Tantale (chimie)

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Tantale Hafnium ← Tantale → Tungstène Nb     73 Ta                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               ↑ Ta ↓ Db Table complète • Table 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 [1] N° EINECS Propriétés atomiques Masse atomique 180,9479 u Rayon atomique (calc) 145 (200) pm Rayon de covalence 1,70(8) Å [2] Rayon de van der Waals pm 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) 1re Énergie d'ionisation 7,54957 eV [3] kJ/mol 2e Énergie d'ionisation kJ/mol 3e Énergie d'ionisation kJ/mol 4e Énergie d'ionisation kJ/mol 5e Énergie d'ionisation kJ/mol 6e Énergie d'ionisation kJ/mol 7e Énergie d'ionisation kJ/mol 8e Énergie d'ionisation kJ/mol 9e Énergie d'ionisation kJ/mol 10e Énergie d'ionisation kJ/mol 11e Énergie d'ionisation kJ/mol 12e Énergie d'ionisation kJ/mol 13e Énergie d'ionisation kJ/mol 14e Énergie d'ionisation kJ/mol 15e Énergie d'ionisation kJ/mol 16e Énergie d'ionisation kJ/mol 17e Énergie d'ionisation kJ/mol 18e Énergie d'ionisation kJ/mol 19e Énergie d'ionisation kJ/mol 20e Énergie d'ionisation kJ/mol 21e Énergie d'ionisation kJ/mol 22e Énergie d'ionisation kJ/mol 23e Énergie d'ionisation kJ/mol 24e Énergie d'ionisation kJ/mol 25e Énergie d'ionisation kJ/mol 26e Énergie d'ionisation kJ/mol 27e Énergie d'ionisation kJ/mol 28e Énergie d'ionisation kJ/mol 29e Énergie d'ionisation 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 [Ta] eMolecules PubChem InChI InChI=1/Ta Apparence poudre gris sombre, inodore [4] Propriétés physiques Solubilité pratiquement insoluble dans l'eau [4] Précautions Directive 67/548/EEC F Symboles : F : Facilement inflammable Phrases R : R11 : Facilement inflammable. Phrases S : S43 : En cas d’incendie, utiliser … (moyens d’extinction à préciser par le fabricant. Si l’eau augmente les risques, ajouter : « Ne jamais utiliser d’eau »). Phrases R : 11, Phrases S : 43, [4] Transport 40    3089    Code Kemler : 40 : matière solide inflammable ou matière autoréactive ou matière autoéchauffante Numéro ONU : 3089 : POUDRE MÉTALLIQUE INFLAMMABLE, N.S.A. Classe : 4.1 Étiquette : 4.1 : Matières solides inflammables, matières autoréactives et matières solides explosibles désensibilisées Emballage : Groupe d'emballage II/III : matières moyennement/faiblement dangereuses. [4] 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 minerais complexes sous forme d'oxyde, associé au niobium, notamment dans le coltan, de couleur noire. Le tantale est utilisé pour la fabrication d'instruments chirurgicaux et d'implants car il ne réagit pas avec les fluides corporels. Il est très connu en électronique pour la fabrication de condensateurs dits "gouttes de tantale", ainsi nommé à cause de leur forme facilement reconnaissable et qui ont la capacité la plus importante par rapport à la taille.

[modifier] Histoire

Le tantale et le niobium (ex-colombium) ont été pris pour un même élément.

• 1801, un nouveau métal fut découvert par le chimiste anglais Charles Hatchett (1765-1847) en analysant un minéral noir provenant de la collection du gouverneur du Connecticut, alors appelé Columbia. Il le baptisa colombium, nom qui ne restera pas à cause des travaux ultérieurs.
• 1802, Anders Gustaf Ekeberg (1767-1813) professeur à l’université d’Upsal (Suède) travaillait sur un oxyde très difficile à dissoudre et à travailler. Il obtint ce qu'il prit pour un élément pur et le nomma tantale, du nom du demi-dieu grec (Tántalos), bien connu pour son supplice.
• 1809, William Hyde Wollaston après avoir réexaminé le minerais de colombium et la tantalite déclara que les deux nouveaux éléments n’en étaient en fait qu’un seul.
• 1820, le tantale a été isolé par Jöns Jacob Berzélius
• 1844, Heinrich Rose distingua dans la tantalite deux éléments, le tantale, certes, mais aussi un "nouveau" qu’il baptisa niobium, du nom de Niobé la fille de Tantale dans la mythologie grecque.

On démontra rapidement que columbium et niobium n'étaient qu'un même élément ! Il s'ensuivit une querelle d’experts sur le nom à utiliser, mais c'est niobium qui resta.

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.

[modifier] 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).

[modifier] 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.

[modifier] 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 :} 

[modifier] Ses applications et propriétés

[modifier] 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 3^e 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.

[modifier] 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 aubes de turbine des réacteurs d’avion ou 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.

[modifier] 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.

[modifier] Voir aussi

[modifier] Liens externes

• (en) Image du tantale sous différentes formes
• (fr)Extraction minière du coltan dans la République Démocratique du Congo
• (fr)La crise du tantale de 2000
• (fr)Coltan : Pour comprendre…
• (fr)Tantale par Louis Perron
• (en)Tantalum-Niobium International Study Center

[modifier] Articles connexes

• Tantale 180m
• Coltan
• Niobium
• Métal lourd

[modifier] Notes et références

• Portail de la chimie