Tântalo (Ta)

O tântalo é um metal com número atômico 73 localizado no grupo 5 da tabela periódica. Possui aparência metálica clássica, mas se destaca pelo elevado ponto de fusão e alta resistência à corrosão. Em razão dessa propriedade, o tântalo é muito utilizado em ligas metálicas.

Esse elemento possui importante capacidade de acumulação de carga elétricas, sendo empregado na construção de capacitores, que, por sua vez, compõem diversos tipos de dispositivos eletrônicos. Em razão de sua biocompatibilidade, o tântalo é usado na construção de enxertos e em próteses médicas/odontológicas.

Na natureza, o elemento tântalo é encontrado no mineral columbita-tantalita, normalmente em combinação com o nióbio, sendo esses dois elementos muito parecidos quimicamente.

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Resumo sobre o tântalo

• O tântalo é um elemento metálico que possui número atômico 73 e está localizado no grupo 5 da tabela periódica.

• O tântalo se destaca pelo seu elevado ponto de fusão: 5455 °C.

• Outra característica relevante é a elevada resistência à corrosão. Por isso, o tântalo é usado em ligas metálicas, atribuindo-lhes maior dureza.

• O tântalo faz parte da composição de capacitores elétricos, graças à sua capacidade de armazenamento de carga elétricas.

• Tais capacitores são usados na fabricação de inúmeros dispositivos eletrônicos.

• A biocompatibilidade do tântalo o torna apto a ser utilizado em implantes médicos e odontológicos.

• O tântalo é encontrado no mineral columbita-tantalita e ocorre naturalmente junto ao nióbio, em razão da similaridade química entre eles.

Propriedades do tântalo

• Símbolo: Ta.

• Número atômico: 73.

• Massa atômica: 180,95 u.

• Configuração eletrônica: [Xe] 4f¹⁴ 5d³ 6s².

• Estado físico: sólido (a 20 °C).

• Ponto de fusão: 3017 °C.

• Ponto de ebulição: 5455 °C.

• Densidade: 16,4 g/cm³.

• Eletronegatividade: 1,5 (escala de Pauling).

• Série química: elemento de transição.

• Localização na tabela periódica: grupo 5, período 6, bloco d.

• Isótopos: ¹⁸⁰Ta (0,01%) e ¹⁸¹Ta (99,98%).                     

Características do tântalo

O tântalo é um metal de transição de número atômico 73, pertencente ao grupo 5 da tabela periódica. Possui aparência característica de metais, como brilho e coloração prateada, além de ser excelente condutor térmico e elétrico. Destacam-se as suas propriedades de alta densidade e ponto de fusão extremamente elevado.

O tântalo é muito resistente à corrosão, graças à formação espontânea de uma camada de passivação do respectivo óxido. Apresenta alta resistência ao ataque de ácidos, exceto o ácido fluorídrico em temperatura ambiente.

Em condições ambientes, o tântalo não reage com o ar atmosférico e água. Sob aquecimento, reage com grande parte do elementos não metálicos.

O tântalo e o nióbio são elementos bastante parecidos em suas propriedades físico-químicas, inclusive ocorrendo de forma associada na natureza. Ambos os elementos possuem configurações eletrônicas semelhantes e raios atômicos próximos.

Onde o tântalo é encontrado?

O tântalo é relativamente raro na crosta terrestre, sendo tão abundante quanto o urânio. Assim, muito raramente o tântalo é encontrado de forma pura e isolada na natureza.

A forma mais comum de encontrar o tântalo é combinado a outros elementos químicos (como o elemento nióbio) no mineral columbita-tantalita, formado por quantidades altamente variáveis de FeNb₂O₆ (columbita) e FeTa₂O₆ (tantalita).

O tântalo também ocorre na série de minerais relativamente raros pirocloro-microlita. A série do pirocloro envolve minerais de óxidos ricos em nióbio, e as microlitas são abundantes em óxidos de tântalo.

Significativa quantidade do tântalo utilizado na indústria é obtido como subproduto da extração do elemento estanho.

Os principais países de ocorrência desse metal são o Canadá, Austrália, China, Brasil, Ruanda e Moçambique. O Brasil produz cerca de 18% do tântalo consumido no mundo, no entanto importa aproximadamente 95% de produtos derivados do metal.

Obtenção do tântalo

O tântalo precisa ser separado dos compostos contendo nióbio, uma vez que costumam ocorrer juntos na natureza.

Uma das possíveis formas de separação entre esses elementos é por rota hidrometalúrgica, em que se usa a substância metil-isobutil-cetona em meio ácido (processo de extração líquido-líquido) para formar o pentóxido de tântalo (Ta₂O₅) e, na sequência, reduzi-lo na presença de alumínio metálico (processo de aluminotermia), formando o óxido de alumínio e tântalo metálico.

\(\mathbf{3\ Ta_2 O_5+10\ Al ⟶Ta+5 Al_2\ O_3}\)

Outra forma de obtenção do tântalo metálico é pela eletrólise ígnea de sais fundidos do metal.

Para que serve o tântalo?

Uma das principais aplicações para o tântalo é a fabricação de componentes eletrônicos, em razão da sua propriedade de armazenamento de cargas (propriedade denominada capacitância).

Na realidade, o óxido formado naturalmente na superfície do metal (camada passivante) possui propriedade isolante, atuando como um dielétrico e contribuindo para a acumulação de cargas elétricas na superfície. A camada passivante do tântalo apresenta elevada capacitância, permitindo o armazenamento de mesma quantidade de energia do que outro material em uma área geométrica menor.

Essa propriedade é bastante explorada para a construção de capacitores de tântalo, que são usados em dispositivos eletrônicos portáteis, como os celulares, permitindo a miniaturização de tais dispositivos.

Outra interessante propriedade do tântalo é sua boa biocompatibilidade, sendo explorada na construção de implantes cirúrgicos e de próteses médicas e odontológicas. Graças a isso, o tântalo pode ser usado para a substituição de partes de ossos, em lâminas ou redes de sustentação de músculos e como fio conector de nervos, por exemplo.

A alta resistência à corrosão torna o tântalo um material adequado para a fabricação de equipamentos que estarão expostos a ambientes e substâncias corrosivas.

As ligas de tântalo apresentam elevada força e dureza, assim o carbeto de tântalo (TaC) é empregado na modelagem de pás de turbinas, bicos de foguetes, tampas de nariz para aeronaves supersônicas e ferramentas de corte de precisão.

O tântalo ainda encontra aplicação em vidros de lentes especiais, no revestimento antirreflexo de células solares, em eletrodos de luzes neon e em retificadores AC/DC.

Precauções com o tântalo

O tântalo não possui função biológica conhecida nos seres vivos, apesar de poder ser encontrado em baixíssimas quantidades.

Os compostos desses elementos não são caracterizados como tóxicos, pois são pouco absorvidos pelo organismo e são de rápida eliminação.

Em razão de não reagir em contato com os fluidos corporais, o tântalo pode ser empregado em próteses médicas e não apresenta riscos ao paciente.

História do tântalo

O primeiro relato do tântalo como um novo elemento químico aconteceu no ano de 1802, pelo cientista Anders Gustav Ekeberg, na Suécia.

Outros pesquisadores da época, como o químico britânico William Wollaston, analisaram o mesmo material e defenderam que não se tratava de um novo elemento, mas sim do metal nióbio, que havia sido descoberto no ano anterior.

A discussão se estendeu por algumas décadas, pois o tântalo e o nióbio, além de ocorrem juntos na natureza, possuem propriedades físico-químicas muito semelhantes, que os equipamentos da época não eram capazes de distinguir.

Apenas em 1846, o químico alemão Heinrich Rose conseguiu, definitivamente, comprovar que o tântalo e o nióbio se tratavam de dois elementos químicos distintos. Foi somente em 1903 que o tântalo em sua forma pura foi obtido por Werner von Bolton, na Alemanha.

Veja também: Molibdênio — outro metal de transição que demorou a ser reconhecido como um novo elemento químico

Curiosidades sobre o tântalo

• O termo “tântalo” se refere ao personagem mitológico Tântalo, que tem o seu nome associado a algo difícil de se obter.

• A denominação para o elemento químico tântalo faz menção à dificuldade encontrada em dissolver o tântalo em soluções ácidas. Posteriormente, verificou-se a resistência desse elemento ao ataque ácido.