K čemu se hodí – tantal?

Vzácný prvek se těží v Austrálii, Jižní Americe nebo Africe. Používáte ho prakticky denně, někteří z nás ho dokonce nosí v těle. Jak vznikl tantal a k čemu všemu se hodí?

Kde a jak ve vesmíru vzniká tantal?

V našem vesmíru vzniká tantal procesy, kterým se říká nukleosyntéza a které probíhají při výbuchu supernov. Stejně jako ostatní těžké prvky, ani tantal nemůže vznikat termonukleární fúzí v centrech  hvězd. Nejtěžším prvkem, který se tvoří syntézou z lehčích jader je totiž železo. Všechny ostatní, těžší prvky ke svému vzniku syntézou z jader lehčích prvků potřebují velké množství energie.

Přírodní tantal se skládá téměř výhradně z izotopu Ta-181 (99,988%). Další přirozeným izotopem je Ta-180 (0,012%).

Tantal 180 se může tvořit bezprostředně po výbuchu supernovy díky silné koncentraci neutrin z jiných procesů, která působí na hafnium 180. K reakci je potřeba velké množství gama záření, které je krátce po výbuchu supernovy k dispozici v hojné míře.

180Hf + 0,929 MeV + ? › 180mTa + ß­ + ?

Syntéza tantalu 181 pak probíhá (už dříve v podobných blozích zmiňovanými) s- a r- procesy. Jedná se o tzv. „slow“ a „rapid“ reakce, jejichž podstatou je zachycení neutronů v jádrech atomů. Z neutronů se dalším rozpadem (beta rozpad) stávají protony. Každý proton změní chemickou podstatu prvku a tím i jeho jméno. Při „pomalých“ procesech bývají neutrony zachytávány po jednom a prvek tak prochází delší cestou. U „rychlých“ procesů se v jádře železa zachytí hned velké množství neutronů a prvek tak vzniká „rychleji“.

Příkladem pomalého procesu je vznik tantalu z hafnia, které je tantalovým sousedem v periodické tabulce prvků.

180Hf + n › 181Ta + ß­ + 6,72 MeV

Rychlý proces probíhá zachycením 125 neutronů v jádře železa.

56Fe + 125n › 181Ta + 47ß­ + 997 MeV

Ani s- a r-procesy, ve kterých vzniká tantal samozřejmě nejsou pro atomová jádra konečnou. Mohou dále reagovat dalšími s-procesy, kterými vznikají ještě těžší prvky.

Pravděpodobnost záchytu dalších neutronů se dá ocenit pomocí tzv. „průměru záchytu“. Můžete si ho představit jako plochu, kterou musí trefit přilétající neutron, aby se mohl včlenit do jádra. Vyjadřuje se exotickou jednotkou „barn“. Tantal 181 má průměr záchytu 20 barn, zatímco jeho izotop Ta-180 hned 700 barn. Ve vesmíru je logicky daleko méně izotopu Ta-180. Naprostá většina vzniklého tantalu 180 proreaguje dalšími s-procesy, při kterých se z něj tvoří další a ještě těžší prvky.

Objev a pojmenování tantalu

Tantal byl objeven v roce 1802 švédským vědcem Andersem Gustavem Ekebergem. Poté, co se mu podařilo izolovat jeho oxid, všiml si, že je chemicky netečný – nepodařilo se ho rozpustit žádnou kyselinou. Tato vlastnost ho inspirovala k pojmenování nového prvku. Dostal název na počest mytického hrdiny Tantala. Tantalos se znelíbil bohům (podle mythologie žil nepřístojným životem), takže ho potrestali „tantalovými muky“. Měl mít na dosah jídlo i pití, nikdy se ho ale nemohl dotknout, aby uhasil žízeň a hlad.

Kde se dobývá tantal?

Tantal patří ve vesmíru k těm nejvzácnějším neradioaktivním prvkům (pokud není rovnou nejvzácnější). Na Zemi ho nacházíme v rudách společně s niobem. Nejdůležitější z nich jsou tantalit, kolumbit a pyrochlor. Společně bývají tyto rudy nazývány zkratkou Coltan (kolumbit-tantalit).

Coltan je poněkud kontroverzní. Téměř polovina celkového množství se těží v afrických státech, nejvíce v Ruandě a Kongu. Velká poptávka vede k otvírání ilegálních dolů, jejichž výtěžek pak putuje do kapes místních rebelů. V tisku se tedy možná setkáte s pojmem „krvavý coltan“, analogicky k pojmu „krvavých diamantů“.

K čemu se používá vzácný tantal?

Z tantalu se dají vyrobit miniaturní, přitom ale velice výkonné kondenzátory. Je tedy velice žádaným prvkem pro výrobu mikroelektroniky.

Tantal je chemicky spíše netečný, nereaguje při normálních teplotách s kyselinami ani louhy a navíc je biologicky málo aktivní – nejedovatý. To z něj dělá ideální materiál pro chirurgii. Zhotovují se z něj protézy, implantáty, hřeby pro opravu kostí ale také různé chirurgické nástroje.

Jeho slitiny se díky vysoké odolnosti vůči teplotám využívají při výrobě turbín a v technologiích, používaných ve vesmírných projektech. V pozemských podmínkách nahrazuje tantal a jeho slitina keramiku nebo sklo tam, kde trpí extrémními podmínkami – například v chemických reaktorech nebo namáhaných aparátech.