ا التنتالوم هو معدن المجموعة 5 من الجدول الدوري ، العدد الذري 73. لديها تشابه كيميائي كبير مع النيوبيوم (ملحوظة) ، العنصر الموجود أعلاه مباشرة في مجموعته. إن التشابه كبير لدرجة أنه كان يُعتقد على مدى ستة عقود أنهما كانا نفس العنصر.
تتميز بخمولها الكيميائي الكبير ، ومقاومتها الميكانيكية ، بالإضافة إلى نقطة انصهارها العالية (ثالث أعلى نقطة بين معادن الجدول الدوري). يبرز أكسيد التنتالوم بسبب خصائصه الكهربائية الممتازة (السعة ، على وجه التحديد).
هذه الخصائص تجعل التنتالوم يستخدم على نطاق واسع في صناعة السبائك المعدنية ومكثفات الهاتف ، الهواتف المحمولة والأجهزة الإلكترونية الأخرى ، والأفران ذات درجة الحرارة المرتفعة ، وكذلك الأطراف الاصطناعية وغيرها من المعدات جراحي. تُستخدم مركباتها في قطاعات مختلفة من الصناعة ، مثل الفضاء والسيارات والإلكترونيات وغيرها.
نرى أيضا: Dubnium - عنصر المجموعة 5 الموجود أسفل التنتالوم في الجدول الدوري
ملخص التنتالوم
- تانتالوس هو أ فلز من المجموعة 5 في الجدول الدوري الذي يظهر تشابهًا كيميائيًا كبيرًا مع النيوبيوم.
- تتميز بجمودها الذاتي ومقاومتها الكيميائية ونقطة انصهارها العالية.
- يتم استخراجه تجاريا من التانتاليت.
- تشمل استخداماته الرئيسية تصنيع السبائك المعدنية والمكثفات.
- تشابهه مع النيوبيوم كبير لدرجة أنه كان يُعتقد أنه هو نفسه لأكثر من ستة عقود جزء.
خصائص التنتالوم
- رمز: نعم.
- العدد الذري: 73.
- الكتلة الذرية: 180948 قدم مكعب
- نقطة الانصهار: 3017 درجة مئوية.
- نقطة الغليان: 5425 درجة مئوية.
- التوزيع الإلكتروني: [Xe] 4f14 6 s2 5 د3.
- كهرسلبية: 1,5.
- كثافة: 16.69 جرام سم-3 (قريبة من 25 درجة مئوية).
- سلسلة كيميائية: معدن إنتقالي؛ المجموعة 5.
خصائص التنتالوم
تتشابه خصائص التنتالوم مع خصائص النيوبيوم. مثال على ذلك هو حقيقة أنها تتفاعل مع غاز الأكسجين و الهالوجينات عند درجة حرارة عالية ، بالإضافة إلى التفاعل مع معظم اللافلزات.
- 4 تا + 5 س2 → 2 تا2ا5
- 2 تا + 5 X2 → 2 ضريبة5، مع X = F ، Cl ، Br ، I
يعرض التنتالوم مقاومة جيدة للتآكل، والذي ينتج عن تكوين طبقة رقيقة من أكسيد على السطح المعدني الذي يعزل ذرات الداخلية للهجوم التأكسدي. العنصر هو أيضا عمليا خامل كيميائيا، فضلا عن هجوم الأحماض، فيما عدا:
- حامض الكبريتيك;
- حمض الهيدروفلوريك.
يعرض ثالث أعلى نقطة انصهار بين المعادن من الجدول الدوري ، في المرتبة الثانية بعد التنغستن و الرينيوم. بالإضافة إلى ذلك ، فإن مركبات التنتالوم ، في معظمها ، تقدم المعدن مع حالة الأكسدة تساوي +5 ولها خصائص تساهمية في الغالب.
ايضا اعلم:الإيتريوم - معدن أرضي نادر يستخدم في تصنيع الليزر
حدوث والحصول على التنتالوم
مع وفرة تقدر بـ 1.7 جزء في المليون (أجزاء في المليون ، مجم / كجم-1) في قشرة الأرض وحوالي 0.002 جزء في البليون (أجزاء في المليار ، ملغ / ت-1) في مياه البحر ، التنتالوم عنصر فلزي نادر نسبيًا في كوكب.
يحدث التنتالوم والنيوبيوم المماثل له بشكل متزامن في معدن الكولومبايت ، (Fe ، Mn) (Nb ، Ta)2ا6. ومع ذلك ، عندما يحتوي الكولومبايت على نسبة أعلى من التنتالوم ، يطلق عليه التانتاليت.
ال يتم الحصول على التنتالوم من خلال استخدام القواعد تنصهر، والتي يمكن أن تحل ملحوظة2ا5 و تا2ا5. إذا تم إذابة الذوبان الناتج في الماء ، فيمكن فصل أملاح النيوبيوم عن أملاح التنتالوم ، حيث تترسب أملاح التنتالوم في الرقم الهيدروجيني أعلى (في حدود 10).
طريقة أخرى للحصول على التنتالوم من خليط أكاسيد ملحوظة2ا5 و تا2ا5 على أساس الزهر من خلال الاستفادة من قاعدته الأكبر. في هذه الحالة ، استخدم ملف المحلول ماء مع تركيز متحكم فيه من HF و KF ، مكونًا K.2(نبوف5) و K.2(تاف7) ، الأول أكثر قابلية للذوبان في الماء من الأخير.
تطبيقات التنتالوم
حدثت الاستخدامات الأولى للتنتالوم في بداية القرن العشرين حتى تقنيات الاستخراج والتنقية الجديدة. في عام 1905 ، على سبيل المثال ، قام المهندسون العاملون في شركة Ernst Werner von Siemens بتصميم مصابيح كهربائية المتوهجة باستخدام خيوط التنتالوم ، في محاولة لاستبدال الخيوط الهشة كربون تستخدم حتى ذلك الحين.
ومع ذلك ، بعد ذلك بوقت قصير ، في عام 1909 ، تم استبدال التنتالوم بالتنغستن ، وهو المعدن ذو أعلى نقطة انصهار في الجدول الدوري ، مما قلل من الطلب الصناعي عليه.
جاء استئناف التنقيب عن التنتالوم مع تصنيع السبائك، مثل Ta-Ni (tantal-nickel) ، وهي شديدة المقاومة للتآكل ، وتستخدم في صناعة المجوهرات. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تطبيقها على:
- أدوات التصنيع
- معدات المختبرات الكيميائية
- صمامات الراديو.
تستخدم هذه السبائك في صناعةفي السيارات والفضاء لإنتاج التوربينات ومكونات المحرك ، على سبيل المثال. كما يستخدم التنتالوم تصنيع الزجاج مع مؤشرات الانكسار العروض الخاصة، والتي تستخدم في إنتاج الكاميرات خفيفة الوزن.
ومع ذلك ، فإن أكبر استخدام للتنتالوم يحدث من خلال أكسيد التنتالوم ، تا2ا5، بسبب السعة العالية ، في انتاج المكثفات. هذه الأجهزة الإلكترونية لديها القدرة على التخزين الشحنات الكهربائية في الداخل ، يتم تفريغ كميات كبيرة من الكهرباء في الدائرة ، وهو أمر مفيد للغاية في الأجهزة التي تتطلب شدة كبيرة من سلسلة.
تتميز مكثفات التنتالوم بأنها أصغر حجمًا ، مما يوفر سعة معينة (مقدار ذلك يقيس كمية الشحنة التي يمكن تخزينها) في وحدة حجمية أصغر من المكثفات التقليديين.
يعد هذا ضروريًا لتحسين الدوائر الكهربائية وتقليلها ، حيث يتزايد الطلب على المكونات الصغيرة والمحمولة. بالإضافة إلى ذلك ، لديهم تيار تسرب منخفض ، استقرار أكبر وعمر خدمة أطول. ومع ذلك ، لديهم تكلفة أعلى.
تعرف أكثر: الكوبالت - عنصر له خصائص مغناطيسية مشابهة للحديد
احتياطات التنتالوم
عادة لا يمثل هذا المعدن مشاكل للبشر.
- التنتالوم ومركباته الرئيسية غير مصنفة كمواد مسرطنة.
- أملاح التنتالوم غير سامة حيث يتم امتصاصها بشكل سيئ والتخلص منها بسهولة.
- يسمح قصور التنتالوم باستخدامه حتى كطرف اصطناعي عند البشر.
تاريخ التنتالوم
كان التنتالوم في البداية تم استخراجه من العينات المعدنية بواسطة الكيميائي السويدي أندرس إيكبيرج، في عام 1802. نظرًا لمقاومته الكبيرة للمحاليل الحمضية ، أطلق Ekeberg على عنصر tantalum ، في إشارة إلى ملك الأساطير اليونانية تانتالوس المعروف بمعاناته.
عوقب الملك تانتالوس ، الفاني الوحيد الذي جلس على مائدة الآلهة الأولمبية ، من قبل الآلهة لكونها طموحة. تم إرساله إلى تارتاروس (العالم السفلي) ، حيث كان هناك واد مليء بالنباتات والطعام والماء.
ومع ذلك ، كجزء من العقوبة ، حُكم على الملك تانتالوس بأنه غير قادر على إخماد جوعه أو عطشه ، كما في عند الاقتراب من الماء ، يتم تجفيفه ، وعند الاقتراب من الأشجار ، تمت إزالة الأغصان من متناول يدها بواسطة ريح.
بسببهم أوجه التشابه مع النيوبيوم، كان يعتقد أن هذا والتنتالوم كانا نفس العنصر. استمر هذا لمدة ستة عقود ، ثم أطلق على النيوبيوم اسم كولومبيوم ، واكتشفه تشارلز هاتشيت في عام 1801.
في عام 1844 ، ادعى الألماني هاينريش روز أن التانتاليت يحتوي ، بالإضافة إلى التنتالوم ، على معادن أخرى ، والتي من قبله niobium (في إشارة إلى Niobe ، ابنة Tantalus) و pelopio (في إشارة إلى Pelops ، ابن التنتالوم). روز ، دون أن يدرك ذلك ، قام بإعادة اكتشاف الكولومبيوم الذي قام به هاتشيت ، ومع ذلك ، أطلق عليه اسم النيوبيوم.
في وقت لاحق ، في عام 1847 ، قام الكيميائي R. قال هيرمان إنه اكتشف عنصرًا آخر مشابهًا للتنتالوم والنيوبيوم والبيلوبيوم ، ويطلق عليه اسم ألمينيوم ، في إشارة إلى جبال إلمنسكي في روسيا.
ومع ذلك ، في عام 1868 ، أخيرًا ، العالم السويسري جان تشارلز جاليسار مارينياك تمكنت من فصل النيوبيوم والتنتالوم. من خليط من التنتالوم وأكاسيد النيوبيوم ، حصل Marignac على فلوريد هذه المركبات.
استكشاف الذوبان المختلفة لكليهما ، وصنفهم Marignac. عالم آخر ساهم في فصل العنصرين هو السويدي كريستيان فيلهلم بلومستراند ، عندما تعرف على عنصر جديد كلوريد النيوبيوم.
وهكذا ، خلص الكيميائي البريطاني هنري إنفيلد روسكو إلى أن كلا من Marignac و Blomstrand كانا قادرين على إثبات ذلك في التانتاليت كان هناك معدنان فقط: التنتالوم والنيوبيومبينما لم تكن المعادن الأخرى المقترحة أكثر من مجرد خليط بسيط من كلاهما بنسب مختلفة يمكن أن تحتوي أيضًا على عناصر أخرى ، مثل التنجستن والتيتانيوم والحديد. ظل اسم كولومبيوم كبديل للنيوبيوم حتى الخمسينيات من القرن الماضي.
تمارين حلها على التنتالوم
السؤال رقم 1
(Enem 2018) في الأساطير اليونانية ، كانت نيوبيا ابنة تانتالوس ، وهما شخصيتان معروفتان بالمعاناة. العنصر الكيميائي ذو العدد الذري (Z) الذي يساوي 41 له خصائص كيميائية وفيزيائية مشابهة جدًا لتلك الخاصة بالعنصر ذي العدد الذري 73 لدرجة أنه تم الخلط بينهما. لذلك ، تكريما لهاتين الشخصيتين من الأساطير اليونانية ، تم إعطاء هذين العنصرين أسماء النيوبيوم (Z = 41) والتنتالوم (Z = 73). اكتسب هذين العنصرين الكيميائيين أهمية اقتصادية كبيرة في علم المعادن ، في إنتاج الموصلات الفائقة والتطبيقات الأخرى في الصناعة المتطورة ، على وجه التحديد للخصائص الكيميائية والفيزيائية مشترك لكليهما.
كين ، س. الملعقة المختفية: وغيرها من القصص الحقيقية للجنون والحب والموت من العناصر الكيميائية. ريو دي جانيرو: الزهار ، 2011 (مقتبس).
ترجع الأهمية الاقتصادية والتكنولوجية لهذه العناصر ، بسبب تشابه خواصها الكيميائية والفيزيائية ، إلى
أ) لها إلكترونات في المستوى الفرعي f.
ب) تكون عناصر الانتقال الداخلي.
ج) تنتمي لنفس المجموعة على الجدول الدوري.
D) لها إلكتروناتها الخارجية عند المستويين 4 و 5 على التوالي.
هـ) تكون موجودة في التربة القلوية والعائلة القلوية على التوالي.
الدقة:
البديل ج
يحدث الخلط بين النيوبيوم والتنتالوم بسبب التشابه الكبير في خواصهما الكيميائية. في سكيمياء، يمكن تفسير التشابه بين العناصر من خلال حقيقة أنها تنتمي إلى نفس المجموعة في الجدول الدوري. قام منديليف بتجميعهم مع مراعاة تشابه الخصائص الكيميائية والفيزيائية.
السؤال 2
يمكن استخلاص التنتالوم من معدن يسمى التانتاليت ، يمكن أن تختلف تركيبته. أحد التركيبات المحتملة هو أكسيد الحديد الثاني والتنتالوم FeTa2ا6.
في التركيب الظاهر للتانتاليت ، يكون عدد أكسدة التنتالوم هو:
أ) +2
ب) +3
ج) +5
د) +10
هـ) +12
الدقة:
البديل ج
يشير الرقم الروماني II في التسمية إلى أن حديد، في هذا المركب ، لديه عدد أكسدة +2. في الأكاسيد ، يكون الأكسجين لديها عدد أكسدة -2. وبالتالي ، يمكن حساب عدد أكسدة التنتالوم على النحو التالي:
+2 + 2x + 6 (-2) = 0
نحن نعتبر x عدد أكسدة التنتالوم. وبالتالي ، يتم ضبط المعادلة على الصفر ، لأن الأكسيد المعني محايد كهربائيًا ، وليس a أيون.
حل المعادلة لدينا:
2 س + 2-12 = 0
2 س - 10 = 0
2 س = 10
س = +5
التنتالوم ، مثل النيوبيوم ، يكتسب هذا عدد التأكسد في معظم مجمعاتها.
بقلم ستيفانو أروجو نوفايس
مدرس كيمياء
