タンタル

タンタル、  73 Ta
タンタル
発音/ ˈ t æ n t əl ə m / ⓘ ​( TAN -təl-əm )
外観グレーブルー
標準原子量 A r °(Ta)
  • 180.947 88 ± 0.000 02 [1]
  • 180.95 ± 0.01  （要約）[2]
周期表におけるタンタル
水素ヘリウム
リチウムベリリウムボロン炭素窒素酸素フッ素ネオン
ナトリウムマグネシウムアルミニウムシリコンリン硫黄塩素アルゴン
カリウムカルシウムスカンジウムチタンバナジウムクロムマンガン鉄コバルトニッケル銅亜鉛ガリウムゲルマニウム砒素セレン臭素クリプトン
ルビジウムストロンチウムイットリウムジルコニウムニオブモリブデンテクネチウムルテニウムロジウムパラジウム銀カドミウムインジウム錫アンチモンテルルヨウ素キセノン
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインシュタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
Nb
↑
Ta
↓
Db
ハフニウム←タンタル→タングステン
原子番号 （Z）73
グループグループ5
期間6期
ブロック  dブロック
電子配置[ Xe ] 4f 14 5d 3 6s 2
殻あたりの電子数2、8、18、32、11、2
物理的特性
STPでの 位相固体
融点3290  K (3017 °C、5463 °F)
沸点5731 K (5458 °C、9856 °F)
密度（20℃）16.678 g/cm 3  [3]
液体の場合（  mp）15 g/cm 3
融解熱36.57  kJ/モル
蒸発熱753 kJ/モル
モル熱容量25.36 J/(モル·K)
蒸気圧
P （パ）1101001キロ1万10万
T （K）で 329735973957439549395634
原子の性質
酸化状態共通: +5
−3、[4] −1、[5] 0、[6] +1、[7] +2、[5] +3、[5] +4 [5]
電気陰性度ポーリングスケール：1.5
イオン化エネルギー
  • 1位: 761 kJ/mol
  • 2番目: 1500 kJ/mol
原子半径経験的: 午後146時
共有結合半径170±8時
スペクトル範囲における色の線
タンタルのスペクトル線
その他の特性
自然発生原始的な
結晶構造体心立方格子（bcc）[3]（cI2）
格子定数
タンタルの体心立方結晶構造
a  = 330.29 pm (20 °C) [3]
熱膨張6.3 µm/(m⋅K) (25 °C)
熱伝導率57.5 W/(m⋅K)
電気抵抗率131 nΩ⋅m（20℃）
磁気秩序常磁性[8]
モル磁化率+154.0 × 10 -6  cm 3 /mol (293 K) [9]
ヤング率186 GPa
せん断弾性率69 GPa
体積弾性率200万気圧
音速の 細い棒3400 m/s（20℃）
ポアソン比0.34
モース硬度6.5
ビッカース硬度870～1200 MPa
ブリネル硬度440～3430 MPa
CAS番号7440-25-7
歴史
ネーミングギリシャ神話の人物タンタロスにちなんで
発見アンダース・グスタフ・エーケベリ（1802）
独自の要素として認識されているハインリヒ・ローズ（1844）
タンタルの同位体
主な同位体[10]減衰
アイソトープ豊富半減期 （t 1/2）モード製品
177タシンセ56.36時間β +177 Hf
178タシンセ2.36時間β +178フッ化水素
179タシンセ1.82年ε179 Hf
180タシンセ8.154時間ε180 Hf
β −180ワット
180mタ0.0120%観察する。安定している
181タ99.988%安定した
182タシンセ114.74日β −182ワット
183タシンセ5.1日β −183ワット
 カテゴリー: タンタル
|参照

タンタルは化学元素であり、記号 Ta、原子番号73で表されます。ギリシャ神話の登場人物タンタロスにちなんで名付けられました。 [11]タンタルは非常に硬く、延性があり、光沢のある青灰色の遷移金属で、耐食性に優れています。高融点合金の成分として広く用いられる耐火金属グループに属し、バナジウムやニオブとともに第5族元素に属し、地質学的には化学的に類似したニオブと共に常に存在し、主にタンタライト、コロンバイト、コルタンといった鉱物グループに含まれています。

タンタルは化学的に不活性で融点が非常に高いため、反応容器や真空炉などの実験室・産業機器に有用です。コンピューターなどの電子機器のタンタルコンデンサにも使用されています。また、量子プロセッサの高品質超伝導共振器の材料としての利用も研究されています。

歴史

タンタルは1802年にスウェーデンでアンダース・エーケベリによって2つの鉱物サンプル（スウェーデンとフィンランド産）から発見されました。[12] [13]その1年前にはチャールズ・ハッチェットがコロンビウム（現在のニオブ）を発見していました。 [14] 1809年にイギリスの化学者ウィリアム・ハイド・ウォラストンはコロンビウムとタンタルの酸化物であるコロンバイトとタンタライトを比較しました。2つの酸化物の測定密度はそれぞれ5.918 g/cm 3と7.935 g/cm 3と異なっていましたが、ウォラストンはこれらが同一であると結論付け、タンタルという名前を使い続けました。[15]フリードリヒ・ヴェーラーがこの結果を確認した後、コロンビウムとタンタルは同じ元素であると考えられるようになりました。この結論は1846年にドイツの化学者ハインリヒ・ローゼによって異議を唱えられ、彼はタンタル石の標本に2つの追加の元素が含まれていると主張し、それらをタンタロスの子供たちにちなんでニオブ（ニオベに由来）とペロピウム（ペロプスに由来）と名付けました。[16] [17]推定された元素「ペロピウム」は後にタンタルとニオブの混合物であることが確認され、ニオブは1801年にハチェットによって既に発見されていたコロンビウムと同一であることが判明しました。[18]

タンタルとニオブの違いは、1864年にクリスチャン・ヴィルヘルム・ブロムストランド[ 19]とアンリ・エティエンヌ・サント＝クレール・ドヴィル、そして1865年にそれらの化合物のいくつかの実験式を決定したルイ・J・トローストによって明確に証明されました。 [19] [20]さらなる確証は、1866年にスイスの化学者ジャン・シャルル・ガリサール・ド・マリニャック[21]によってもたらされ、彼は元素が2つしかないことを証明しました。これらの発見は、 1871年まで科学者がいわゆるイルメニウムに関する論文を発表するのを止めることはありませんでした。[22]ド・マリニャックは1864年に塩化タンタルを水素雰囲気下で加熱して還元し、初めてタンタルの金属形態を生成しました。[23]初期の研究者たちは不純なタンタルしか生産できず、比較的純粋で延性のある最初の金属は1903年にシャルロッテンブルクでヴェルナー・フォン・ボルトンによって生産されました。金属タンタルで作られたワイヤーは、タングステンが広く使用されるようになるまで、電球のフィラメントに使用されていました。[24]

タンタルという名称は、ギリシャ神話に登場するニオベの父、タンタロスに由来する。物語の中で、タンタロスは死後、膝まで水に浸かり、頭上には完璧な果実が実るという罰を受ける。この二つの果実は、彼を永遠に魅了した。（もし彼が水を飲もうと屈むと、水は彼の手の届かないところまで流れ、果実に手を伸ばそうとすると、枝は彼の手から離れていった。）[25]アンダース・エーケベリは、「この金属を私がタンタルと呼ぶのは…酸に浸しても何も吸収せず飽和しないという性質を暗示している」と記している。[26]

数十年にわたり、ニオブからタンタルを分離する商業技術は、 1866年にジャン＝シャルル・ガリサール・ド・マリニャックによって発見された、オキシペンタフルオロニオブ酸カリウム一水和物からヘプタフルオロタンタル酸カリウムを分別結晶化するプロセスでした。この方法は、タンタルのフッ化物含有溶液からの溶媒抽出に取って代わられました。[20]

特徴

物理的特性

タンタルは暗色（青灰色）[27]で、緻密で延性があり、非常に硬く、加工しやすく、熱伝導性と電気伝導性が高い。この金属は酸に対する耐性が非常に高く、150 ℃以下の温度では、通常腐食性の高い王水による腐食をほぼ完全に防ぐことができる。タンタルはフッ化水素酸、フッ化物イオンと三酸化硫黄を含む酸性溶液、溶融水酸化カリウムで溶解することができる。タンタルの融点は3017℃（沸点5458℃）と高く、この融点を超える元素はタングステン、レニウム、オスミウム、そして炭素のみである。[28]

タンタルは、アルファ相とベータ相の2つの結晶相で存在する。アルファ相は融点までのすべての温度で安定しており、体心立方構造を持ち、格子定数は20℃でa = 0.33029 nmである。 [3]比較的延性があり、ヌープ硬度は200～400 HN、電気抵抗率は15～60 μΩ⋅cmである。ベータ相は硬くて脆く、結晶対称性は正方晶（空間群P42/mnm、a = 1.0194 nm、c = 0.5313 nm）で、ヌープ硬度は1000～1300 HN、電気抵抗率は170～210 μΩ⋅cmと比較的高い。ベータ相は準安定であり、750～775℃に加熱するとアルファ相に変化する。バルクタンタルはほぼ完全にアルファ相であり、ベータ相は通常、マグネトロンスパッタリング、化学蒸着、または共晶溶融塩溶液からの電気化学的堆積によって得られる薄膜[29]として存在します。[30]

α-Ta、[100]に沿って見た（<100>ファミリーに相当）
β-Ta、[001]に沿って見た

同位体

天然タンタルは、180m Ta（0.012%）と181 Ta（99.988%）という2つの安定同位体から構成されています。180m Ta（mは準安定状態）は、180 Taの基底状態への異性体遷移、 180 Wへのベータ崩壊、または180 Hfへの電子捕獲の3つの崩壊様式で崩壊すると予測されています。しかし、この核異性体の放射能はこれまで観測されておらず、半減期の下限値は2.9 × 1017 年と設定されている。 [31] 180 Taの基底状態の半減期はわずか8時間である。原始核種（半減期＞10 8年）の中で、 180m Taは唯一の核異性体であり、最も希少である（タンタルの元素存在比と、その中の180m Taの同位体存在比から計算）。 [32]

タンタルは、核兵器の「ソルティング（塩漬け）」物質として理論的に検討されてきた（よりよく知られている仮説上のソルティング物質はコバルトである）。タンタルの外殻は、核兵器から放出される強力な中性子束に照射され、放射性同位元素182 Taに変換される。このガンマ線は、数ヶ月にわたって放射性降下物の放射能を著しく増加させる。このような「ソルティング」兵器が実際に製造、試験、使用されたことは知られていない。[33]

タンタルは、高エネルギー陽子ビームによる核破砕のターゲット材料として使用され、 8Li、80Rb、160Ybを含む多数の同位体が生成されます。[34]

化合物

タンタルは、酸化数-3から+5の化合物を形成する。最も一般的に見られるのはTa(V)の酸化物であり、これにはすべての鉱物が含まれる。TaとNbの化学的性質は非常に類似している。水溶液中では、Taは+5の酸化数のみを示す。ニオブと同様に、タンタルは水和Ta(V)酸化物の沈殿により、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸の希薄溶液にはほとんど溶解しない。 [35]塩基性水溶液中では、Taはポリオキソタンタル酸塩の形成により可溶化される。[36]

酸化物、窒化物、炭化物、硫化物

五酸化タンタル（Ta 2 O 5）は、応用の観点から最も重要な化合物です。低酸化状態のタンタル酸化物は数多く存在し、多くの欠陥構造を含み、研究がほとんど行われていないか、特性評価が不十分です。[37]

タンタル酸塩、[TaO 4 ] 3-または [TaO 3 ] -を含む化合物は多数あります。タンタル酸リチウム（LiTaO 3）はペロブスカイト構造を採用しています。タンタル酸ランタン(LaTaO 4 ) には孤立したTaOが含まれています3−4
​四面体[38]

他の耐火金属と同様に、タンタルの最も硬い化合物は窒化物と炭化物です。炭化タンタル（ TaC）は、より一般的に使用される炭化タングステンと同様に、切削工具に使用される硬質セラミックです。窒化タンタル(III)は、一部のマイクロエレクトロニクス製造プロセスにおいて薄膜絶縁体として使用されます。[39]

最も研究されているカルコゲニドは硫化タンタル（TaS 2 ）であり、これは他の遷移金属二カルコゲニドと同様に層状半導体である。タンタル-テルル合金は準結晶を形成する。[38]

ハロゲン化物

タンタルのハロゲン化物は、+5、+4、+3の酸化状態をとる。五フッ化タンタル（TaF 5）は、融点が97.0℃の白色固体である。陰イオン[TaF 7 ] 2-は、ニオブとの分離に用いられる。[40]塩化物TaCl
5二量体として存在するTaは、新規Ta化合物の合成における主要な試薬である。容易に加水分解されてオキシ塩化物となる。低級ハロゲン化物TaX
4およびTaX
3、Ta-Taの絆が特徴です。[38] [35]

有機タンタル化合物

有機タンタル化合物には、ペンタメチルタンタル、混合アルキルタンタル塩化物、アルキルタンタル水素化物、アルキリデン錯体、およびそれらのシクロペンタジエニル誘導体が含まれる。[41] [42]ヘキサカルボニル[Ta(CO) 6 ] -および関連イソシアニドについては、多様な塩および置換誘導体が知られている。

タリウム(CH 3 ) 5。

発生

タンタライト、ピルバラ地区、オーストラリア

タンタルは、重量で地殻の約1 ppm [43]または2  ppm [35]を占めると推定されています 。タンタル鉱物には多くの種がありますが、これまでに産業界で原料として使用されているのは、タンタライト（タンタライト-(Fe)、タンタライト-(Mn)、タンタライト-(Mg)からなるシリーズ）、マイクロライト（現在はグループ名）、ウォッジナイト、ユークセナイト（実際はユークセナイト-(Y)）、ポリクレース（実際はポリクレース-(Y)）など、その一部だけです。[44]タンタライト ( Fe、Mn )Ta 2 O 6は、タンタル抽出にとって最も重要な鉱物です。タンタライトは、コロンバイト( Fe、Mn ) (Ta、Nb ) 2 O 6と同じ鉱物構造を持っています。タンタルがニオブより多い場合はタンタライト、ニオブがタンタルより多い場合はコロンバイト（またはニオブ石）と呼ばれます。タンタルライトやその他のタンタル含有鉱物は密度が高いため、重力分離が最適な方法です。その他の鉱物には、サマルスカイトやファーガソン石などがあります。

灰色と白の世界地図。青で塗られた中国、オーストラリア、ブラジル、コンゴは、それぞれ世界のタンタル生産量の10％未満を表し、緑で塗られたルワンダは、世界のタンタル生産量の60％を表します。
2015年のタンタル生産国（主要生産国はルワンダ）

2010年代以前はオーストラリアがタンタルの主要生産国であり、グローバル・アドバンスト・メタルズ（旧称タリソン・ミネラルズ）が同国最大のタンタル鉱山会社でした。同社は西オーストラリア州で2つの鉱山、南西部のグリーンブッシーズとピルバラ地域のウォッジナを操業しています。ウォッジナ鉱山は、2008年の金融危機の影響で2008年末に採掘が中断されましたが、2011年1月に再開されました。[45]再開から1年も経たないうちに、グローバル・アドバンスト・メタルズは「タンタル需要の低迷」などの要因により、2012年2月末にタンタル採掘を停止すると発表した。[46]ウォッジナは一次タンタル精鉱を生産し、グリーンブッシーズ鉱山でさらに精製されて顧客に販売されています。[47]ニオブの大規模生産国はブラジルとカナダですが、これらの国の鉱石からは少量のタンタルも産出されます。中国、エチオピア、モザンビークなどの他の国では、タンタルの含有率が高い鉱石が採掘されており、世界の生産量のかなりの割合を占めています。タイとマレーシアでも、錫鉱山の副産物としてタンタルが産出されています。砂鉱床から鉱石を重力分離する過程で、錫石（SnO2 ）だけでなく、少量のタンタル石も含まれています。錫製錬所から出るスラグには、経済的に有用な量のタンタルが含まれており、スラグから浸出されます。[20] [48]

灰色と白の世界地図。カナダ、ブラジル、モザンビークは青で示され、それぞれ世界のタンタル生産量の20％未満を表し、オーストラリアは緑で示され、世界のタンタル生産量の60％を表しています。
2006年のタンタル生産国（主要生産国はオーストラリア）

世界のタンタル鉱山生産は、21世紀初頭のオーストラリアとブラジルからの生産が主流であったことから、地理的に大きな変化を遂げました。2007年から2014年にかけて、タンタル鉱山の主な生産地はコンゴ民主共和国、ルワンダ、その他のアフリカ諸国へと劇的に移行しました。[49]将来のタンタル供給源として、推定規模の順に、サウジアラビア、エジプト、グリーンランド、中国、モザンビーク、カナダ、オーストラリア、アメリカ合衆国、フィンランド、ブラジルが探査されています。[50] [51]

紛争資源としての地位

タンタルは紛争資源とみなされている。ニオブとタンタルが抽出されるコロンバイト（タンタル石）の工業用語であるコルタン[52]は中央アフリカでも産出されるため、タンタルはコンゴ民主共和国（旧ザイール）での戦争と関連付けられている。2003年10月23日の国連報告書によると[53] 、コルタンの密輸と輸出がコンゴでの戦争を助長し、この危機により1998年以来およそ540万人が死亡[54] 、第二次世界大戦以降世界で最も多くの死者を出した紛争となっている。コンゴ盆地の武力紛争地域でのコルタンなどの資源の搾取により、責任ある企業行動、人権、野生生物の絶滅への脅威について倫理的な問題が提起されている。[55] [56] [57] [58]米国地質調査所の年鑑によると、この地域のタンタル生産量は2002～2006年に世界の1％弱で、2000年と2008年には10％に達した。[48] 2021年1月に発表されたUSGSのデータによると、世界のタンタル鉱山生産量の約40％がコンゴ民主共和国から、さらに18％が隣国のルワンダとブルンジから来ていることが示された。[59]

生産と加工

2012年までのタンタル生産量の推移[60]

タンタルライトからタンタルを抽出するには、いくつかの段階があります。まず、鉱物は粉砕され、重力分離によって濃縮されます。これは通常、鉱山現場の近くで行われます。

精製

タンタル鉱石からの精錬は、工業冶金における最も困難な分離プロセスの一つです。最大の問題は、タンタル鉱石に多量のニオブが含まれていることです。ニオブの化学的性質はタンタルとほぼ同じです。この課題に対処するために、多くの方法が開発されてきました。

現代では、分離は湿式冶金法によって達成されています。[61]抽出は、鉱石をフッ化水素酸と硫酸または塩酸で浸出することから始まります。この工程により、タンタルとニオブを岩石中の様々な非金属不純物から分離することができます。タンタルは様々な鉱物として存在しますが、ほとんどのタンタル(V)酸化物がこれらの条件下で同様の挙動を示すため、便宜上五酸化物として表されます。したがって、その抽出のための簡略化された式は以下のとおりです。

Ta 2 O 5 + 14 HF → 2 H 2 [TaF 7 ] + 5 H 2 O

ニオブ成分についても全く同様の反応が起こりますが、抽出条件下では通常、六フッ化物が優勢になります。

Nb2O5 + 12HF →2H [ NbF6 ] + 5H2O

これらの式は簡略化されており、硫酸と塩酸を使用した場合、それぞれNb(V)イオンとTa(V)イオンの配位子として重硫酸塩（HSO 4 − ）と塩化物が競合すると考えられています。 [61]タンタルとニオブのフッ化物錯体は、シクロヘキサノン、オクタノール、メチルイソブチルケトンなどの有機溶媒への液液抽出によって水溶液から除去されます。この簡単な手順により、フッ化物やその他の錯体の形で水相に残っているほとんどの金属含有不純物（鉄、マンガン、チタン、ジルコニウムなど）を除去することができます。

タンタルとニオブの分離は、酸混合物のイオン強度を低下させることで達成され、ニオブは水相に溶解する。この条件下では、オキシフッ化物H 2 [NbOF 5 ]が生成されると考えられている。ニオブを除去した後、精製されたH 2 [TaF 7 ]溶液をアンモニア水で中和すると、水和酸化タンタルが固体として沈殿する。これを焼成すると五酸化タンタル（Ta 2 O 5）が得られる。[62]

加水分解の代わりに、H 2 [TaF 7 ]をフッ化カリウムで処理してヘプタフルオロタンタル酸カリウムを生成することもできる。

H 2 [TaF 7 ] + 2 KF → K 2 [TaF 7 ] + 2 HF

H 2 [TaF 7 ]とは異なり、カリウム塩は容易に結晶化し、固体として取り扱われる。

K2 [TaF7 ]は、溶融塩中約800℃でナトリウムで還元することにより金属タンタルに変換できます。[63]

K 2 [TaF 7 ] + 5 Na → Ta + 5 NaF + 2 KF

マリニャック法と呼ばれる古い方法では、H 2 [TaF 7 ]とH 2 [NbOF 5 ]の混合物をK 2 [TaF 7 ]とK 2 [NbOF 5 ]の混合物に変換し、その後、それらの水溶性の違いを利用して分別結晶化によって分離しました。

電解

タンタルは、ホール・エルー法の改良版を用いた電気分解によっても精製できます。タンタル電気分解では、原料の酸化物と産出金属が液体である必要はなく、非液体の粉末酸化物を原料とします。最初の発見は1997年、ケンブリッジ大学の研究者が特定の酸化物の少量サンプルを溶融塩の浴槽に浸し、電流で還元したときになされました。陰極には粉末状の金属酸化物が使用され、陽極は炭素で作られています。1,000℃（1,830℉）の溶融塩が電解質となります。最初の精錬所は、世界の年間需要の3～4%を供給できる能力を備えています。[64]

製造および金属加工

タンタルの溶接は、大気中のガスによる汚染を防ぐため、アルゴンまたはヘリウムなどの不活性雰囲気中で行わなければなりません。タンタルははんだ付けできません。タンタルの研磨は困難であり、特に焼きなまし処理されたタンタルは困難です。焼きなまし処理されたタンタルは非常に延性が高く、金属板として容易に成形できます。[65]

アプリケーション

エレクトロニクス

タンタル電解コンデンサ

金属粉末としてのタンタルの主な用途は、電子部品、主にコンデンサや一部の高出力抵抗器の製造です。タンタル電解コンデンサは、タンタルが保護酸化物表面層を形成する性質を利用します。ペレット状に圧縮されたタンタル粉末をコンデンサの一方の「プレート」として、酸化物を誘電体として、電解液または導電性固体をもう一方の「プレート」として使用します。誘電体層は非常に薄くできるため（例えば、アルミニウム電解コンデンサの同様の層よりも薄い）、小さな体積で高い静電容量を実現できます。サイズと重量の利点から、タンタルコンデンサは携帯電話、パソコン、車載電子機器、カメラなどに適しています。[66]

合金

タンタルは、高融点、高強度、高延性を有する様々な合金の製造にも用いられています。他の金属と合金化することで、金属加工機器用の超硬工具の製造や、ジェットエンジン部品、化学プロセス機器、原子炉、ミサイル部品、熱交換器、タンク、容器などの超合金の製造にも用いられます。[67] [66] [68]タンタルは延性が高いため、細いワイヤーやフィラメントに加工することができ、アルミニウムなどの金属の蒸着に用いられます。

タンタルはフッ化水素酸と高温の硫酸を除くほとんどの酸に対して不活性であり、高温のアルカリ溶液もタンタルを腐食させる。この特性により、タンタルは化学反応容器や腐食性液体の配管に有用な金属となっている。塩酸の蒸気加熱用熱交換コイルはタンタルで作られている。[69]タンタルは、無線送信機用の超高周波 電子管の製造に広く使用されていた。タンタルは窒化物や酸化物を形成することで酸素や窒素を捕捉する能力があり、グリッドやプレートなどの内部部品に使用することで、管に必要な高真空を維持するのに役立った。[40] [69]

外科的用途

タンタルは、その2つの独特な特性から、外科手術において広く使用されています。タンタルの硬さと延性は、鋭利で耐久性のある外科器具やモノフィラメント縫合糸の製造に有用です。しかし、外科手術におけるタンタルの全く無関係な用途は、人間の硬組織と永続的で耐久性のある構造的結合を形成するという独特の能力から生まれ、骨インプラントや歯科インプラントに特に有用です。[70] タンタルコーティングは、硬組織と強固で生物学的に安定した結合を形成する能力があるため、複雑なタンタルコーティングチタン外科インプラントの製造においてますます使用されています。[71]耐久性のある外科インプラントへの使用に伴う付随的な結果として、タンタルは非鉄金属で非磁性であるため、MRI検査を受ける患者にとってタンタルインプラントは許容されると考えられています。[72]

その他の用途

カザフスタン銀行が鋳造した銀のリングとタンタルの中央を持つ二金属硬貨。この2枚にはアポロ・ソユーズと国際宇宙ステーションが描かれている。

タンタルはNASAによってボイジャー1号やボイジャー2号などの宇宙船の部品を放射線から遮蔽するために使用されました。[73]高い融点と耐酸化性のため、真空炉の部品の製造にこの金属が使用されました。タンタルは極めて不活性であるため、サーモウェル、バルブ本体、タンタルファスナーなど、さまざまな耐腐食性部品に成形されています。高密度のため、成形爆薬や爆発成形貫通体ライナーはタンタルで作られています。[74]タンタルは高密度と高融点のため、成形爆薬の装甲貫通能力を大幅に向上させます。[75] [76]また、オーデマピゲ、FPジュルヌ、ウブロ、モンブラン、オメガ、パネライなどの貴重な時計 にも時折使用されています。タンタル酸化物は、カメラレンズ用の特殊な高屈折率ガラスの製造に使用されます。 [77]溶融タンタルをガスまたは液体で噴霧して製造される球状タンタル粉末は、均一な形状、優れた流動性、高い融点のため、積層造形によく使用されます。 [78] [79]

環境問題

タンタルは、環境分野では他の地球科学分野に比べてはるかに注目されていません。地殻上部濃度（UCC）と地殻上部および鉱物中のNb/Ta比は、地球化学ツールとして有用であるため、利用可能です。[80]地殻上部濃度の最新値は0.92 ppm、Nb/Ta(w/w)比は12.7です。[81]

環境中の様々なコンパートメント、特に自然水におけるタンタル濃度に関するデータは少なく、海水および淡水における「溶解」タンタル濃度の信頼できる推定値さえ得られていない。[82]海洋における溶解濃度に関するいくつかの値が公表されているが、それらは矛盾している。淡水における値も多少は改善しているが、いずれの場合も、自然水における「溶解」濃度は現在のほとんどの分析能力をはるかに下回っているため、おそらく1 ng L −1未満である。 [83]分析には事前濃縮手順が必要であるが、現時点では一貫した結果が得られていない。いずれにせよ、タンタルは自然水中では溶解状態ではなく、主に粒子状物質として存在していると考えられる。[82]

土壌、底質、大気エアロゾル中の濃度値は入手しやすい。[82]土壌中の値は1ppmに近く、UCC値に近い。これは堆積物起源であることを示唆している。大気エアロゾルについては、入手可能な値はばらつきがあり、限られている。タンタルの濃縮が観測される場合、それはおそらく雲中のエアロゾル中の水溶性元素の損失によるものと考えられる。[84]

人間によるこの元素の使用に関連する汚染は検出されていない。[85]タンタルは生物地球化学的には非常に保存性の高い元素であると思われるが、その循環と反応性はまだ完全には解明されていない。

予防

タンタルを含む化合物は、実験室ではほとんど見られません。この金属は生体適合性が高く[70]、体内インプラントやコーティングに使用されているため、他の元素や化合物の物理的性質に注目が集まる可能性があります。[86]

職場では、吸入、皮膚接触、眼接触によってタンタルに曝露される可能性がある。労働安全衛生局（OSHA）は、職場におけるタンタル曝露の法的限度（許容曝露限度）を8時間労働で5 mg/m 3と定めている。国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、推奨曝露限度（REL）を8時間労働で5 mg/m 3、短期限度を10 mg/m 3と定めている。タンタルは骨組織と強力かつ永久的な結合を形成する能力があるため、逆説的な事態が生じる。2500 mg/m 3の濃度では、タンタル粉塵が誤って別の組織に付着した場合、生命と健康に対する即時の危険となる。[87]

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