73 Ta Tantal
Atommasse:
180,94788
Fase (ved 25 °C):
Fast
Smeltepunkt:
3017 °C / 3290 K
Kokepunkt:
5458 °C / 5731 K
Vis flere fakta
Gruppe:
5
Periode:
6
Blokk:
d
Elektronkonfigurasjon:
[Xe]6s<sup>2</sup>4f<sup>14</sup>5d<sup>3</sup>
Elektronegativitet:
1,50
Tetthet (ved 25 °C):
16,654 g/cm³
Vis færre fakta

Tantal

Tantalkarbid, TaC, er et av de mest høytsmeltende stoffer som er kjent, smeltepunkt ca 3 880 oC.

Anvendelser

 

Tantal er et gråblått metall for de tøffeste anvendelsene.

Metallet har et høyt smeltepunkt og tåler de fleste syrer. Det er derfor velegnet for industriell bruk i aggresive kjemiske miljøer, gjerne ved høye temperaturer. Likevel er det sjelden grunnstoffet brukes som sådant.

Som i mange andre sammenhenger, oppnås i stedet mer egnede egenskaper når grunnstoffet brukes som utgangspunkt for legeringer. Ved å blande inn andre grunnstoffer, kan både de mekaniske og kjemiske egenskaper skreddersys til en bestemt anvendelse.

Noen få forbindelser av grunnstoffet er også viktige, som tantalkarbidet, TaC, og tantaloksidet, Ta2O5.

 

Verktøy og implantater

Foto: Colourbox

Tantal inngår i flere spesiallegeringer. Metallet er i seg selv et tung og hardt metall, og ofte må de mekaniske egenskapene justeres for at metallet skal kunne finne nytte. Legeringer med ca 30 % nikkel er enklere å bearbeide, har en bruddstyrke som stål, og er i tillegg meget motstandsdyktig mot korrosjon, og anvendes derfor i spesialverktøy innen kirurgi og tannpleie.

Slike legeringer benyttes også i produksjonen av for eksempel nylon hvor mindre bestandige materialer vil slites når kilometervis av tråd produseres hver time.

I andre sammenhenger er det viktigere at tantal er inert, at det ikke lett reagerer med andre stoffer. Dette gjelder for eksempel når metallet benyttes i kroppen, i implantater men også som tråd til å sy sammen knokler når det har godt riktig ille. Metallet tilfredsstiller i disse sammenhenger to krav; det ene er at det er inert.

Men det er ikke nok. Like viktig er det at metallet ikke irriterer kroppen. Tantal har denne egenskapen og ofte benyttes også her legeringer med andre metaller som niob og titan.

Siden metallet er tung og dyrt, er det imidlertid ikke et alternativ å lage store implantater av metallet i seg selv. Men det er et problem som kan omgås. Da legges i stedet et tynt belegg av metallet utenpå de porøse strukturene vi kan lage av helt andre grunnstoffer. Disse strukturene som likner beinstrukturen ville ikke uten videre aksepteres av eller feste seg i kroppen. Et 50 mikrometertynt belegg av tantal på overflaten hjelper til med å få implantatene til å fungere.

40 milligram i mobilen

Foto: Colourbox

Skulle du en hel dag unnvære grunnstoffet tantal, så måtte du umiddelbart ha slått av mobilen, parkert fotoapparatet og plassert de mobile spillkonsollene i embalasjen. I disse små og kompakte duppedittene brukes tantal og tantalpentoksid i kondensatorene. Metallet leder både varme og elektrisitet godt og kan dermed brukes i småkomponenter i elektronikk uten at disse ødelegges ved bruk. Oksidet er isolatoren mellom elektrodene.

Det er omtrent 40 milligram tantal i en gjennomsnitts mobiltelefon. Det høres ikke mye ut, men vi bytter jo ut mobilen stadig vekk, så det selges hvert år temmelig mange mobiler i Norge og ikke minst totalt i verden.

Når vi så vet at det er 49 grunnstoff som er vanligere enn tantal, så er det klart at vi kan få en utfordring på sikt. Som for andre anvendelige metaller hvor det kun finnes små forekomster kan løsningen være urban mining; gruvedrift i søppelhaugene eller gjenvinning basert på innsamling av brukte duppeditter for å si det på en enklere måte.

Ildfaste materialer

Tantalpentoksid bryter lys meget godt, og benyttes derfor i dyr optikk til for eksempel kameraer. En vanligere anvendelse er dog i kondensatorer i moderne duppeditter. Her utgjør oksidet det isolerende laget mellom elektrodene.

Tantalkarbid har også viktige anvendelser. Det er et av våre hardeste materialer og brukes i deler som skal tåle mye slitasje. I tillegg har det anvendelser som ildfast materiale. Det tåler 4000 °C i luft uten å smelte eller antenne. Dette er en utmerket egenskap også når det skal bores eller skjæres siden dette gir masse friksjon og dermed stor varmeutvikling.

Navn

Begge navnene niob og tantal er hentet fra forestillinger fra den greske gudeverden. Tantalos var sønn av Zevs. Tantalos prøvde å lure gudene og ble straffet med å stå i vann til halsen under grener med modne druer. Når han prøvde å drikke, vek vannet unna. Det samme gjorde fruktene. Det engelske verbet tantalize betyr å erte og pine. Når svenske Anders Gustaf Ekeberg ga grunnstoffet navnet tantal var det fordi han hadde hatt sånn strev med å skille det fra andre stoffer.

 

Det er av respekt til Ekeberg at tantal på engelsk kalles tantalum og ikke har endelsen -ium som navnet på nesten alle andre metaller. På tysk er navnet tantal, på fransk tantale og på italiensk tantalio.

Historie

Tantalitt fra Australia
Foto: Wikimedia commons

Kjemien til niob og tantal er svært lik, så for pionerene var det vanskelig å skille mellom dem. Svensken Anders Gustaf Ekeberg (1767-1823) oppdaget grunnstoffet han ga navnet tantalum i 1802 i to mineraler, ett fra Kimito i Finland og ett fra Ytterby utenfor Stockholm. De to mineralene fikk etter det navnene tantalitt, (Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6, og yttrotantalitt, (Y,U,Fe(II))(Ta,Nb)O4. Tantalitt har samme formel som columbitt som Hatchett fant niob i, og som vi ser inneholder alle tre mineralene både niob (columbium) og tantal. Columbitt/tantalitt som finnes i Kongo kalles coltan som noen ganger fornorskes til koltan.

Ekeberg var lærer til J. J. Berzelius (1778-1848). Ekeberg var mye syk og døde tidlig, men Berzelius forsvarte hans prioritet i striden columbium/niob/tantal slik at Ekeberg har blitt stående som oppdager av grunnstoffet vi på norsk kaller tantal. Ingen i Europa i tiden fra 1810 til 1850 kunne uttale seg med større autoritet om grunnstoffer enn Berzelius med sine lærebøker i kjemi og årboken som han publiserte hvert år om fremskritt i kjemi og fysikk.

Tantalmetall kom først på markedet i 1922. Det er kostbart så det begrenser bruken.

Fremstilling

Rene tantalmineraler finnes ikke, og metallet utvinnes derfor fra forekomster hvor det må separeres fra andre metaller som jern, mangan, nikkel og ikke minst niob. Malmen knuses og det produseres etter hvert en blanding av Ta2O5 og Nab2O5 som deretter løses i flussyre. Utfordringen er nå å skille tantal fra niob. Det gjøres ved å fremstille kaliumtantal(V)fluorid som så kan reduseres med natriummetall. Tantal kan alternativt fremstilles elektrolytisk.

Det fremstilles bare et par tusen tonn tantal per år, og 2/3 av dette brukes til høykvalitet kondensatorer. Disse er med på å sørge for at du får kjøpt den håndholdte elektronikken du er så glad i.

Forekomst

Tantal har tradisjonelt blitt produsert i Australia og Brasil og utvinnes stort sett fra mineralene tantalitt og columbitt. Etterspørselen har imidlertid økt sterkt i de senere år fordi metallet benyttes i moderne elektronikk.

Produksjonen foregår nå i stor grad i andre deler av verden, og spesielt har utfordringene som følger denne produksjonen i Kongo-Kinshasa fått mye oppmerksomhet. Der fremstilles det som kalles coltan, en blanding av metaller (tantal og niob) fra columbitt og tantalitt, og profitten fra denne produksjonen har vært med å finansiere en borgerkrig som har kostet flere millioner mennesker livet siden 1998.

Forholdene sammenlignes med de man hadde lengre sør i Afrika i forbindelse med diamantproduksjonen en del år tilbake i tid. Blodhandelen med diamanter er dermed i dag erstattet med det noen kaller en blodhandel med coltan.