O טנטלום היא מתכת קבוצה 5 של הטבלה המחזורית, מספר אטומי 73. יש לו דמיון כימי גדול ל- ניוביום (Nb), אלמנט ממש מעל בקבוצה שלו. הדמיון כה גדול, שבמשך שישה עשורים האמינו שהם אותו יסוד.
הוא בולט באדישות הכימית הגדולה שלו, בעמידותו המכנית, בנוסף לנקודת ההתכה הגבוהה שלו (השלישית בגובהה מבין המתכות של טבלה מחזורית). תחמוצת טנטלום בולטת בגלל התכונות החשמליות המצוינות שלה (הקיבול שלה, במיוחד).
תכונות כאלה הופכות את הטנטלום לשימוש נרחב בייצור סגסוגות מתכת, קבלים לטלפונים, טלפונים סלולריים ומכשירים אלקטרוניים אחרים, תנורים בטמפרטורה גבוהה, כמו גם תותבות וציוד אחר כִּירוּרגִי. התרכובות שלה משמשות במגזרים שונים של התעשייה, כגון תעופה וחלל, רכב, אלקטרוניקה, בין היתר.
ראה גם: דובניום - יסוד מקבוצה 5 שנמצא מתחת לטנטלום בטבלה המחזורית
סיכום של טנטלום
- טנטלוס הוא א מַתֶכֶת מקבוצה 5 של הטבלה המחזורית שמראה דמיון כימי רב עם ניוביום.
- הוא בולט באינרציה ובעמידותו הכימית ובנקודת ההתכה הגבוהה.
- הוא מופק באופן מסחרי מטנטליט.
- השימושים העיקריים שלו כוללים ייצור של סגסוגות מתכת וקבלים.
- הדמיון שלו לניוביום כה גדול עד שבמשך יותר משישה עשורים האמינו שהוא זהה אֵלֵמֶנט.
תכונות טנטלום
- סֵמֶל: בסדר.
- מספר אטומי: 73.
- מסה אטומית: 180,948 C.u.s
- נקודת היתוך: 3017 מעלות צלזיוס.
- נקודת רתיחה: 5425 מעלות צלזיוס.
- הפצה אלקטרונית: [Xe] 4f14 6 שניות2 5ד3.
- אלקטרוני שליליות: 1,5.
- צְפִיפוּת: 16.69 גרם ס"מ-3 (קרוב ל-25 מעלות צלזיוס).
- סדרת כימיקלים: מתכת מעבר; קבוצה 5.
מאפייני טנטלום
המאפיינים של טנטלום דומים לאלו של ניוביום. דוגמה לכך היא העובדה שהם מגיבים עם גז חמצן ו הלוגנים בטמפרטורה גבוהה, בנוסף להגיב עם רוב לא מתכות.
- 4 Ta + 5 O2 → 2 טא2O5
- 2 טא + 5 X2 → 2 מס5, עם X = F, Cl, Br, I
מתנות טנטלום עמידות בפני קורוזיה טובה, הנובעת מהיווצרות שכבה דקה של תַחמוֹצֶת על המשטח המתכתי המבודד את אטומים התקפה פנימית עד חמצונית. האלמנט הוא גם כמעט אינרטי מבחינה כימית, כמו גם ההתקפה של חומצות, חוץ מ:
- חומצה גופרתית;
- חומצה הידרופלואורית.
מציג את נקודת ההיתוך השלישית בגובהה מבין המתכות של הטבלה המחזורית, שני רק אחרי ווֹלפרָם ו רניום. בנוסף, תרכובות טנטלום, לרוב, מציגות את המתכת מצב חמצון שווה ל-+5 ועם מאפיינים קוולנטיים בעיקר.
גם יודע:איטריום - מתכת אדמה נדירה המשמשת בייצור לייזר
התרחשות והשגת טנטלום
עם שפע משוער של 1.7 ppm (חלקים למיליון, מ"ג.ק"ג-1) בשעה קרום כדור הארץ וכ-0.002 ppb (חלקים למיליארד, mg.t-1) במי ים, טנטלום הוא יסוד מתכתי נדיר יחסית ב כוכב לכת.
טנטלום והניוביום הדומה לו מתרחשים במקביל במינרל קולומבייט, (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6. עם זאת, כאשר לקולומביט יש תכולה גבוהה יותר של טנטלום, זה נקרא טנטליט.
ה טנטלום מתקבל באמצעות שימוש ב בסיסים מְסוּגסָג, שיכול להמיס נ.ב2O5 וטא2O5. אם ההמסה המתקבלת מומסת במים, ניתן להפריד מלחי ניוביום ממלחי הטנטלום, מכיוון שמלחי הטנטלום משקעים ב pH גבוה יותר (בטווח של 10).
דרך נוספת להשגת טנטלום מתערובת תחמוצות Nb2O5 וטא2O5 על בסיס צוות הוא דרך מנצל את הבסיסיות הרבה יותר שלו. במצב זה, השתמש ב-a פִּתָרוֹן מים עם ריכוז מבוקר של HF ו-KF, היוצרים K2(NbOF5) וק2(ת7), הראשון מסיס יותר במים מהאחרון.
יישומי טנטלום
השימושים הראשונים בטנטלום התרחשו בתחילת המאה ה-20, עד טכניקות מיצוי וטיהור חדשות. בשנת 1905, למשל, מהנדסים שעבדו עבור ארנסט ורנר פון סימנס עיצבו נורות ליבון באמצעות חוטי טנטלום, בניסיון להחליף את החוטים השבירים של פַּחמָן בשימוש עד אז.
אולם זמן קצר לאחר מכן, בשנת 1909, הוחלף הטנטלום בטונגסטן, המתכת בעלת נקודת ההיתוך הגבוהה ביותר בטבלה המחזורית, ובכך הפחיתה הביקוש התעשייתי לה.
חידוש חקר הטנטלום הגיע עם ייצור סגסוגת, כגון Ta-Ni (טנטל-ניקל), אשר עמידים מאוד בפני קורוזיה, בשימוש בתעשיית התכשיטים. בנוסף, הם מיושמים על:
- כלי עיבוד;
- ציוד מעבדה כימית;
- שסתומי רדיו.
סגסוגות אלה משמשות ב תַעֲשִׂיָהבְּ- רכב וחלל לייצור טורבינות ורכיבי מנוע, למשל. טנטלום משמש גם עבור ייצור זכוכית עם מדדי שבירה מבצעים, המשמשות לייצור מצלמות קלות משקל.
עם זאת, השימוש הגדול ביותר בטנטלום מתרחש באמצעות תחמוצת טנטלום, Ta2O5, בשל הקיבול הגבוה שלו, ב- ייצור של קבלים. למכשירים אלקטרוניים אלה יש את היכולת לאחסן מטענים חשמליים בפנים, פריקת כמויות גדולות של חשמל למעגל, וזה שימושי מאוד במכשירים הדורשים עוצמות גדולות של שַׁרשֶׁרֶת.
לקבלי טנטלום יש יתרון שהם קטנים יותר, ומציעים קיבול מסוים (גודל מודד את כמות המטען שניתן לאחסן) ביחידה נפחית קטנה יותר מאשר קבלים מָסוֹרתִי.
זה חיוני למיטוב ולמזעור המעגל החשמלי, שכן הביקוש לרכיבים קטנים וניידים הולך וגדל. בנוסף, יש להם זרם דליפה נמוך, יציבות רבה יותר וחיי שירות ארוכים יותר. עם זאת, יש להם עלות גבוהה יותר.
יודע יותר: קובלט - יסוד בעל תכונות מגנטיות הדומות לברזל
אמצעי זהירות עם טנטלום
מתכת זו בדרך כלל אינה מהווה בעיות לבני אדם.
- טנטלום ותרכובותיו העיקריות אינם מסווגים כמסרטנים.
- מלחי טנטלום אינם רעילים מכיוון שהם נספגים בצורה גרועה ומסולקים בקלות.
- האינרציה של הטנטלום מאפשרת להשתמש בו אפילו כתותב בבני אדם.
תולדות הטנטלום
טנטלום היה בתחילה מופק מדגימות מינרלים על ידי הכימאי השוודי אנדרס אקברג, בשנת 1802. בשל עמידותו הרבה לתמיסות חומציות, קרא אקברג את היסוד טנטלום, בהתייחס למלך של מיתולוגיה יוונית טנטלוס, ידוע בסבלו.
המלך טנטלוס, בן התמותה היחיד שישב ליד שולחן האלים האולימפיים, נענש על ידי ה אלים על היותו שאפתני. הוא נשלח לטרטרוס (העולם התחתון), שם היה עמק מלא בצמחייה, מזון ומים.
אולם, כחלק מהעונש, נגזר על המלך טנטלוס שלא יוכל להרוות את רעבו או צימאונו, כמו ב כשהתקרבו למים הם התנקזו, וכשהתקרבו לעצים הוסרו הענפים מהישג ידו על ידי רוּחַ.
בגלל שלהם קווי דמיון עם ניוביום, האמינו כי זה וטנטלום הם אותו יסוד. זה נמשך במשך שישה עשורים, והניוביום נקרא אז קולומביום, שהתגלה ב-1801 על ידי צ'ארלס האצ'ט.
בשנת 1844, הגרמני היינריך רוז אף טען כי הטנטליט מכיל, בנוסף לטנטלום, שתי מתכות נוספות, אשר נקראו על ידו ניוביום (בהתייחסות לניובה, בתו של טנטלוס) ופלופיו (בהתייחסות לפלופ, בנו של טנטלום). רוז, מבלי ששמתי לב, עשתה את הגילוי המחודש של הקולומביום שביצע האטצ'ט, אולם כינה אותו ניוביום.
מאוחר יותר, בשנת 1847, הכימאי ר. הרמן אמר שהוא גילה עוד יסוד הדומה לטנטלום, ניוביום ופלופיום, וקרא לו אילמניום, בהתייחס להרי אילמנסקי ברוסיה.
עם זאת, ב-1868, סוף סוף, המדען השוויצרי ז'אן שארל גאליסארד מריניאק הצליח להפריד בין ניוביום וטנטלום. מתערובת של תחמוצות טנטלום וניוביום השיג מריניאק את הפלואורידים של התרכובות הללו.
כשהוא חקר את המסיסויות השונות של שניהם, פירק מריניאק אותם. מדען נוסף שתרם להפרדה בין שני היסודות היה השבדי הנוצרי וילהלם בלומסטרנד, כאשר זיהה חדש כלוריד של ניוביום.
לפיכך, הכימאי הבריטי הנרי אנפילד רוסקו הגיע למסקנה שגם מריניאק וגם בלומסטרנד הצליחו להוכיח כי בטנטליט היו רק שתי מתכות: טנטלום וניוביום, בעוד המתכות המוצעות האחרות היו לא יותר מתערובות פשוטות של שתיהן בפרופורציות שונות שיכולות להכיל גם יסודות אחרים, כגון טונגסטן, טיטניום וברזל. השם קולומביום נשאר כחלופה לניוביום עד שנות ה-50.
פתרו תרגילים על טנטלום
שאלה 1
(אנם 2018) במיתולוגיה היוונית, ניוביה הייתה בתו של טנטלוס, שתי דמויות ידועות בסבל. ליסוד הכימי שמספרו האטומי (Z) שווה ל-41 יש תכונות כימיות ופיזיקליות כל כך דומות לאלו של היסוד בעל המספר האטומי 73 עד שהתבלבלו. לכן, לכבוד שתי הדמויות הללו מהמיתולוגיה היוונית, ליסודות אלו קיבלו שמות של ניוביום (Z = 41) וטנטלום (Z = 73). שני יסודות כימיים אלו רכשו חשיבות כלכלית רבה במטלורגיה, בייצור של מוליכים ובאפליקציות אחרות בתעשיית ה-high-end, בדיוק עבור התכונות הכימיות והפיזיקליות משותף לשניהם.
קין, ס. הכפית הנעלמת: וסיפורים אמיתיים אחרים על טירוף, אהבה ומוות מאלמנטים כימיים. ריו דה ז'נרו: זהאר, 2011 (מותאם).
החשיבות הכלכלית והטכנולוגית של יסודות אלה, בשל הדמיון בין תכונותיהם הכימיות והפיזיקליות, נובעת מה
א) יש אלקטרונים בתת-רמת f.
ב) להיות אלמנטים של מעבר פנימי.
ג) שייכים לאותה קבוצה בטבלה המחזורית.
ד) האלקטרונים החיצוניים ביותר שלהם נמצאים ברמות 4 ו-5, בהתאמה.
ה) להיות ממוקמים במשפחת האדמה האלקליין והאלקליין, בהתאמה.
פתרון הבעיה:
חלופה C
הבלבול בין ניוביום וטנטלום מתרחש בגלל הדמיון הרב של התכונות הכימיות שלהם. ב שכִּימִיָה, ניתן להסביר את הדמיון בין יסודות בכך שהם שייכים לאותה קבוצה בטבלה המחזורית. מנדלייב אפילו קיבץ אותם תוך התחשבות בדמיון בין תכונות כימיות ופיזיקליות.
שאלה 2
ניתן להפיק טנטלום ממינרל בשם טנטליט, שהרכבו יכול להשתנות. אחד ההרכבים האפשריים הוא זה של תחמוצת ברזל II וטנטלום, FeTa2O6.
בהרכב המוכח של טנטליט, מספר החמצון של טנטלום הוא:
א) +2
ב) +3
ג) +5
ד) +10
ה) +12
פתרון הבעיה:
חלופה C
הספרה הרומית II במינון מצביעה על כך שה בַּרזֶל, בתרכובת זו, יש מספר חמצון של +2. בתחמוצות, ה חַמצָן יש לו מספר חמצון של -2. לפיכך, ניתן לחשב את מספר החמצון של טנטלום באופן הבא:
+2 + 2x + 6 (-2) = 0
אנו רואים x את מספר החמצון של טנטלום. לפיכך, המשוואה מוגדרת לאפס, מכיוון שהתחמוצת המדוברת היא ניטרלית חשמלית, ואינה יוֹן.
בפתרון המשוואה, יש לנו:
2x + 2 - 12 = 0
2x - 10 = 0
2x = 10
x = +5
טנטלום, כמו ניוביום, רוכש זאת מספר חמצון ברוב התרכובות שלו.
מאת סטפנו אראוחו נובאיס
מורה לכימיה
