Objav: Anders Gustav Ekeberg (1802)
Izolácia: Werner von Bolton (1903)
Kľúčové vlastnosti
Atómová hmotnosť
180.948 u
Atómový polomer
145 pm
Hustota
16650 kg/m³
Elektronegativita
1.50
Ionizačná energia
761 kJ/mol
Elektrónová afinita
31 kJ/mol
História objavenia
Švédsky chemik Anders Gustav Ekeberg objavil tantal na Univerzite v Uppsale v roku 1802 pri analýze dvoch minerálov, jedného zo Švédska (ytrotantalit) a druhého z Fínska (tantalit). Nový kov pomenoval "tantal" podľa legendárnej postavy z gréckej mytológie, kráľa Tantala. Tento názov bol zvolený preto, lebo oxid nového kovu bol pozoruhodne nerozpustný v kyselinách, čo Ekebergovi pripomenulo Tantalov trest – večný smäd a hlad napriek blízkosti vody a ovocia.
Ekebergova identifikácia tantalu bola spočiatku spochybňovaná. Anglický chemik William Hyde Wollaston v roku 1809 tvrdil, že tantal je identický s nióbom (vtedy nazývaným kolumbium), ktorý objavil Charles Hatchett v roku 1801. Veľká chemická podobnosť týchto dvoch prvkov a ich častý spoločný výskyt v mineráloch spôsobovali značný zmätok a viedli k dlhoročným sporom.
Až v roku 1846 nemecký chemik Heinrich Rose definitívne dokázal, že tantal a niób sú dva odlišné prvky, hoci jeho vzorka tantalu nebola čistá. Prvýkrát relatívne čistý a kujný tantal vyrobil nemecký chemik Werner von Bolton až v roku 1903. Podarilo sa mu to tavením oxidu tantaličného (Ta₂O₅) vo vákuu alebo redukciou fluorotantaličnanu draselného (K₂TaF₇) sodíkom.
Elektrónová konfigurácia
Výskyt v prírode
Zlúčeniny a minerály
Základná charakteristika
- Ako oxid ho objavil Anders Gustav Ekeberg v roku 1802, čistú kovovú formu izoloval Werner von Bolton v roku 1903.
- Je to ťažký, kujný a ťažný kov sivomodrej farby s vysokým leskom.
- Patrí medzi prechodné prvky (5. skupina).
- Má mimoriadne vysokú teplotu topenia (približne 3017 °C), jednu z najvyšších medzi kovmi, a vysokú hustotu.
- Je extrémne odolný voči korózii vďaka stabilnej pasivačnej vrstve oxidu Ta₂O₅.
- Do 150 °C odoláva takmer všetkým chemikáliám, okrem HF, horúcej koncentrovanej H₂SO₄ a roztavených hydroxidov.
- Chemicky je extrémne podobný nióbu, s ktorým sa v prírode často vyskytuje a ťažko oddeľuje.
- V prírode sa vyskytuje len v zlúčeninách, hlavným minerálom je kolumbit-tantalit ((Fe,Mn)(Ta,Nb)₂O₆).
- V zlúčeninách má dominantný oxidačný stav V (tantaličný).
- Je vysoko biokompatibilný, telo ho dobre znáša bez imunitnej reakcie.
- Hlavne sa využíva v elektronike na výrobu kvalitných tantalových kondenzátorov s malými rozmermi, vysokou kapacitou a spoľahlivosťou.
- Používa sa v špeciálnych zliatinách s vysokou pevnosťou a odolnosťou voči vysokým teplotám (napr. súčasti leteckých motorov, plynových turbín).
- Pre biokompatibilitu sa využíva na výrobu chirurgických implantátov a nástrojov.
Získavanie tantalu link
Tantal sa získava z tantalitu po separácii od nióbu. Kovový tantal sa vyrába najmä redukciou heptafluorotantaličnanu draselného (K₂[TaF₇]) roztaveným sodíkom v inertnej atmosfére:
\( \ce{K2[TaF7](l) + 5Na(l) ->[\text{\textasciitilde800-1000°C}] Ta(s) + 5NaF(l) + 2KF(l)} \)
Vzniknutý tantalový prášok sa spracováva metódami práškovej metalurgie.
Využitie tantalu link
Hlavné využitie tantalu je vo výrobe elektrolytických kondenzátorov pre elektroniku (mobilné telefóny, počítače), kde sa využíva tenká, stabilná dielektrická vrstva Ta₂O₅ vytvorená anodizáciou:
\( \ce{2Ta(s) + 5H2O(l) ->[\text{anodizácia}] Ta2O5(s) + 10H+(aq) + 10e-} \)
Tantalové kondenzátory dokážu uchovať veľké množstvo elektrického náboja v malom objeme vďaka extrémne tenkej (rádovo nanometre) a veľmi kvalitnej izolačnej vrstve oxidu Ta₂O₅ s vysokou dielektrickou konštantou.
Vďaka vynikajúcej biokompatibilite a odolnosti voči korózii sa široko používa na výrobu chirurgických implantátov (kostné platničky, skrutky, stenty), chirurgických nástrojov a v stomatológii (zubárske spony, vrtáčiky). Pre svoju chemickú odolnosť sa používa aj na výrobu chemických aparatúr. Karbid tantalu (TaC) sa používa v extrémne tvrdých rezných nástrojoch.
Oxid tantaličný link
Oxid tantaličný (Ta₂O₅) je biely, extrémne stabilný a chemicky inertný oxid s vysokou teplotou topenia. Vyskytuje sa vo viacerých polymorfných modifikáciách. Je kľúčový pre využitie tantalu v kondenzátoroch a ako ochranná vrstva.
Halogenidy tantalu link
Najdôležitejší je fluorid tantaličný (TaF₅), biela tuhá látka, a komplexná soľ heptafluorotantaličnan draselný (K₂[TaF₇]), ktorá je medziproduktom pri výrobe kovu. Pentachlorid TaCl₅ je tiež bežný.
\( \ce{2Ta(s) + 5F2(g) ->[\text{t}] 2TaF5(s)} \)
Karbid tantalu link
Karbid tantalu (TaC) patrí medzi najtvrdšie a najžiaruvzdornejšie známe materiály (t.t. ≈ 3800 °C). Používa sa v kompozitných materiáloch pre rezné nástroje a v povlakoch odolávajúcich vysokým teplotám.
