Tântalo, resistente à corrosão e ao ataque químico

O tântalo constitui um elemento químico metálico, metal de transição, que apresenta como características a extraordinária resistência ao calor, alta capacitância elétrica e altíssima resistência à corrosão e à interação química. Ele é um metal do Grupo 5 da Tabela Periódica. Seu símbolo é Ta e seu número atômico é 73. [1,2]

Seu nome vem da figura mitológica Tantalus. Na mitologia grega, Tantalus era o rei de Frígia e pai de Níobe e Pélope. Punido por roubar os segredos dos deuses, ele foi preso numa piscina cercada de árvores frutíferas e submetido a um terrível castigo: quando se curvava para beber, a água sumia; quando tentava pegar uma fruta, ela se afastava. Como o elemento se apresentava pouco reativo em meio ácido, seu descobridor, Anders Ekeberg, lembrou da difícil situação do rei Tantalus ao dar o nome do novo elemento. [2]

Características

O tântalo é muito dúctil e facilmente moldável, sendo altamente resistente à corrosão devido à formação de uma película superficial de óxido. Tem alto ponto de fusão, de 3.017°C, que é excedido apenas pelo tungstênio, com ponto de fusão de 3.414°C, e pelo rênio, cujo ponto de fusão é de 3.185°C. O tântalo é quase completamente imune ao ataque químico a temperaturas abaixo de 150°C, e é atacado apenas por ácido fluorídrico ou em sua mistura com ácido nítrico, soluções ácidas contendo íon fluoreto e trióxido de enxofre livre. Os álcalis o atacam apenas lentamente. A altas temperaturas o tântalo se torna muito mais reativo. [3,4]

O tântalo não tem papel biológico conhecido e não é tóxico, pois é pouco absorvido e facilmente eliminado. [5]

 Descobridores

Anders Ekeberg foi o químico e mineralogista sueco que descobriu o tântalo em 1802, ao analisar minerais procedentes de Kimito, na Finlândia, e de Ytterby, na Suécia. No mesmo ano, o químico inglês Charles Hatchett publicou numa revista da Royal Society de Londres a descoberta de um elemento que denominou de colúmbio e do minério columbita, por ser originário da América. Em 1809, William Hyde Wollaston, químico e físico inglês, analisou os óxidos presentes em minérios de columbita e tantalita e concluiu que, embora os óxidos dos minerais apresentassem densidades diferentes, os elementos dos óxidos eram idênticos. [6]

Somente em 1846, Heinrich Rose, mineralogista e farmacêutico alemão, após estudar a columbita, anunciou que o minério continha o óxido de tântalo descoberto por Ekberg e o óxido de um outro elemento químico que denominou de nióbio, em referência à filha de Tântalo na mitologia grega. Mais tarde descobriu-se que, na verdade, o nióbio era o colúmbio descoberto por Hattchett. Devido à extrema dificuldade de separação, os óxidos ácidos de tântalo e nióbio somente foram isolados em 1866 pelo químico suíço Jean-Charles Galissard de Marignac. [6]

O tântalo metálico sempre foi um material caro. Somente em  1903 o químico alemão Werner von Bolton conseguiu obter o elemento por meio de processos de refino, o que permitiu, posteriormente, seu uso como filamento em lâmpadas. Bolton e seu colaborador, Otto Feuerlin, desenvolveram em 1905 a mais eficiente lâmpada de filamento da época. A partir daí, o tântalo metálico também passou a ser usado em instrumentos cirúrgicos e em aparelhos receptores de radiofonia. [7]

Ocorrência

O tântalo ocorre principalmente na estrutura dos minerais da série columbita-tantalita (Mg, Mn, Fe) (Ta,Nb)₂ O₆, presentes em rochas graníticas/pegmatitos e alcalinas. O nióbio e o tântalo ocorrem juntos, e por isso a separação do tântalo a partir do nióbio exige vários passos bastante complicados. Diversos métodos são empregados para produzir o elemento comercialmente, incluindo a eletrólise de fluorotantalato de potássio fundido, a redução de fluorotantalato de potássio com sódio ou a reação de carboneto de tântalo com óxido de tântalo. Existem 25 isótopos de tântalo conhecidos. O tântalo natural contém dois isótopos,  o Ta-181 que é um isótopo estável, e o Ta-180m é um radioisótopo (com meia-vida acima de 1015 anos) transformando-se lentamente num isômero nuclear. [8,3]

Usos

O tântalo é usado na fabricação de capacitores eletrolíticos e peças de fornos a vácuo, que respondem por cerca de 60% de seu uso. O metal também é amplamente utilizado para fabricar equipamentos para processos químicos e reatores nucleares. As ligas de tântalo podem ser extremamente fortes e têm sido usadas em pás de turbinas, foguetes e nas coberturas de aeronaves supersônicas. [3,5]

Os capacitores de tântalo são componentes que conservam a carga elétrica e controlam o fluxo de corrente, e são empregados em telefones celulares, computadores, pagers, e eletrônicos do setor automotivo. Em ligas com outros metais, o tântalo também é usado na fabricação de ferramentas de metal duro para equipamentos de usinagem e na produção de superligas. [4,5]

Na indústria automobilística, o tântalo é utilizado na produção do airbag, já que há necessidade de liberação de energia de forma imediata. E por sua alta resistência à interação química e à adsorção de gases, o tântalo é fundamental na indústria de máquinas e ferramentas e de equipamentos para processos químicos. [1]

Cientistas do Laboratório Nacional de Los Alamos, nos Estados Unidos, produziram um material compósito de carboneto de tântalo e grafite, considerado um dos materiais mais duros já fabricados. O composto tem ponto de fusão de 3.738°C. E cientistas coreanos desenvolveram uma liga amorfa de tântalo-tungstênio-cobre que é mais flexível e duas a três vezes mais resistente que as tradicionais ligas de aço. [3,9]

O tântalo é totalmente imune aos fluidos corporais e é um material não irritante aos tecidos vivos, e por isto ele é utilizado amplamente na confecção de materiais cirúrgicos e implantes. Ele pode substituir o osso em placas cranianas, por exemplo. Em forma de folha metálica ou fio ele conecta nervos dilacerados; e como uma gaze tecida, ele liga os músculos abdominais. O tântalo também está presente em marcapassos cardíacos. O tântalo também é utilizado em aplicações dentárias. O Serviço Geológico dos Estados Unidos disponibiliza um poster online contendo uma lista de metais e minerais usados nos diversos tipos de implantes médicos, inclusive com uso do tântalo: https://www.usgs.gov/media/images/metals-and-minerals-medical-implants. O óxido de tântalo é usado para fazer vidros especiais com alto índice de refração para lentes de câmeras. [3,5]

Produção

Em 2022 a produção e o consumo global de tântalo aumentaram em comparação com anos anteriores, após a queda mundial do desempenho da indústria ocasionada pela pandemia de Covid-19. Foram produzidas ao todo cerca de 2.000 toneladas do metal. A China continuou sendo o principal destino das exportações mundiais de tântalo com aproximadamente 20% do metal concentrado e de seus minérios, dos rejeitos e do consumo do metal. Brasil, Congo, Nigéria e Ruanda foram responsáveis por 85% da produção estimada de tântalo em 2022, sendo que o Brasil produziu cerca de 370 toneladas naquele ano. [4]

As reservas brasileiras de tântalo estão estimadas em 39 mil toneladas e estão localizadas principalmente na Mina do Pitinga, no município de Presidente Figueiredo, no Amazonas. Neste local são encontrados os minérios columbita-tantalita (Ta₂O₅), ocorrendo ainda criolita (Na₃AlF₆) e outros minerais contendo lítio, ítrio, urânio, tório e zircônio, entre outros. Também existem ocorrências de tântalo relacionadas à Província Pegmatítica de Borborema, na região nordeste do país, destacando-se os estados da Paraíba, Rio Grande do Norte e Ceará. Na Bahia, as ocorrências estão associadas a xistos e pegmatitos da Faixa de Dobramentos Araçuaí. Existem também ocorrências nos estados de Roraima, Rondônia, Amapá, Minas Gerais e Goiás. [8]

Referências

[1] – Recursos minerais de Minas Gerais – Tântalo. Disponível em http://recursomineralmg.codemge.com.br/substancias-minerais/tantalo/. Acesso em 19/09/2023.

[2] – The Element Tantalum. Disponível em https://education.jlab.org/itselemental/ele073.html. Acesso em 16/08/2023.

[3] – Tantalum. Disponível em https://periodic.lanl.gov/73.shtml. Acesso em 16/08/2023.

[4] – Tantalum. Disponível em https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2023/mcs2023-tantalum.pdf. Acesso em 16/08/2023.

[5] – Tantalum. Disponível em https://www.rsc.org/periodic-table. Acesso em 16/08/2023.

[6] – Tântalo: Breve histórico, propriedades e aplicações. Disponível em https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0187893X13724844. Acesso em 16/08/2023.

[7] – Maar J.H. História da Química segunda parte – de Lavoisier ao Sistema periódico. Ed. Papa-Livro, Florianópolis. 2011.

[8] – Tântalo. Disponível em  https://www.gov.br/anm/pt-br/centrais-de-conteudo/publicacoes/serie-estatisticas-e-economia-mineral/sumario-mineral/sumario-mineral-brasileiro-2018

[9] – Tantalum. Disponível em https://www.chemeurope.com/en/encyclopedia/Tantalum.html. Acesso em 21/09/2023.

Texto produzido pela Assessoria de Comunicação e Marketing do CRQ-IV/SP,
sob a supervisão de Márcia Guekezian, coordenadora do curso de
Engenharia Química da Faculdade de São Bernardo do Campo.

Publicado em 03/12/2024