7440-25-7

Tantale (chimie)

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HafniumTantaleTungstène
Nb
  Lattice body centered cubic.svg
 
73
Ta
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Ta
Db
Table complèteTable étendue
Informations générales
Nom, Symbole, Numéro Tantale, Ta, 73
Série chimique métaux de transition
Groupe, Période, Bloc 5 (VB), 6, d
Masse volumique 16 650 kg/m3
Couleur Bleu gris
N° CAS 7440-25-7
N° EINECS
Propriétés atomiques
Masse atomique 180,9479 u
Rayon atomique (calc) 145 (200) pm
Rayon de covalence 138 pm
Rayon de van der Waals ND
Configuration électronique [Xe]4f14 5d3 6s2
Électrons par niveau d'énergie 2, 8, 18, 32, 11, 2
État(s) d'oxydation 5
Oxyde acide
Structure cristalline Cubique corps centré
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Température de fusion 3 016,9 °C, 3290 K
Température d'ébullition 5 457,9 °C, 5731 K
Énergie de fusion 743 kJ/mol
Énergie de vaporisation 31,6 kJ/mol kJ/mol
Température critique  K
Pression critique  Pa
Volume molaire 10,85×10-6 m3/mol
Pression de vapeur 0,776 Pa à 3269 K
Vitesse du son 3400 m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,5
Chaleur massique 140 J/(kg·K)
Conductivité électrique 7,61×106 S/m
Conductivité thermique 57,5 W/(m·K)
1e Énergie d'ionisation 761 kJ/mol
2e Énergie d'ionisation 1500 kJ/mol
3e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation3}}} kJ/mol
4e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation4}}} kJ/mol
5e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation5}}} kJ/mol
6e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation6}}} kJ/mol
7e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation7}}} kJ/mol
8e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation8}}} kJ/mol
9e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation9}}} kJ/mol
10e Énergie d'ionisation {{{potentiel_ionisation10}}} kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
179Ta {syn.} 1,82 a ε 0,110 179Hf
180Ta {Syn.} 8,125 h ε
β+
0,854
0,708
180Hf
180W
180mTa 0,012% > 1,2×1015 a β-
ε
TI
0,783
0,929
0,075
180W
180Hf
180Ta
181Ta 99,988% stable avec 108 neutrons
Précautions
NFPA 704
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
Tantale (chimie)
Général
No CAS 7440-25-7
No EINECS 231-135-5
PubChem 23956
SMILES
InChI
Apparence poudre gris sombre, inodore [1]
Propriétés physiques
Solubilité pratiquement insoluble dans l'eau [1]
Précautions
Directive 67/548/EEC
Facilement inflammable
F
Phrases R : 11,
Phrases S : 43, [1]
Transport
40
   3089   

[1]
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le tantale est un élément chimique du tableau périodique, de symbole Ta et de numéro atomique 73. C'est un métal de transition rare, dur et de couleur gris-bleu. Il possède une très bonne résistance à la corrosion. On le trouve dans le minéral appelé tantalite et dans certains oxydes associé au niobium, par exemple le coltan. Le tantale est utilisé pour la fabrication d'instruments chirurgicaux et d'implants car il ne réagit pas avec les fluides corporels.

Sommaire

Histoire

Le tantale et le niobium ont tout d’abord été pris pour le même élément. Ils ont été découverts en 1801 par un chimiste anglais Charles Hatchett (1765-1847). En analysant ce minerai noir provenant de la collection du gouverneur du Connecticut, il se rend compte alors qu’il a découvert un nouvel élément qu’il baptise colombium. En 1802 un autre scientifique, Anders Gustaf Ekeberg (1767-1813) professeur à l’université d’Upsal (Suède) découvre un oxyde très difficile à dissoudre et à travailler qu’il baptise tantale du nom du dieu grec Tántalos. Le tantale isolé isolé en 1820 par Jöns Jacob Berzélius.

En 1809, William Hyde Wollaston après avoir réexaminé les minerais de colombium et de tantalite affirme que ces deux éléments n’étaient en fait qu’un seul. Ce n’est que 35 ans plus tard qu’Heinrich Rose distingua dans cet oxyde deux éléments, le tantale et un deuxième qu’il baptise niobium du nom de Niobé la fille de Tántalos dans la mythologie grec. Il en suivra une querelle d’experts sur le nom à utiliser entre le niobium et le colombium. Il en ressortira que le niobium est le nom a utilisé pour cet élément.

Au début 1900, le tantale trouve sa première application comme filament à incandescence pour les ampoules jusqu’à l’arrivée du tungstène. En 1940, le tantale commence à être utilisé pour faire des condensateurs. Deux ans plus tard la première exploitation de colombo-tantalite au Congo belge (future République démocratique du Congo) voit le jour.

Caractéristiques notables

Le tantale est gris-bleu, lourd, ductile, très dur, très résistant à la corrosion des acides, et est de plus un bon conducteur de chaleur et d'électricité. En fait, à une température inférieure à 150 °C, le tantale est à peu près insensible aux attaques chimiques par les acides. Il est seulement attaqué par l'acide fluorhydrique, les solutions acides contenant un ion fluorure et l'eau régale. Cet élément a un point de fusion élevé qui n'est dépassé que par le tungstène, le carbone et le rhénium (point de fusion à 3 016,9 °C, point d'ébullition 5 457,9 °C).

Géologie

Le tantale se trouve principalement dans les filons hydrothermaux qui sont des zones où les éléments présents dans l’eau peuvent se minéraliser en rencontrant une source importante de chaleur, comme une poche de magma. Ces endroits sont plus facilement présents dans des endroits géologiquement instables, proche de faille tectonique et de région volcanique.

Ces filons sont bien souvent très riches en minéraux comme l’or, l’argent, l’uranium, le cobalt, le tungstène et bien sûr le tantale ainsi que le niobium. Par la suite, par érosion les éléments peuvent être emportés et se retrouver dans un cours d’eau où les substances les plus lourdes se déposent dans des endroits de faible courant, comme les méandres ou les marmites. Il arrive que ces zones denses en éléments lourds puissent former des veines et se retrouver ensevelies. On peut ainsi trouver de la colombo-tantalite aussi bien dans des roches métamorphiques que sédimentaires.

Les différentes sources de tantale

  • La majorité du tantale (58%) provient des mines. Il peut venir soit de mines industrielles à ciel ouvert, comme le gisement du Greenbushes de la «Sons of Gwalia» en Australie, qui produit a elle seule 30% de la production mondiale de tantale, soit de mines en galeries comme au Canada ou encore venir de petites mines artisanales exploitées avec des moyens rudimentaire comme c’est le cas en RDC. La région la plus exploitée de République Démocratique du Congo se situe surtout à l’est dans la région du Kivu qui se trouve à proximité directe de la zone volcanique du Nyiragongo.
  • Un tiers du tantale provient tout simplement du recyclage et du concentré synthétique. Avant 1980, l’oxyde de tantale associé à l’étain était considéré comme déchets. C’est à la montée des prix du tantale que les déchets se sont retrouvés valorisées et transformées en concentré synthétique pour les acheminer dans les entreprises d’affinage.
  • Les 9% qui restent proviennent des réserves du gouvernement des Etats Unis. Entre 1952 et 1958, le département des services logistiques de la défense à fait des stocks impressionnant officiellement pour encourager la prospection et la production minière. En 2001, les USA décident de réduire leurs réserves et de vendre pour 91.3 M$ de colombo-tantalite.réf. à confirmer : 

Ses applications et propriétés

Son application en électronique

L’électronique est la première application du tantale; en effet environ 68 % de la production annuelle est utilisée juste pour ce domaine. Il est principalement utilisé dans la construction de condensateurs.

Condensateur électrolytique au tantale

Dans ceux-ci, le tantale peut avoir deux rôles :

  • le tantale pur joue celui de conducteur électrique ;
  • son pentoxyde celui de diélectrique.

Il y a trois principaux types de condensateurs au tantale :

  • les condensateurs électrolytiques secs qui restent très performant même extrêmement miniaturisés. Ils sont principalement utilisés dans la fabrication de téléphones portables de 3e génération, d’ordinateurs portables, d’appareils photo, de caméras, de consoles de jeux etc… Bien que la quantité de tantale soit très faible dans ces condensateurs, les produits dans lesquels ils sont présents sont des produits de grande consommation et au final la masse utilisée se révèle colossale ;
  • les condensateurs électrolytiques humides qui offrent des performances exceptionnelles. Ils sont beaucoup utilisés dans des domaines de technologie de pointe comme l’aérospatiale, l’armement etc. Ces condensateurs sont malgré tout peu utilisés à cause de leur coût excessif ;
  • les condensateurs en plaque, beaucoup moins fréquents, sont utilisés dans des domaines où les tensions électriques sont très importantes.

Le tantale a encore beaucoup d’autres applications en électronique comme les écrans à cristaux liquides, les filtres d’ondes acoustiques de surface, les puces d’accès aléatoire dynamique, etc. Le secteur automobile consomme aussi de plus en plus de tantale. Ceci s’explique par la présence de plus en plus courante d’électronique comme les GPS, les systèmes anticollisions et autre gadgets. Ces types de produits ne sont qu’à leurs débuts, on peut donc prévoir une importante augmentation de la consommation de tantale dans ce secteur pour les quinze prochaines années.

Son application dans l’industrie chimique et pour les superalliages

Le tantale est aussi énormément utilisé dans l’industrie chimique pour ses propriétés de résistance à la corrosion et à la température. Il est principalement utilisé dans les échangeurs de chaleur et comme revêtement pour les tuyaux et les réacteurs chimique. Il se révèle même indispensable pour des applications dans des milieux en contact avec l’acide sulfurique.

Il est aussi utilisé dans l’élaboration de superalliage comme additif. Ces alliages servent surtout dans des milieux très exigent thermiquement ou/et chimiquement comme les ailettes des réacteurs d’avion, celles des turbines à gaz, etc. Ces alliages à haute performance sont en monocristal ce qui leur offre de très bons comportements au fluage, à la corrosion et à la température. Il est utilisé en aérospatiale, mais l’aéronautique civile reste de loin le secteur où la demande de ces matériaux est la plus élevée.

Ses autres applications

Le tantale est aussi utilisé dans le domaine de l’optique comme additif pour limiter l’aberration chromatique dans les lentilles. Ceci est dû au fort indice de réfraction de son oxyde. Il est aussi utilisé dans les nanocouches pour les antireflets ou pour ajouter une couleur.

Le tantale est également biocompatible ce qui lui offre énormément de débouchés dans le domaine médical pour faire par exemple des prothèses, des agrafes, des pacemakers, des instruments chirurgicaux des implants dentaires, etc.

Sous forme de carbure le tantale, très dur, est utilisé pour la fabrication d’outils de coupe. L’acier au tantale est notamment employé dans la fabrication de fraise dentaire et d’outils chirurgicaux. Il est encore utilisé dans l’horlogerie pour son aspect, comme film filtrant pour les rayons X, ou encore en élément d’alliage dans certains métaux précieux pour faciliter le décolletage.

Voir aussi

Liens externes

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Articles connexes

Notes et références

  1. a , b , c  et d Entrée du numéro CAS « 7440-25-7 » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la BGIA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 4 février 2009 (JavaScript nécessaire)


  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cp Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares
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