Tântalo (Ta)

O tântalo é um metal do grupo 5 da Tabela Periódica, de número atômico 73. Apresenta grande semelhança química com o nióbio (Nb), elemento logo acima em seu grupo. A semelhança é tanta que, por seis décadas, acreditou-se que se tratavam do mesmo elemento.

Destaca-se por sua grande inércia química, resistência mecânica, além de seu alto ponto de fusão (o terceiro maior entre os metais da Tabela Periódica). Já o óxido de tântalo se destaca por causa de suas excelentes propriedades elétricas (sua capacitância, especificamente).

Tais propriedades fazem o tântalo ser amplamente utilizado na fabricação de ligas metálicas, capacitores para telefones celulares e outros dispositivos eletrônicos, fornos de alta temperatura, além de próteses e outros equipamentos cirúrgicos. Seus compostos são utilizados em diversos setores da indústria, como o aeroespacial, o automobilístico, o de eletrônicos, entre outros.

Veja também: Dúbnio — elemento do grupo 5 que está abaixo do tântalo na Tabela Periódica

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre o tântalo
• 2 - Propriedades do tântalo
• 3 - Características do tântalo
• 4 - Ocorrência e obtenção do tântalo
• 5 - Aplicações do tântalo
• 6 - Precauções com o tântalo
• 7 - História do tântalo
• 8 - Exercícios resolvidos sobre o tântalo

Resumo sobre o tântalo

• Tântalo é um metal do grupo 5 da Tabela Periódica que apresenta grande semelhança química com o nióbio.
• Destaca-se por sua inércia e resistência química e alto ponto de fusão.
• É extraído comercialmente da tantalita.
• Seus principais usos incluem a fabricação de ligas metálicas e de capacitores.
• Sua semelhança com o nióbio é tão grande que, por mais de seis décadas, acreditou-se que se tratavam do mesmo elemento.

Propriedades do tântalo

• Símbolo: Ta.
• Número atômico: 73.
• Massa atômica: 180,948 u.m.a.
• Ponto de fusão: 3017 °C.
• Ponto de ebulição: 5425 °C.
• Distribuição eletrônica: [Xe] 4f¹⁴ 6s² 5d³.
• Eletronegatividade: 1,5.
• Densidade: 16,69 g.cm^-3 (próximo a 25 °C).
• Série química: metal de transição; grupo 5.

Características do tântalo

As características do tântalo são similares às do nióbio. Um exemplo disso é o fato de reagirem com gás oxigênio e halogênios em alta temperatura, além de reagirem com boa parte dos ametais.

• 4 Ta + 5 O₂ → 2 Ta₂O₅
• 2 Ta + 5 X₂ → 2 TaX₅, com X = F, Cl, Br, I

O tântalo apresenta boa resistência à corrosão, que advém da formação de uma fina camada de óxido sobre a superfície metálica que isola os átomos internos do ataque oxidativo. O elemento também é praticamente inerte quimicamente, assim como ao ataque de ácidos, com exceção de:

• ácido sulfúrico;
• ácido fluorídrico.

Apresenta o terceiro maior ponto de fusão entre os metais da Tabela Periódica, ficando atrás apenas de tungstênio e rênio. Além disso, os compostos de tântalo, em sua maioria, apresentam o metal com estado de oxidação igual a +5 e com características predominantemente covalentes.

Saiba também: Ítrio — metal terra-rara usado na fabricação do laser

Ocorrência e obtenção do tântalo

Com uma abundância estimada em 1,7 ppm (partes por milhão, mg.kg^-1) na crosta terrestre e cerca de 0,002 ppb (partes por bilhão, mg.t^-1) nas águas do mar, o tântalo é um elemento metálico relativamente raro no planeta.

O tântalo e o seu similar nióbio ocorrem concomitantemente no mineral columbita, (Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆. Contudo, quando a columbita tem maior teor de tântalo, passa a se chamar tantalita.

A obtenção do tântalo ocorre mediante utilização de bases fundidas, as quais conseguem dissolver Nb₂O₅ e Ta₂O₅. Se o fundido resultante for dissolvido em água, sais de nióbio podem ser separados dos sais de tântalo, uma vez que os sais de tântalo precipitam em pH maior (na faixa de 10).

Outra forma de obtenção do tântalo a partir da mistura dos óxidos Nb₂O₅ e Ta₂O₅ com base fundida é por meio do aproveitamento de sua maior basicidade. Nessa situação, utiliza-se uma solução aquosa com concentração controlada de HF e KF, formando K₂(NbOF₅) e K₂(TaF₇), sendo o primeiro mais solúvel em água que o último.

Aplicações do tântalo

As primeiras utilizações do tântalo ocorreram no começo do século XX, mediante novas técnicas de extração e purificação. Em 1905, por exemplo, engenheiros que trabalhavam para Ernst Werner von Siemens projetaram lâmpadas incandescentes utilizando filamentos de tântalo, na tentativa de substituir os frágeis filamentos de carbono usados até então.

Porém, pouco tempo depois, em 1909, o tântalo foi substituído pelo tungstênio, metal com o maior ponto de fusão da Tabela Periódica, diminuindo assim a demanda industrial por aquele.

O reinício da exploração do tântalo veio com a fabricação de ligas, como as Ta-Ni (tântalo-níquel), que são bem resistentes à corrosão, sendo utilizadas na indústria joalheira. Além disso, são aplicadas em:

• ferramentas de usinagem;
• equipamentos de laboratórios químicos;
• válvulas de rádio.

Essas ligas são utilizadas nas indústrias automobilística e aeroespacial para produzir turbinas e componentes de motores, por exemplo. Também utiliza-se o tântalo para a fabricação de vidros com índices de refração especiais, que servem para a produção de câmeras leves.

Porém, a maior utilização de tântalo ocorre por meio do óxido de tântalo, Ta₂O₅, devido à sua alta capacitância, na produção de capacitores. Esses dispositivos eletrônicos têm a capacidade de armazenar cargas elétricas em seu interior, descarregando grandes quantidades de eletricidade para o circuito, o que é muito útil em aparelhos que necessitam de grandes intensidades de corrente.

Os capacitores de tântalo têm a vantagem de serem menores, oferecendo determinada capacitância (grandeza que mede a quantidade de cargas que pode ser armazenada) em uma unidade volumétrica menor que capacitores tradicionais.

Isso é essencial para a otimização e minimização do circuito elétrico, pois a demanda por componentes menores e portáteis é cada vez maior. Além disso, eles possuem baixa corrente de fuga, maior estabilidade e maior vida útil. Contudo, possuem maior custo.

Saiba mais: Cobalto — elemento que apresenta propriedades magnéticas semelhantes às do ferro

Precauções com o tântalo

Esse metal geralmente não apresenta problemas ao ser humano.

• O tântalo e seus principais compostos não são classificados como carcinogênicos.
• Os sais de tântalo não são tóxicos, pois são pouco absorvidos e facilmente eliminados.
• A inércia do tântalo permite que ele seja utilizado, inclusive, como prótese em seres humanos.

História do tântalo

O tântalo foi inicialmente extraído de amostras minerais pelo químico sueco Anders Ekeberg, em 1802. Por ter grande resistência às soluções ácidas, Ekeberg nomeou o elemento como tântalo, em referência ao rei da mitologia grega Tântalo, conhecido por seu sofrimento.

O rei Tântalo, o único mortal que fez parte da mesa dos deuses olímpicos, foi castigado pelos deuses por ser ambicioso. Ele enviado ao Tártaro (mundo inferior), onde havia um vale farto em vegetação, comida e água.

Contudo, como parte do castigo, o rei Tântalo foi sentenciado a não poder saciar sua fome, nem sua sede, pois ao se aproximar da água, ela escoava, e ao se aproximar das árvores, os ramos eram afastados de seu alcance pelo vento.

Em razão de suas semelhanças com o nióbio, acreditou-se que este e o tântalo eram o mesmo elemento. Isso aconteceu por seis décadas, e o nióbio era chamado na época de colúmbio, descoberto em 1801 por Charles Hatchett.

Em 1844, o alemão Heinrich Rose chegou a afirmar que a tantalita continha, além de tântalo, dois outros metais, os quais foram chamados por ele de nióbio (em referência à Níobe, filha de Tântalo) e pelópio (em referência à Pélope, filho de Tântalo). Rose, sem perceber, fez a redescoberta do colúmbio realizada por Hatchett, porém, chamou-o de nióbio.

Posteriormente, em 1847, o químico R. Hermann disse ter descoberto mais um elemento semelhante ao tântalo, ao nióbio e ao pelópio, chamando-o de ilmênio, em referência às montanhas Ilmensky, na Rússia.

Contudo, em 1868, enfim, o cientista suíço Jean Charles Galissard Marignac conseguiu separar o nióbio e o tântalo. A partir de uma mistura dos óxidos de tântalo e nióbio, Marignac obteve os fluoretos desses compostos.

Explorando as diferentes solubilidades de ambos, Marignac os desagregou. Outro cientista que contribuiu para a separação dos dois elementos foi o sueco Christian Wilhelm Blomstrand, ao identificar um novo cloreto de nióbio.

Assim, o químico britânico Henry Enfield Roscoe concluiu que tanto Marignac quanto Blomstrand conseguiram provar que na tantalita só existiam dois metais: o tântalo e o nióbio, enquanto os outros metais propostos não passavam de simples misturas de ambos em proporções diferentes que podiam conter ainda outros elementos, como tungstênio, titânio e ferro. O nome colúmbio manteve-se como alternativa para o nióbio até a década de 1950.

Exercícios resolvidos sobre o tântalo

Questão 1

(Enem 2018) Na mitologia grega, Nióbia era filha de Tântalo, dois personagens conhecidos pelo sofrimento. O elemento químico de número atômico (Z) igual a 41 tem propriedades químicas e físicas tão parecidas com as do elemento de número atômico 73 que chegaram a ser confundidos. Por isso, em homenagem a esses dois personagens da mitologia grega, foi conferido a esses elementos os nomes de nióbio (Z = 41) e tântalo (Z = 73). Esses dois elementos químicos adquiriram grande importância econômica na metalurgia, na produção de supercondutores e em outras aplicações na indústria de ponta, exatamente pelas propriedades químicas e físicas comuns aos dois.

KEAN, S. A colher que desaparece: e outras histórias reais de loucura, amor e morte a partir dos elementos químicos.  Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (adaptado).

A importância econômica e tecnológica desses elementos, pela similaridade de suas propriedades químicas e físicas, deve-se a

A) terem elétrons no subnível f.

B) serem elementos de transição interna.

C) pertencerem ao mesmo grupo na tabela periódica.

D) terem seus elétrons mais externos nos níveis 4 e 5, respectivamente.

E) estarem localizados na família dos alcalinoterrosos e alcalinos, respectivamente.

Resolução:

Alternativa C

A confusão entre nióbio e tântalo ocorre por conta da grande semelhança de suas propriedades químicas. Em Química, a semelhança entre elementos pode ser explicada pelo fato de pertencerem ao mesmo grupo da Tabela Periódica. Mendeleev, inclusive, os agrupou levando em conta a semelhança de propriedades químicas e físicas.

Questão 2

O tântalo pode ser extraído de um mineral chamado de tantalita, cuja composição pode variar. Uma das composições possíveis é a de óxido de ferro II e tântalo, FeTa₂O₆.

Na composição demonstrada de tantalita, o número de oxidação do tântalo é:

A) +2

B) +3

C) +5

D) +10

E) +12

Resolução:

Alternativa C

O algarismo romano II na nomenclatura indica que o ferro, nesse composto, possui número de oxidação igual a +2. Em óxidos, o oxigênio possui o número de oxidação igual a -2. Assim, o número de oxidação do tântalo pode ser calculado da seguinte forma:

+2 + 2x + 6 (-2) = 0

Consideramos x o número de oxidação do tântalo. Assim, a equação é igualada a zero, pois o óxido em questão é eletricamente neutro, não sendo um íon.

Resolvendo a equação, temos:

2x + 2 – 12 = 0

2x – 10 = 0

2x = 10

x = +5

O tântalo, assim como o nióbio, adquire esse número de oxidação na maioria de seus compostos.

 

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química