolitičkog kondenzatora), sa vrlo malehnim zapreminama može se postići relativno visok kapacitet. Zbog tako male veličine i prednosti u težini, tantalski kondenzatori su prikladni za prenosne telefone, računare i elektroniku u automobilima.^[54]

Legure

Tantal se često koristi za pravljenje raznih legura koje imaju visoke tačke topljenja, veliku duktilnost i snagu. Legirana s drugim metalima, također se koristi za proizvodnju karbidnih alata u opremi za obradu metala kao i za proizvodnju superlegura korištenih za komponente mlaznih motora, raznu opremu u hemijskoj industriji, nuklearnim reaktorima i dijelovima raketa.^[54][55] Zbog svoje duktilnosti, tantal se može izvlačiti u tanke žice ili filamente, a koji se dalje koriste za dobijanje metalnih para poput aluminijevih. Pošto je otporan na tjelesne tečnosti i ne iritira organizam, tantal se također dosta upotrebljava za izradu hirurških instrumenata i implantata. Naprimjer, porozni pokrivni sloj tantala se koristi u izradi ortopedskih implantata zbog osobine tantala da gradi direktne veze sa čvrstim tkivom.^[56]

Tantal je intertan u odnosu na većinu kiselina izuzev fluorovodične i vruće sumporne, a vrući bazični rastvori također mogu korodirati ovaj metal. Zbog ove osobine, vrlo je koristan pri izradi laboratorijskog posuđa te cijevi kroz koje teku korozivne tečnosti. Toplotnoizmjenjivačke zavojnice za parno zagrijavanje hlorovodične kiseline napravljene su od tantala.^[57] Metal se široko koristi u proizvodnji ultra visokofrekventnih elektronskih cijevi za radio odašiljače. Tantal je u mogućnosti "uhvatiti" atome kisika i dušika gradeći nitride i okside pa na taj način pomaže u održavanju visokog nivoa vakuuma u cijevima.^[23][57]

Drugo

Bimetalne kovanice koje je izdala Centralna banka Kazahstana, gdje je od srebra sačinjen "prsten" dok je u centru tantal.

Zbog visoke tačke topljenja i otpornosti na oksidaciju, tantal se koristi za proizvodnju dijelova za vakuumske peći. Pošto je ovaj metal izuzetno inertan, od njega se izrađuje cijeli niz raznih dijelova za koje je potrebno da su otporni na koroziju. U takve dijelove, između ostalih, spadaju dijelovi ventila, pričvršćivači i kućišta termostata ili termometara. Zbog velike gustoće, također se koristi i za konstruiranje kumulativnih bojnih projektila i razorno-probojnih penetratora.^[58] Tantal u velikoj mjeri poboljšava mogućnosti proboja oklopa takvih penetratora, najvećim dijelom zbog velike gustoće i visoke tačke topljenja.^[59][60] Ponegdje se koristi i za izradu dijelova visokovrijednih i luksuznih satova poput onih Audemars Pigueta, F.P. Journea, Hublota, Montblanca, Omege i Paneraija. Ovaj metal je i biološki inertan pa se koristi i kao ortopedski materijal za implantate.^[61] Velika krutost tantala ga čini neophodnim sastojkom za veoma porozne pjene ili materijalom za skelete manje krutosti u implantatima umjetnih kukova kako bi se spriječilo smanjenje gustoće kosti kuka nakon ugradnje implantata.^[62] Pošto je tantal neferični, nemagnetični metal, ovi implantati se smatraju prihvatljivim za pacijente koji se podvrgavaju procedurama pregleda magnetnom rezonansom.^[63] Njegov oksid se koristi za izradu specijalnih stakala sa visokim indeksom prelamanja, korištenim kao sočiva za kamere i fotoaparate.^[64]

Opasnosti

Spojevi tantala su vrlo rijetki u laboratoriji. Ovaj metal je izrazito biokompatibilan,^[61] pa se iz tog razloga često upotrebljava kao implantat i materijal za pokrivanje, čime se pažnja može usmjeriti na druge elemente ili fizičku prirodu hemijskih spojeva.^[65]

Tantal dospijeva u ljudski organizam najčešće na radnom mjestu, bilo putem udisanja, kontakta s očima ili kožom. Američka agencija za radnu sigurnost i zdravlje (OSHA) postavila je zakonske granice (dopuštene granice izlaganja) za tantal na radnom mjestu u visini od 5 mg/m³ tokom osmosatnog radnog vremena. Američki nacionalni institut za radnu sigurnost i zdravlje (NIOSH) postavio je preporučenu granicu izlaganju od 5 mg/m³ tokom osmosatnog radnog vremena te kratkoročnu granicu izlaganja od 10 mg/m³. Pri nivoima od 2500 mg/m³ tantal se smatra neposredno opasnim za život i zdravlje čovjeka.^[66]

Reference

1. Harry H. Binder (1999). Lexikon der chemischen Elemente. Stuttgart: S. Hirzel Verlag. ISBN 3-7776-0736-3.
2. CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
3. N. N. Greenwood; A. Earnshaw (1988). Chemie der Elemente (1 izd.). Weinheim: VCH. str. 1260. ISBN 3-527-26169-9.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
4. Robert C. Weast, ured. (1990). CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton: CRC (Chemical Rubber Publishing Company). str. E-129 do E-145. ISBN 0-8493-0470-9., u navedenom izvoru, vrijednosti su navedene u g/mol. Ovdje je preračunata vrijednost u SI sistemu.
5. Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. u: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, str. 328–337, doi:10.1021/je1011086
6. Euripid, Orest
7. Anders Ekeberg (1802). "Of the Properties of the Earth Yttria, compared with those of Glucine; of Fossils, in which the firts of these Earths in contained; and of the Discovery of a metallic Nature (Tantalium)". Journal of Natural Philosophy, Chemistry, and the Arts. 3: 251–255.
8. Anders Ekeberg (1802). "Uplysning om Ytterjorden egenskaper, i synnerhet i aemforelse med Berylljorden:om de Fossilier, havari förstnemnde jord innehales, samt om en ny uptäckt kropp af metallik natur". Kungliga Svenska vetenskapsakademiens handlingar. 23: 68–83.
9. William P. Griffith; Morris, Peter J. T. (2003). "Charles Hatchett FRS (1765–1847), Chemist and Discoverer of Niobium". Notes and Records of the Royal Society of London. 57 (3): 299. doi:10.1098/rsnr.2003.0216. JSTOR 3557720.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
10. William Hyde Wollaston (1809). "On the Identity of Columbium and Tantalum". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 99: 246–252. doi:10.1098/rstl.1809.0017. JSTOR 107264.
11. Heinrich Rose (1844). "Ueber die Zusammensetzung der Tantalite und ein im Tantalite von Baiern enthaltenes neues Metall". Annalen der Physik (jezik: njemački). 139 (10): 317–341. Bibcode:1844AnP...139..317R. doi:10.1002/andp.18441391006.
12. Heinrich Rose (1847). "Ueber die Säure im Columbit von Nordamérika". Annalen der Physik (jezik: njemački). 146 (4): 572–577. Bibcode:1847AnP...146..572R. doi:10.1002/andp.18471460410.
13. Marignac, Blomstrand; H. Deville; L. Troost; R. Hermann (1866). "Tantalsäure, Niobsäure, (Ilmensäure) und Titansäure". Fresenius' Journal of Analytical Chemistry. 5 (1): 384–389. doi:10.1007/BF01302537.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
14. C. K. Gupta; Suri, A. K. (1994). Extractive Metallurgy of Niobium. CRC Press. ISBN 0-8493-6071-4.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
15. M. C. Marignac (1866). "Recherches sur les combinaisons du niobium". Annales de chimie et de physique (jezik: francuski). 4 (8): 7–75.
16. R. Hermann (1871). "Fortgesetzte Untersuchungen über die Verbindungen von Ilmenium und Niobium, sowie über die Zusammensetzung der Niobmineralien (Further research about the compounds of ilmenium and niobium, as well as the composition of niobium minerals)". Journal für Praktische Chemie (jezik: njemački). 3 (1): 373–427. doi:10.1002/prac.18710030137.
17. "Niobium". Universidade de Coimbra. Arhivirano s originala, 10. 12. 2007. Pristupljeno 28. 9. 2016.
18. Bowers, B. (2001). "Scanning Our Past from London The Filament Lamp and New Materials". Proceedings of the IEEE. 89 (3): 413. doi:10.1109/5.915382.
19. Sule Aycan (2005). "Chemistry Education and Mythology". Journal of Social Sciences. 1 (4): 238–239. doi:10.3844/jssp.2005.238.239.
20. Colakis, Marianthe; Masello, Mary Joan. "Tantalum". Classical Mythology & More: A Reader Workbook. ISBN 978-0-86516-573-1. Nepoznati parametar |datum= zanemaren (prijedlog zamjene: |date=) (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
21. Lee S; Doxbeck M.; Mueller J.; Cipollo M.; Cote P. (2004). "Texture, structure and phase transformation in sputter beta tantalum coating". Surface and Coatings Technology. 177–178: 44. doi:10.1016/j.surfcoat.2003.06.008.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
22. Holleman, A. F.; Wiberg, E.; Wiberg, N. (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102. izd.). de Gruyter. ISBN 978-3-11-017770-1.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
23. Donald J. Soisson; McLafferty, J. J.; Pierret, James A. (1961). "Staff-Industry Collaborative Report: Tantalum and Niobium". Ind. Eng. Chem. 53 (11): 861–868. doi:10.1021/ie50623a016.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
24. Anatoly Agulyansky (2004). The Chemistry of Tantalum and Niobium Fluoride Compounds. Elsevier. ISBN 978-0-444-51604-6. Pristupljeno 30. 9. 2016.
25. Morse, P. M.; Shelby, Q. D.; Kim, D. Y.; Girolami, G. S. (2008). "Ethylene Complexes of the Early Transition Metals: Crystal Structures of [HfEt₄(C₂H₄)²⁻] and the Negative-Oxidation-State Species [TaHEt(C₂H₄)3−
    3] and [WH(C₂H₄)3−
    4]". Organometallics. 27 (5): 984. doi:10.1021/om701189e.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
26. S. Tsukimoto; Moriyama, M.; Murakami, Masanori (1961). "Microstructure of amorphous tantalum nitride thin films". Thin Solid Films. 460 (1–2): 222–226. Bibcode:2004TSF...460..222T. doi:10.1016/j.tsf.2004.01.073.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
27. TV Arirang. "Researchers Develop New Alloy". Digital Chosunilbo (engl. izdanje): Daily News in English About Korea. Arhivirano s originala, 28. 3. 2008. Pristupljeno 22. 12. 2008. Nepoznati parametar |datum= zanemaren (prijedlog zamjene: |date=) (pomoć)
28. Braun, Hilarion "Substance for front surface mirror"; SAD patent br. 5923464, izdan 13. jula 1999.
29. Hult Mikael; Wieslander J.S. Elisabeth; Marissens Gerd; Gasparro Joël; Wätjen Uwe; Misiaszek Marcin. "Search for the radioactivity of 180mTa using an underground HPGe sandwich spectrometer". Pristupljeno 1. 10. 2016.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
30. Audi Georges; Bersillon O.; Blachot J.; Wapstra A.H. (2003). "The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties". Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
31. Win David Tin; Al Masum Mohammed (2003). "Weapons of Mass Destruction" (PDF). Assumption University Journal of Technology. 6 (4): 199–219.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
32. Yields For Tantalum Targets, pristupljeno 1. 10. 2016.
33. Emsley John (2001). "Tantalum". Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, Engleska: Oxford University Press. str. 420. ISBN 0-19-850340-7.
34. "Talison Tantalum eyes mid-2011 Wodgina restart 2010-06-09". Reuters. Arhivirano s originala, 19. 1. 2011. Pristupljeno 5. 10. 2016. Nepoznati parametar |datum= zanemaren (prijedlog zamjene: |date=) (pomoć)
35. Emery Kate. "GAM closes Wodgina tantalum mine". The West Australian. Arhivirano s originala, 4. 12. 2012. Pristupljeno 7. 10. 2016. Nepoznati parametar |datum= zanemaren (prijedlog zamjene: |date=) (pomoć)
36. "Wodgina Operations". Global Advanced Metals. 2008. Arhivirano s originala, 6. 10. 2016. Pristupljeno 5. 10. 2016.
37. Papp John F. (2006). "2006 Minerals Yearbook Nb & Ta". US Geological Survey. Pristupljeno 5. 10. 2016.
38. Bleiwas, Donald I.; Papp John F.; Yager Thomas R. (2015). "Shift in Global Tantalum Mine Production, 2000-2014" (PDF). U.S. Geological Survey.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
39. M. J. "Tantalum supplement" (PDF). Mining Journal. Arhivirano s originala 11. 3. 2012. Pristupljeno 6. 10. 2016. Nepoznati parametar |datum= zanemaren (prijedlog zamjene: |date=) (pomoć)CS1 održavanje: bot: nepoznat status originalnog URL-a (link)
40. "International tantalum resources — exploration and mining" (PDF). GSWA Mineral Resources Bulletin. 22 (10). Arhivirano s originala (PDF), 26. 9. 2007.
41. "How much is left?". Pristupljeno 13. 1. 2013.
42. Richard Burt: Much ado about Tantalum. Again Pristupljeno 6. 10. 2016.
43. "S/2003/1027". Pristupljeno 6. 10. 2016. Nepoznati parametar |datum= zanemaren (prijedlog zamjene: |date=) (pomoć)
44. "Special Report: Congo". International Rescue Committee. Arhivirano s originala 5. 3. 2012. Pristupljeno 6. 10. 2016.CS1 održavanje: bot: nepoznat status originalnog URL-a (link)
45. Karen Hayes; Burge, Richard. Coltan Mining in the Democratic Republic of Congo: How tantalum-using industries can commit to the reconstruction of the DRC. Fauna & Flora. str. 1–64. ISBN 1-903703-10-7.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
46. Dizolele, Mvemba Phezo. "Congo's Bloody Coltan". Pulitzer Center on Crisis Reporting. Pristupljeno 6. 10. 2016. Nepoznati parametar |datum= zanemaren (prijedlog zamjene: |date=) (pomoć)
47. "Congo War and the Role of Coltan". Arhivirano s originala, 13. 7. 2009. Pristupljeno 6. 10. 2016.
48. "Coltan mining in the Congo River Basin". Arhivirano s originala, 30. 3. 2009. Pristupljeno 6. 10. 2016.
49. "'Solutions for Hope' Tantalum Project Offers Solutions and Brings Hope to the People of the DRC". Solutions Network. Arhivirano s originala, 4. 10. 2018. Pristupljeno 6. 10. 2016.
50. U.S. Geological Survey, pristupljeno 7. 10. 2016.
51. Okabe Toru H.; Sadoway, Donald R. (1998). "Metallothermic reduction as an electronically mediated reaction". Journal of Materials Research. 13 (12): 3372–3377. Bibcode:1998JMatR..13.3372O. doi:10.1557/JMR.1998.0459.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
52. "Manufacturing metals: A tantalising prospect". The Economist. Pristupljeno 10. 10. 2016. Nepoznati parametar |datum= zanemaren (prijedlog zamjene: |date=) (pomoć)
53. "NFPA 484 - Standard for Combustible Metals, Metal Powders, and Metal Dusts - 2002 Edition" (PDF). National Fire Protection Association. NFPA. Arhivirano s originala (PDF), 12. 8. 2023. Pristupljeno 10. 10. 2016. Nepoznati parametar |datum= zanemaren (prijedlog zamjene: |date=) (pomoć)
54. "Commodity Report 2008: Tantalum" (PDF). United States Geological Survey. Pristupljeno 11. 10. 2016.
55. R. W. Buckman Jr. (2000). "New applications for tantalum and tantalum alloys". JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. 52 (3): 40. Bibcode:2000JOM....52c..40B. doi:10.1007/s11837-000-0100-6.
56. R. Cohen; Della Valle CJ; Jacobs JJ (2006). "Applications of porous tantalum in total hip arthroplasty". Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 14 (12): 646–55. PMID 17077337.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
57. Clarence W Balke (1935). "Columbium and Tantalum". Industrial and Engineering Chemistry. 20 (10): 1166. doi:10.1021/ie50310a022.
58. Sia Nemat-Nasser; Isaacs, Jon B.; Liu, Mingqi (1998). "Microstructure of high-strain, high-strain-rate deformed tantalum". Acta Materialia. 46 (4): 1307. doi:10.1016/S1359-6454(97)00746-5.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
59. Walters William; Cooch, William; Burkins, Matthew (2001). "The penetration resistance of a titanium alloy against jets from tantalum shaped charge liners". International Journal of Impact Engineering. 26: 823. doi:10.1016/S0734-743X(01)00135-X.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
60. Russell, Alan M.; Lee, Kok Loong (2005). Structure-property relations in nonferrous metals. Hoboken, NJ, SAD: Wiley-Interscience. str. 218. ISBN 978-0-471-64952-6.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
61. Gerald L. Burke (1940). "The Corrosion of Metals in Tissues; and An Introduction to Tantalum". Canadian Medical Association Journal. 43.
62. Black J. (1994). "Biological performance of tantalum". Clin Mater. 16 (3): 167–173. doi:10.1016/0267-6605(94)90113-9. PMID 10172264.
63. Paganias ChristosG; Tsakotos GeorgeA; Koutsostathis StephanosD; Macheras GeorgeA (2012). "Osseous integration in porous tantalum implants". Indian Journal of Orthopaedics. 46 (5): 505. doi:10.4103/0019-5413.101032. ISSN 0019-5413.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
64. Solomon Musikant (1985). "Optical Glass Composition". Optical Materials: An Introduction to Selection and Application. CRC Press. str. 28. ISBN 978-0-8247-7309-0.
65. Matsuno H; Yokoyama A; Watari F; Uo M; Kawasaki T. (2001). "Biocompatibility and osteogenesis of refractory metal implants, titanium, hafnium, niobium, tantalum and rhenium. Biocompatibility of tantalum". Biomaterials. 22 (11): 1253–62. doi:10.1016/S0142-9612(00)00275-1. PMID 11336297.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
66. "CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards - Tantalum (metal and oxide dust, as Ta)". www.cdc.gov. Pristupljeno 24. 11. 2015.

Vanjski linkovi

• Međunarodni studijski centar "tantal-niobij", TANB
• Džepni vodič CDC - NIOSH o hemijskim opasnostima