แทนทาลัม (ตา): ลักษณะ การได้มา ประวัติ

อู๋ แทนทาลัม เป็นโลหะหมู่ที่ 5 ของตารางธาตุ เลขอะตอม 73. มีความคล้ายคลึงทางเคมีที่ดีกับ ไนโอเบียม (Nb) องค์ประกอบด้านบนในกลุ่ม ความคล้ายคลึงกันนั้นยิ่งใหญ่มากจนเชื่อกันว่าเป็นองค์ประกอบเดียวกันเป็นเวลาหกทศวรรษ

มีความโดดเด่นในด้านความเฉื่อยทางเคมีที่ดีเยี่ยม ความต้านทานทางกล นอกเหนือจากจุดหลอมเหลวสูง (สูงสุดเป็นอันดับสามในบรรดาโลหะของ ตารางธาตุ). แทนทาลัมออกไซด์มีความโดดเด่นเนื่องจากมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม (โดยเฉพาะในด้านความจุ)

คุณสมบัติดังกล่าวทำให้แทนทาลัมใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตโลหะผสม ตัวเก็บประจุโทรศัพท์ โทรศัพท์มือถือและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ เตาอบที่มีอุณหภูมิสูงตลอดจนขาเทียมและอุปกรณ์อื่น ๆ การผ่าตัด สารประกอบของมันถูกนำไปใช้ในภาคส่วนต่างๆ ของอุตสาหกรรม เช่น การบินและอวกาศ ยานยนต์ อิเล็กทรอนิกส์ เป็นต้น

ดูด้วย: Dubnium — องค์ประกอบของกลุ่ม 5 ที่ต่ำกว่าแทนทาลัมในตารางธาตุ

สรุปแทนทาลัม

แทนทาลัสเป็น โลหะ จากกลุ่มที่ 5 ของตารางธาตุที่แสดงความคล้ายคลึงทางเคมีอย่างมากกับไนโอเบียม
โดดเด่นด้วยความเฉื่อยและทนต่อสารเคมีและจุดหลอมเหลวสูง
มันถูกสกัดในเชิงพาณิชย์จากแทนทาไลต์
การใช้งานหลัก ได้แก่ การผลิตโลหะผสมและตัวเก็บประจุ

instagram story viewer

มีความคล้ายคลึงกับไนโอเบียมมากจนเชื่อกันว่าเป็นแบบเดียวกันมานานกว่าหกทศวรรษ องค์ประกอบ.

คุณสมบัติแทนทาลัม

สัญลักษณ์: ตกลง.
เลขอะตอม: 73.
มวลอะตอม: 180,948 c.u.s.
จุดหลอมเหลว: 3017°ซ.
จุดเดือด: 5425 องศาเซลเซียส
การกระจายทางอิเล็กทรอนิกส์: [Xe] 4f¹⁴ 6s² 5 วัน³.
อิเล็กโตรเนกาติวีตี้: 1,5.
ความหนาแน่น: 16.69 ก.ซม.^-3 (ใกล้ถึง 25 องศาเซลเซียส)
ชุดเคมี: โลหะทรานซิชัน; กลุ่มที่ 5

ลักษณะแทนทาลัม

ลักษณะของแทนทาลัมคล้ายกับไนโอเบียม ตัวอย่างนี้คือความจริงที่ว่าพวกมันทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจนและ ฮาโลเจน ที่อุณหภูมิสูงนอกจากจะทำปฏิกิริยากับ อโลหะ.

4 ตา + 5 O₂ → 2 ตา₂อู๋₅
2 ตา + 5 X₂ → 2 ภาษี₅โดย X = F, Cl, Br, I

แทนทาลัมนำเสนอ ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีซึ่งเป็นผลมาจากการก่อตัวของชั้นบางๆของ ออกไซด์ บนพื้นผิวโลหะที่หุ้มฉนวน อะตอม ภายในเพื่อโจมตีออกซิเดชัน องค์ประกอบยังเป็น เฉื่อยทางเคมีในทางปฏิบัติเช่นเดียวกับการโจมตีของ กรดยกเว้น:

กรดซัลฟูริก;
กรดไฮโดรฟลูออริก

นำเสนอ จุดหลอมเหลวสูงสุดอันดับสามในหมู่โลหะ ของตารางธาตุ รองจาก ทังสเตน และ รีเนียม. นอกจากนี้ สารประกอบแทนทาลัมโดยส่วนใหญ่นำเสนอโลหะด้วย สถานะออกซิเดชันเท่ากับ +5 และมีลักษณะเด่นเป็นโควาเลนต์

ยังรู้:อิตเทรียม — โลหะหายากที่ใช้ในการผลิตเลเซอร์

การเกิดขึ้นและการได้มาของแทนทาลัม

ด้วยความอุดมสมบูรณ์ประมาณ 1.7 ppm (ส่วนในล้าน, mg.kg^-1) ที่ เปลือกโลก และประมาณ 0.002 ppb (ส่วนในพันล้านส่วน mg.t^-1) ในน้ำทะเลแทนทาลัมเป็นธาตุโลหะ ค่อนข้างหายากใน ดาวเคราะห์.

แทนทาลัมและไนโอเบียมที่คล้ายกันเกิดขึ้นพร้อมกันในแร่โคลัมไบท์ (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂อู๋₆. อย่างไรก็ตาม เมื่อโคลัมไบท์มีแทนทาลัมในปริมาณที่สูงกว่า จะเรียกว่าแทนทาไลต์

เธ แทนทาลัมได้มาจากการใช้ ฐาน หลอมรวมซึ่งสามารถละลาย Nb. ได้₂อู๋₅ และ ta₂อู๋₅. หากหลอมละลายในน้ำ เกลือไนโอเบียมสามารถแยกออกจากเกลือแทนทาลัมได้ เนื่องจากเกลือแทนทาลัมตกตะกอนใน pH สูงกว่า (ในช่วง 10)

อีกวิธีในการรับแทนทาลัมจากส่วนผสมของ Nb ออกไซด์₂อู๋₅ และ ta₂อู๋₅ บนพื้นฐานของการหล่อคือผ่าน ใช้ประโยชน์จากพื้นฐานที่มากขึ้น. ในสถานการณ์นี้ ใช้ a สารละลาย น้ำที่มีการควบคุมความเข้มข้นของ HF และ KF ทำให้เกิด K₂(NbOF .)₅) และ K₂(ตาเฝอ₇) แบบแรกจะละลายในน้ำได้มากกว่าแบบหลัง

การใช้งานแทนทาลัม

การใช้แทนทาลัมครั้งแรกเกิดขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 โดย เทคนิคการสกัดและการทำให้บริสุทธิ์ใหม่. ตัวอย่างเช่น ในปี 1905 วิศวกรที่ทำงานให้กับ Ernst Werner von Siemens ได้ออกแบบหลอดไฟ หลอดไส้โดยใช้ไส้หลอดแทนทาลัมเพื่อพยายามเปลี่ยนไส้หลอดที่เปราะบางของ คาร์บอน ใช้จนถึงตอนนั้น

อย่างไรก็ตาม หลังจากนั้นไม่นาน ในปี 1909 แทนทาลัมก็ถูกแทนที่ด้วยทังสเตน ซึ่งเป็นโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงสุดในตารางธาตุ ซึ่งส่งผลให้ความต้องการใช้ในอุตสาหกรรมลดลง

แทนทาลัมโลหะในรูปแบบของเส้นด้าย — แทนทาลัมโลหะในรูปของสายไฟ: ความเหนียวและจุดหลอมเหลวสูงทำให้สามารถประยุกต์ใช้ในหลอดไส้ได้

การเริ่มต้นใหม่ของการสำรวจแทนทาลัมมาพร้อมกับ การผลิตโลหะผสมเช่น Ta-Ni (แทนทาล-นิกเกิล) ซึ่งทนทานต่อการกัดกร่อนมาก ถูกใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องประดับ นอกจากนี้ยังนำไปใช้กับ:

เครื่องมือเครื่องจักร
อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการเคมี
วาล์ววิทยุ

โลหะผสมเหล่านี้ใช้ใน อุตสาหกรรมที่ ยานยนต์และอวกาศเพื่อผลิตกังหันและส่วนประกอบเครื่องยนต์เป็นต้น แทนทาลัมยังใช้สำหรับ การผลิตแก้วด้วย ดัชนีการหักเหของแสง พิเศษซึ่งใช้สำหรับการผลิตกล้องน้ำหนักเบา

อย่างไรก็ตาม การใช้แทนทาลัมมากที่สุดเกิดขึ้นผ่านแทนทาลัมออกไซด์ Ta₂อู๋₅เนื่องจากมีความจุสูงใน ผลผลิตของ ตัวเก็บประจุ. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้มีความสามารถในการจัดเก็บ ค่าไฟฟ้า ภายในปล่อยกระแสไฟฟ้าจำนวนมากสู่วงจรซึ่งมีประโยชน์มากในเครื่องใช้ที่ต้องการความเข้มมาก โซ่.

ตัวเก็บประจุชนิดต่างๆ บนพื้นหลังสีขาว — ตัวเก็บประจุหลายตัว: ตัวเก็บประจุแทนทาลัมมีข้อดีคือมีขนาดเล็กกว่า

ตัวเก็บประจุแทนทาลัมมีข้อดีคือมีขนาดเล็กลง โดยให้ความจุที่แน่นอน (ขนาดที่ วัดปริมาณประจุที่สามารถเก็บได้) ในหน่วยปริมาตรที่เล็กกว่าตัวเก็บประจุ แบบดั้งเดิม.

นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพและการลดขนาดของวงจรไฟฟ้า เนื่องจากความต้องการส่วนประกอบขนาดเล็กและแบบพกพาเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังมีกระแสไฟรั่วต่ำ ความเสถียรที่มากขึ้น และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น อย่างไรก็ตาม พวกเขามีค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้น

เรียนรู้เพิ่มเติม: โคบอลต์ — ธาตุที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กคล้ายกับเหล็ก

ข้อควรระวังกับแทนทาลัม

โลหะนี้มักจะไม่มีปัญหากับมนุษย์

แทนทาลัมและสารประกอบหลักไม่จัดเป็นสารก่อมะเร็ง
เกลือแทนทาลัมไม่เป็นพิษเนื่องจากดูดซึมได้ไม่ดีและกำจัดออกได้ง่าย
ความเฉื่อยของแทนทาลัมทำให้สามารถใช้เป็นอวัยวะเทียมในมนุษย์ได้

ประวัติศาสตร์แทนทาลัม

แทนทาลัมเดิมคือ สกัดจากตัวอย่างแร่โดยนักเคมีชาวสวีเดน Anders Ekebergในปี ค.ศ. 1802 เนื่องจากความต้านทานกรดสูง Ekeberg จึงตั้งชื่อธาตุแทนทาลัมโดยอ้างอิงถึงราชาแห่ง ตำนานเทพเจ้ากรีก Tantalus รู้จักความทุกข์ของเขา

กษัตริย์แทนทาลัส มนุษย์เพียงคนเดียวที่นั่งอยู่ที่โต๊ะของเทพเจ้าแห่งโอลิมเปีย ถูกลงโทษโดย พระเจ้า เพราะมีความทะเยอทะยาน เขาถูกส่งไปยังทาร์ทารัส (ยมโลก) ที่มีหุบเขาที่เต็มไปด้วยพืชพันธุ์ อาหาร และน้ำ

อย่างไรก็ตาม ส่วนหนึ่งของการลงโทษ กษัตริย์แทนทาลัสถูกพิพากษาให้ไม่สามารถดับความหิวกระหายได้ดังที่ เมื่อเข้าใกล้น้ำก็ระบายออก และเมื่อเข้าใกล้ต้นไม้ กิ่งก็ถูกถอนออกจากการเข้าถึงโดย ลม.

เพราะพวกเขา ความคล้ายคลึงกันกับไนโอเบียมเชื่อกันว่าสิ่งนี้และแทนทาลัมเป็นองค์ประกอบเดียวกัน สิ่งนี้ดำเนินต่อไปเป็นเวลาหกทศวรรษ และไนโอเบียมถูกเรียกว่า columbium ซึ่งถูกค้นพบในปี 1801 โดย Charles Hatchett

ในปี ค.ศ. 1844 Heinrich Rose ชาวเยอรมันถึงกับอ้างว่าแทนทาไลต์ประกอบด้วยโลหะอื่นอีกสองชนิดนอกเหนือจากแทนทาลัมซึ่ง ถูกเรียกโดยเขาว่าไนโอเบียม (ในการอ้างอิงถึง Niobe ลูกสาวของ Tantalus) และ pelopio (ในการอ้างอิงถึง Pelops บุตรชายของ แทนทาลัม). โรสทำการค้นพบ columbium อีกครั้งโดย Hatchett อย่างไรก็ตามเรียกมันว่าไนโอเบียม

ต่อมาในปี พ.ศ. 2390 นักเคมี อาร์. แฮร์มันน์กล่าวว่าเขาได้ค้นพบองค์ประกอบอื่นที่คล้ายกับแทนทาลัม ไนโอเบียม และพีโลเปียม ซึ่งเรียกมันว่าอิลเมเนียม ซึ่งอ้างอิงถึงเทือกเขาอิลเมนสกีในรัสเซีย

อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2411 นักวิทยาศาสตร์ชาวสวิส ฌอง ชาร์ล กาลิซาร์ มารินนัก สามารถแยกไนโอเบียมและแทนทาลัมได้. จากส่วนผสมของแทนทาลัมและไนโอเบียมออกไซด์ Marignac ได้รับฟลูออไรด์ของสารประกอบเหล่านี้

สำรวจความสามารถในการละลายที่แตกต่างกันของทั้งสอง Marignac แยกส่วนพวกเขา นักวิทยาศาสตร์อีกคนที่มีส่วนร่วมในการแยกองค์ประกอบทั้งสองคือ Christian Wilhelm Blomstrand ชาวสวีเดนเมื่อเขาระบุองค์ประกอบใหม่ คลอไรด์ ของไนโอเบียม

ดังนั้น Henry Enfield Roscoe นักเคมีชาวอังกฤษจึงสรุปว่าทั้ง Marignac และ Blomstrand สามารถพิสูจน์ได้ว่า ในแทนทาไลต์มีเพียงสองโลหะ: แทนทาลัมและไนโอเบียมในขณะที่โลหะที่เสนออื่นๆ เป็นเพียงส่วนผสมธรรมดาของทั้งสองในสัดส่วนที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจประกอบด้วยองค์ประกอบอื่นๆ เช่น ทังสเตน ไททาเนียม และเหล็ก ชื่อ columbium ยังคงเป็นทางเลือกแทนไนโอเบียมจนถึงปี 1950

แก้ไขแบบฝึกหัดแทนทาลัม

คำถามที่ 1

(Enem 2018) ในตำนานเทพเจ้ากรีก Niobia เป็นลูกสาวของ Tantalus ซึ่งเป็นตัวละครสองตัวที่รู้จักกันในเรื่องความทุกข์ ธาตุเคมีที่มีเลขอะตอม (Z) เท่ากับ 41 มีคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพคล้ายกับธาตุที่มีเลขอะตอม 73 จนทำให้สับสน ดังนั้น เพื่อเป็นเกียรติแก่อักขระสองตัวนี้จากตำนานเทพเจ้ากรีก องค์ประกอบเหล่านี้จึงได้รับชื่อไนโอเบียม (Z = 41) และแทนทาลัม (Z = 73) องค์ประกอบทางเคมีทั้งสองนี้ได้รับความสำคัญทางเศรษฐกิจอย่างมากในด้านโลหะวิทยา ในการผลิต ตัวนำยิ่งยวดและในการใช้งานอื่นๆ ในอุตสาหกรรมระดับไฮเอนด์ อย่างแม่นยำสำหรับคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพ ร่วมกันทั้งสอง

คีน, เอส. ช้อนที่หายไป: และเรื่องจริงอื่นๆ เกี่ยวกับความบ้าคลั่ง ความรัก และความตายจากองค์ประกอบทางเคมี รีโอเดจาเนโร: Zahar, 2011 (ดัดแปลง).

ความสำคัญทางเศรษฐกิจและเทคโนโลยีขององค์ประกอบเหล่านี้เนื่องจากความคล้ายคลึงกันของคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพขององค์ประกอบเหล่านี้เกิดจาก

A) มีอิเล็กตรอนในระดับย่อย f

B) เป็นองค์ประกอบของการเปลี่ยนแปลงภายใน

ค) อยู่ในกลุ่มเดียวกันในตารางธาตุ

D) มีอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดที่ระดับ 4 และ 5 ตามลำดับ

E) จะอยู่ในอัลคาไลน์เอิร์ ธ และตระกูลอัลคาไลน์ตามลำดับ

ปณิธาน:

ทางเลือก C

ความสับสนระหว่างไนโอเบียมและแทนทาลัมเกิดขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีที่คล้ายคลึงกันอย่างมาก ใน คิวเคมีความคล้ายคลึงกันระหว่างองค์ประกอบสามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าพวกเขาอยู่ในกลุ่มเดียวกันในตารางธาตุ Mendeleev ยังจัดกลุ่มโดยคำนึงถึงความคล้ายคลึงกันของคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพ

คำถาม2

แทนทาลัมสามารถสกัดได้จากแร่ที่เรียกว่าแทนทาไลต์ ซึ่งมีองค์ประกอบแตกต่างกันไป หนึ่งในองค์ประกอบที่เป็นไปได้คือของเหล็ก II ออกไซด์และแทนทาลัม FeTa₂อู๋₆.

ในองค์ประกอบที่แสดงของแทนทาไลต์ หมายเลขออกซิเดชันของแทนทาลัมคือ:

ก) +2

ข) +3

ค) +5

ง) +10

จ) +12

ปณิธาน:

ทางเลือก C

เลขโรมัน II ในระบบการตั้งชื่อแสดงว่า เหล็กในสารประกอบนี้มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +2 ในออกไซด์ ออกซิเจน มีเลขออกซิเดชัน -2 ดังนั้นจำนวนออกซิเดชันของแทนทาลัมสามารถคำนวณได้ดังนี้:

+2 + 2x + 6 (-2) = 0

เราพิจารณา x เลขออกซิเดชันของแทนทาลัม ดังนั้น สมการจึงถูกกำหนดเป็นศูนย์ เนื่องจากออกไซด์ที่เป็นปัญหานั้นเป็นกลางทางไฟฟ้า ไม่ใช่ a ไอออน.

แก้สมการได้ดังนี้

2x + 2 - 12 = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

x = +5

แทนทาลัมเช่นไนโอเบียมได้มา เลขออกซิเดชัน ในสารประกอบส่วนใหญ่

โดย Stefano Araújo Novais
ครูสอนเคมี