chimica-online.it

Tantalio

Proprietà e composti del tantalio

Il tantalio fu scoperto nel 1802 da A.G. Ekeberg nel minerale columbite dove si trova insieme al niobio (inizialmente chiamato columbio); questi due elementi furono confusi per lunghi anni tra loro, e solo nel 1845 H. Rose fu in grado di chiarire la separata identità dei due.

È un elemento relativamente raro, costituendo lo 0,0002-0,0005% della crosta terrestre; non si trova mai libero in natura ma, sotto forma di composti corrispondenti al suo stato di ossidazione +5 e sempre accompagnato dal niobio, in un numero notevole di ossidi minerali.

Il tantalio è un metallo grigio lucente, duro e molto duttile. Nonostante sia un metallo molto elettropositivo, per effetti di passivazione a temperatura ambiente è stabile all'aria e non viene attaccato dagli acidi inorganici anche concentrati, con l'eccezione della miscela HF-HNO3 che lo discioglie facilmente.

A caldo (al di sopra di circa 150°C) è attaccato dall'acido solforico concentrato e da altri acidi, dalle soluzioni alcaline concentrate e dagli alcali fusi, mentre a temperature ancora più elevate reagisce facilmente con l'ossigeno e con gli alogeni.

Composti del tantalio

Il pentossido di ditantalio Ta2O5, è un ossido debolmente acido, insolubile negli acidi a eccezione dell'acido fluoridrico con il quale forma anioni complessi, ma solubile negli idrossidi e carbonati alcalini fusi con i quali forma tantalati, come per esempio l’esatantalato di potassio idrato di formula K8Ta6O19·16H2O.

Per fusione di Ta2O5 con la quantità stechiometrica degli idrossidi (o carbonati o ossidi) alcalini o alcalino-terrosi si possono ottenere altri tantalati, strutturalmente del tipo degli ossidi misti, come per esempio l’ortotantalato di sodio Na3TaO4, il metatantalato di potassio KTaO3 e il metatantalato di litio LiTaO3. Questi  ultimi due sono interessanti per le loro proprietà ferroelettriche, piroelettriche e piezoelettriche.

Trattando con perossido di idrogeno a freddo le soluzioni alcaline di tantalati si ottengono perosso-composti, per esempio il tetraperossotantalato di potassio K3[Ta(O2)4], stabile a freddo, ma che a caldo si decompone liberando ossigeno.

Tra gli alogenuri, si ricorda il pentafluoruro di tantalio, TaF5, acido di Lewis, fortemente elettrofilo, che forma facilmente addotti con eteri e dialchilsolfuri e complessi anionici.

Sono noti inoltre fluorotantalati cristallini, quali per esempio. KTaF6, K2TaF7 e K3TaF8.

È noto anche il trifluoruro di tantalio, TaF3. Il pentacloruro di tantalio TaCl5, è un solido incolore facilmente sublimabile; è solubile in molti solventi organici e si comporta come un acido di Lewis, formando facilmente addotti e ioni complessi.

Il tetracloruro di tantalio TaCl4, per riscaldamento tende a disproporzionare formando tantalio metallico e tricloruro di tantalio TaCl3.

Utilizzo del tantalio

Nonostante il suo alto costo, il tantalio metallico ha impieghi in alcune leghe speciali resistenti alle alte temperature (per esempio la lega con il 10% di tungsteno), allo stato puro nell'industria chimica per rivestimenti di forni e scambiatori di calore che devono operare in ambiente corrosivo acido, nella fabbricazione di condensatori elettrolitici e per applicazioni biomediche (fili per suture, viti e piastre ossee).

Composti del tantalio hanno importanti applicazioni in elettronica, per esempio il pentossido come strato isolante in condensatori miniaturizzati e i tantalati alcalini (per esempio: LiTaO3, KTaO3) per le loro proprietà elettro-ottiche.

tantalio

Tantalio

Metodo di produzione del tantalio

I minerali vengono previamente arricchiti fino a ottenere concentrati con un tenore almeno del 60% dei pentossidi di niobio e tantalio.

I concentrati finemente macinati vengono trattati con acido fluoridrico acquoso che discioglie gli ossidi di tantalio e niobio, lasciando insolute gran parte delle impurezze.

La soluzione acquosa così ottenuta (leggermente acida) viene trattata con metilisobutilchetone che estrae in tali condizioni solo il tantalio come fluoruro o fluorocomplesso.

Dalla fase organica il tantalio viene quindi estratto con acqua e precipitato per aggiunta di ammoniaca come ossido idrato, che viene infine calcinato a pentossido Ta2O5.

In via alternativa, mediante aggiunta di KF alla soluzione acquosa, si può precipitare il tantalio come K2TaF7, il quale a sua volta viene filtrato ed essiccato.

In altri processi i concentrati dei minerali vengono trattati a circa 900°C con soda caustica, e la massa fusa viene quindi disciolta in acqua: mentre il silicio, lo stagno e altri elementi passano in soluzione, il tantalio e il niobio, che restano indisciolti come ossidi idrati (o come tantalati e niobati di sodio), vengono separati e a parte disciolti con acido fluoridrico.

La soluzione fluoridrica subisce quindi la già descritta estrazione con chetoni organici per la purificazione e separazione del tantalio dal niobio.

Il tantalio metallico viene preparato per riduzione con sodio a 800 °C del fluotantalato di potassio K2TaF7, o per elettrolisi a 900 °C di una miscela fusa dello stesso tantalato con il pentossido di tantalio.

Con questi metodi si ottiene tantalio in polvere il quale, dato il suo alto punto di fusione e la sua reattività a temperature elevate, deve essere lavorato con tecniche di sinterizzazione e di fusione con fascio elettronico.

Studia con noi