Tantalum: struktur, sifat, kegunaan, produksi

Tantalum adalah logam transisi yang simbol kimia Ta. Warnanya gelap, dengan kilau metalik, ulet, mudah dibentuk, keras dan kepadatan tinggi . Mungkin fitur yang paling khas adalah ketahanannya terhadap sebagian besar senyawa kimia.

Tantalum ditemukan pada tahun 1802 oleh ahli kimia Swedia Anders Gustaf Ekenberg, menamakannya untuk mengenang karakter mitologi Yunani Tantalus, menghubungkannya dengan masalah menggoda untuk melarutkan oksida logam dalam asam.

Fragmen logam tantalum. Sumber: Gambar Hi-Res Unsur Kimia, CC BY 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/3.0>, melalui Wikimedia Commons

Namun, karena tantalum dan niobium adalah logam yang sangat mirip, Ekenberg dianggap telah mengisolasi niobium. Tetapi pada tahun 1844 ahli kimia Jerman Heinrich Rose membuktikan bahwa niobium dan tantalum adalah logam yang berbeda, dan penghargaan dikembalikan ke Ekenberg untuk penemuan mereka.

Tantalum adalah logam yang kegunaan utamanya terletak pada pembuatan kapasitor kecil yang digunakan pada ponsel, laptop, kamera elektronik, dll. Juga, tantalum digunakan untuk tujuan medis dalam implan tulang dan dalam perbaikan tulang tengkorak.

Banyak dari bijihnya terletak di tengah benua Afrika. Mendapatkannya berarti konflik bersenjata antara beberapa negara, yang berjuang untuk mengambil tambang dari mana mineral Tantalum diekstraksi. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa ini adalah salah satu logam paling kontroversial di zaman cararn, dalam hal perolehan dan pemasarannya.

Struktur tantalum

Tantalum dapat mengadopsi dua struktur kristal pada suhu kamar: kubik berpusat tubuh (bcc), ditunjuk sebagai fase (α-Ta) dan bertanggung jawab atas keuletannya; dan fase tetragonal atau (β-Ta), yang metastabil, memberikan kontribusi kekerasan, dan berubah menjadi fase ketika kristal dipanaskan antara 750-775 C.

Beberapa sumber juga melaporkan keberadaan struktur kristal ketiga: kubus berpusat muka (fcc), yang dianggap anomali dan hanya diamati pada lembaran tantalum yang sangat tipis. Jadi, struktur ini (fcc-Ta) dihitung sebagai alotrop ketiga.

Konfigurasi elektron

Tantalum memiliki konfigurasi elektron sebagai berikut:

[Xe] 4f 14 5d 3 6s 2

Elektron dalam orbital 4f sangat “di dalam” atom tantalum dalam hal energi; yaitu, mereka tidak berpartisipasi dalam reaksi kimianya. Oleh karena itu, tantalum hanya dapat menggunakan elektron dari orbital 5d dan 6s untuk melepaskannya dan berubah menjadi kation, sehingga mereka berinteraksi dengan atom atau anion lain untuk membentuk senyawanya.

Ketika tantalum kehilangan lima elektron dari orbital 5d dan 6s ini, tantalum menjadi kation pentavalen Ta 5+ , yang sangat stabil secara elektronik; ciri-ciri yang sebenarnya sama dengan rekan-rekannya V 5+ dan Mo 5+ . Inilah alasan mengapa senyawa tantalum (V) atau +5 adalah yang paling umum untuk logam ini.

Sifat Tantalum

Penampilan fisik

Tantalum adalah logam yang mengkilap tetapi gelap, dan dapat menghadirkan beberapa nada kebiruan atau ungu. Pewarnaan ini disebabkan oleh lapisan dengan ketebalan berbeda dari oksida yang menutupi permukaan logam.

Potongan Tantalum sangat ulet dan mudah dibentuk, meskipun tergantung pada proses produksinya, mereka juga bisa sangat keras dan rapuh.

Ini adalah konduktor listrik dan panas yang baik. Ini memiliki titik leleh yang sangat tinggi (3017 C), hanya dilampaui oleh tungsten, renium dan osmium. Selain itu, ini adalah salah satu dari sedikit logam tahan api; yaitu, sangat tahan terhadap panas dan aus.

Tantalum memiliki dua bentuk alotropik: alfa, ulet dan lunak; dan beta, keras dan rapuh. Ini adalah logam yang tahan terhadap korosi, karena lapisan oksida yang menutupinya. Tantalum dalam bentuk bubuk dapat menyala secara spontan di udara.

Nomor atom

73

Masa molar

180,947 g / mol

Titik lebur

3017 C

Titik didih

5458 C

Kepadatan

16,69 g / cm 3

Panas fusi

36,57 kJ / mol

Panas penguapan

753 kJ / mol

Kapasitas kalori molar

25,36 J / (mol K)

titik nyala

> 250 C

Indeks bias

2.05

Kekerasan

6,5 pada skala Mohs

Keadaan oksidasi

Atom tantalum dapat berpartisipasi dalam senyawanya dengan bilangan oksidasi berikut: -3, -1, +1, +2, +3, +4 dan +5, yang terakhir adalah yang paling dominan. Oleh karena itu, senyawa tantalum (V) atau +5 (Ta 5+ ) lebih umum dan stabil .

Keelektronegatifan

1.5 skala pauling.

Energi ionisasi

Pertama: 761 kJ / mol

Kedua: 1500 kJ / mol

Reaktivitas

Tantalum pada suhu di bawah 150 C adalah salah satu logam dengan kelembaman kimia terbesar atau reaktivitas paling kecil. Pada suhu kamar tidak diserang oleh asam encer atau pekat, bahkan tahan terhadap aksi aqua regia. Itu hanya dapat dilarutkan oleh asam fluorida.

Tantalum tidak diserang oleh kebanyakan alkali terlarut dalam air, tetapi diserang oleh alkali cair dan kalium hidroksida. Pada suhu tinggi dapat bereaksi dengan fluor, klorin dan oksigen.

Tantalum teroksidasi membentuk pentoksida (Ta 2 O 5 ), senyawa yang memiliki beberapa kegunaan. Nitrida dan tantalum karbida adalah senyawa yang sangat keras yang digunakan dalam alat pemotong. Selain itu, tantalum dapat menjadi bagian dari beberapa senyawa organologam, seperti: pentametil tantalum, Ta (CH 3 ) 5 .

Kegunaan

Bagian yang digunakan dalam listrik dan elektronik

Kapasitor tantalum dalam rangkaian elektronika. Sumber: Epop, Domain publik, melalui Wikimedia Commons

Kapasitor atau kondensator yang dibangun dengan tantalum memiliki nilai hubungan yang lebih tinggi antara kapasitansi dan volume daripada jenis kapasitor lainnya, sehingga memungkinkan mereka untuk digunakan dalam instrumen yang memiliki sirkuit mikro; seperti ponsel, laptop, kamera elektronik, dll.

Tantalum telah digunakan dalam produksi tabung elektron frekuensi ultra tinggi untuk pemancar radio. Tantalum bereaksi dengan nitrogen dan oksigen membantu menjaga vakum tinggi dalam tabung, yang diperlukan saat menggunakan bagian internal seperti kisi dan pelat.

Itu juga digunakan untuk membuat elektroda untuk lampu neon dan penyearah AC / DC. Tantalum, karena keuletannya, digunakan untuk membuat kabel yang sangat tipis yang digunakan dalam penguapan aluminium.

Bagian keras tinggi

Tantalum adalah logam yang keras dan tahan, oleh karena itu telah digunakan, dalam bentuk karbida, dalam alat pemotong dan pengerjaan logam. Ini juga telah digunakan dalam pembuatan mesin jet, reaktor nuklir, bagian rudal, bilah turbin, dan tutup hidung untuk pesawat.

Item ketahanan kimia tinggi

Karena tantalum adalah logam yang inert terhadap sejumlah besar senyawa kimia, dan juga tahan terhadap korosi, tantalum digunakan dalam bejana untuk reaksi kimia, dalam konstruksi pipa untuk cairan korosif, serta dalam peralatan laboratorium.

Selain itu, karena titik lelehnya yang tinggi dan ketahanannya terhadap oksidasi, ia digunakan dalam pembuatan cawan lebur untuk distilasi dalam tungku vakum.

Penggunaan medis

Tantalum adalah logam yang tidak menyebabkan iritasi dan tahan terhadap cairan tubuh, oleh karena itu digunakan dalam implan tulang ortopedi; Selain itu, karena kelenturannya, lembaran logam yang digunakan untuk memperbaiki bagian tengkorak yang rusak telah dibuat. Lembaran tersebut juga digunakan untuk menyambung tulang rusuk yang sobek.

Tantalum digunakan dalam produksi logam trabecular, yang mirip dengan bahan tulang dan mendekati sifat fisiknya. Konfigurasi trabekular dan keroposnya mendukung pembentukan tulang dan infiltrasi jaringan yang cepat dan luas.

Prosedur ini diterapkan dalam artroplasti pinggul dan lutut, dan dalam pengobatan nekrosis jaringan tulang kepala femoralis.

Hyaluroran adalah gel yang digunakan untuk mengangkut obat melalui kateter secara perkutan. Tantalum dimasukkan ke dalam gel untuk membuatnya buram terhadap sinar-X dan untuk mengamati masuknya ke dalam tubuh.

Juga, tantalum telah diselidiki untuk pencegahan osteoartritis dan skoliosis idiopatik remaja.

Yang lain

Tantalum digunakan dalam industri karet sebagai katalis dalam sintesis butadiena. Ini juga digunakan dalam pembuatan ujung pena, timbangan analitik, dan instrumen bedah dan gigi sebagai pengganti platinum.

Tantalum oksida digunakan dalam pembuatan kaca indeks bias tinggi untuk lensa kamera.

Kelimpahan

Tantalum memiliki kelimpahan antara 1 dan 2 ppm di kerak bumi, tidak dalam keadaan bebas. Ini dieksploitasi secara komersial dari mineral tantalite, meskipun juga ditemukan di columbite dan coltan.

Mineral yang akan dihancurkan, dilarutkan dengan asam fluorida yang dicampur dengan asam sulfat atau asam klorida, menghasilkan kompleks tantalum dan fluorida, H 2 [TaF 7 ]. Kompleks ini mengalami ekstraksi cair-cair menggunakan pelarut organik.

H 2 [TaF 7 ] diolah dengan kalium fluorida untuk menghasilkan kalium fluorotantalat, K 2 [TaF 7 ], yang akhirnya direduksi dengan natrium logam dengan memanaskan dalam tungku listrik, sehingga diperoleh tantalum logam.

isotop

Tantalum memiliki total 38 isotop, yang hanya satu yang dapat dianggap stabil: 181 Ta. Isotop ini memiliki kelimpahan tantalum 99,98%, sedangkan sisanya 0,12% diwakili oleh 180m Ta.

Isotop dengan waktu paruh terpendek adalah 191 Ta, dengan nilai lebih besar dari 300 nanodetik; sedangkan yang memiliki waktu paruh terpanjang adalah Ta 2.0 180m yang disebutkan di atas · 10 16 . Bagian dari peluruhan radioaktif diproduksi oleh capture elektronik dan oleh emisi α dan β partikel .

Referensi

  1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia Anorganik . (edisi keempat). Bukit Mc Graw.
  2. Wikipedia. (2020). Tantalum. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
  3. Dr.Doug Stewart. (2020). Fakta Unsur Tantalum. Dipulihkan dari: chemicool.com
  4. Pusat Nasional Informasi Bioteknologi. (2020). Tantalum. Ringkasan Unsur PubChem untuk AtomicNumber 73. Diperoleh dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  5. Royal Society of Kimia. (2020). Tantalum. Dipulihkan dari: rsc.org
  6. Redaktur Encyclopaedia Britannica. (2020). Tantalum. Dipulihkan dari: britannica.com
  7. Lenntech BV (2020). Tantalum. Dipulihkan dari: lenntech.com
  8. Sumber Daya Jefferson Lab. (2020). Isotop Unsur Tantalum. Diperoleh dari: education.jlab.org

Disprosium: struktur, sifat, perolehan, kegunaan
Fukosa: ciri-ciri, struktur, fungsi
Kegunaan Keton — contoh, rumus, sifat, tata nama
Entalpi larutan: cara menghitung, kegunaan, dan latihan