هر آنچه در رابطه با فلز تانتالم باید بدانید - اطلاعات عنصر، خواص و موارد استفاده

تانتالیم (Ta)، عنصر شیمیایی، درخشان، بسیار سخت، فلز خاکستری نقره ای از گروه 5 (Vb) جدول تناوبی که با چگالی بالا، نقطه ذوب بسیار بالا و مقاومت عالی در برابر تمام اسیدها به جز هیدروفلوئوریک در دماهای معمولی مشخص می شود.

تانتالیم که ارتباط نزدیکی با نیوبیوم در سنگ معدن و خواص دارد، توسط شیمیدان سوئدی آندرس گوستاف اِکبرگ (Anders Gustaf Ekeberg) در سال 1802 کشف شد و نام آن را از شخصیت اسطوره‌ای یونانی، تانتالوس (Tantalus) انتخاب کردند. این اسطوره پس از مرگ مجازات شد. او محکوم بود تا با میوه‌هایی رسیده بالای سرخود تا زانو در آب بایستد. هر دو حالت برای همیشه او را به هوس می‌انداخت. اگر برای نوشیدن آب خم می‌شد سطح آب پایین می‌رفت. اگر برای چیدن میوه تلاش می‌کرد، شاخه‌ها از دسترس او دور می‌شدند. این حالت شبیه خواص عمومی واکنش ناپذیری عنصر تانتالیوم است. این عنصر در کنار معرف‌ها قرار می‌گیرد اما در عین حال تحت تأثیرشان نخواهد بود.

به دلیل شباهت شیمیایی زیاد نیوبیم و تانتالیوم، تعیین هویت فردی این دو عنصر بسیار دشوار بود. تانتالیوم به زودی با نیوبیوم (که در آن زمان کلمبیوم نامیده می‌شد) شناسایی شد، اما در سال 1844 شیمیدان آلمانی هاینریش رز ویژگی‌های متمایز آن‌ها را نشان داد. اگرچه مقداری از فلز ناخالص قبلاً جدا شده بود، شیمیدان روسی ورنر بولتون (1903) اولین تانتالیوم انعطاف پذیر را تهیه کرد که برای مدت کوتاهی به عنوان ماده اصلی در لامپ‌های رشته‌ای مورد استفاده قرار گرفت.

تانتالم چیست؟

تانتالم (Tantalum) فلزی براق و نقره‌ای رنگ است که در حالت خالص خود نرم می‌باشد و در صورت داشتن یک لایه اکسید در سطح آن، در برابر خوردگی مقاوم است.

این عنصر در جدول تناوبی مندلیف قرار دارد و با نماد شیمیایی Ta شناخته می‌شود. عدد اتمی عنصر تانتالم ۷۳ و جرم اتمی آن ۱۸۰.۹۴۸ است. خواص عنصر تانتال موجب شده است تا در گروه ۵ و تناوب ۶ جدول تناوبی جای بگیرد.

تانتالیم نسبتا کمیاب است، همراه با نیوبیم، در سری کلمبیت-تانتالیت (که در آن کلمبیت [FeNb2O6] و تانتالیت [FeTa2O6] در نسبت‌های بسیار متغیر وجود دارند) و سری کانی‌های پیروکلر- میکرولیت رخ می‌دهد. فلز تانتالیوم بومی با مقداری نیوبیم و ردپای منگنز و طلا در روسیه به‌طور محدود در کوه‌های اورال و احتمالاً کوه‌های آلتای در آسیای مرکزی یافت می‌شود. رواندا بزرگترین استخراج کننده تانتالیم در جهان است.

از آنجا که اکسید تانتالم بسیار نامحلول است، تقریباً هیچ تانتالیومی در آب‌های طبیعی یافت نمی‌شود. برای اندازه گیری سطح آن در خاک، چند نمونه ساخته شده است که دامنه‌ای از ۰.۱ تا ۳ ppm را نشان می‌دهد. فقط مقدار کمی از تانتالوم توسط گیاهان تشکیل می‌شود که مقدار آن به ندرت از ۵ ppm بیشتر می‌شود.

سنگ معدن اصلی تانتال، تانتالیت است که حاوی آهن، منگنز و نیوبیوم و سامارسکیت است که حاوی هفت فلز می‌باشد. سنگ معدن دیگری که شامل تانتالم و نیوبیوم است، پیروکلر است. مناطق اصلی استخراج رواندا، تایلند، استرالیا، کنگو، برزیل، پرتغال و کانادا هستند. تقاضای تانتالوم حدود ۲۳۰۰ تن در سال است.

تانتالیم با استخراج با حلال در یک فرآیند مایع-مایع از ترکیبات نیوبیم جدا می‌شود و سپس به پودر تانتالیوم فلزی تبدیل می‌شود. این فلز عظیم با تکنیک‌های متالورژی پودر تولید می‌شود. همچنین می‌توان آن را با الکترولیز نمک‌های ذوب شده یا احیای کمپلکس‌های فلوئورو با یک فلز بسیار واکنش‌پذیر مانند سدیم به دست آورد. مهم‌ترین کاربرد تانتالیوم در خازن‌های الکترولیتی و تجهیزات شیمیایی مقاوم در برابر خوردگی است. خازن‌های تانتالیوم بالاترین ظرفیت خازنی در واحد حجم را در بین خازن‌ها دارند و به‌طور گسترده در مدارهای الکتریکی مینیاتوری استفاده می‌شوند. کاربردهای دیگر شامل گیرنده‌ها و قطعات در لوله‌های الکترونی، یکسو کننده‌ها و دستگاه‌های مصنوعی است.

همان‌طور که گفتیم تانتالیم از نظر شیمیایی بسیار شبیه نیوبیوم است زیرا هر دو دارای پیکربندی‌های الکترونیکی مشابهی هستند و اینکه شعاع یون تانتالیوم در نتیجه انقباض لانتانوئید تقریباً مشابه شعاع نیوبیم است. تانتالیم معمولاً در ترکیبات خود در حالت اکسیداسیون +5 است. حالت‌های اکسیداسیون پایین‌تر، به ویژه از +2 تا +4، تهیه شده است. ترکیبات تانتالیوم از نظر تجاری نسبتاً بی‌اهمیت هستند، اگرچه کاربید TaC در ابزارهای کاربید سیمانی برای ماشینکاری فلزات سخت استفاده می‌شود. تقریباً تمام تانتالیوم‌های طبیعی در یک ایزوتوپ پایدار به نام تانتالوم -181 قرار دارند. با این حال، مقدار کمی، 0.012 درصد، تانتالیوم 180 است که دارای خاصیت غیرعادی است که در حالت خاص خود پیدا می‌شود. حالت برانگیخته تانتالیوم 180 نیمه عمری بیش از 1015×1.2 سال دارد. حالت پایه (پایین‌ترین حالت انرژی) تنها 8.154 ساعت طول عمر دارد.

کاربردهای تانتالم

تانتالوم عموماً در کاربردهایی که نیاز به افزایش مقاومت در برابر حرارت، خوردگی و شیمیایی دارند استفاده می‌شود. یکی از کاربردهای اصلی تانتالیوم در تولید قطعات الکترونیکی است. یک لایه اکسیدی که روی سطح تانتالیوم تشکیل می‌شود، می‌تواند به عنوان یک لایه عایق (دی الکتریک) عمل کند. از آنجایی که تانتالیوم را می‌توان برای پوشش فلزات دیگر با یک لایه بسیار نازک استفاده کرد، ظرفیت خازنی بالایی را می‌توان در حجم کم به دست آورد. این باعث می‌شود خازن‌های تانتالیوم برای وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن‌های همراه، جذاب باشند.

از پودر تانتالم برای تولید مدارهای الکتریکی، خازن‌ها و مقاومت‌ها استفاده می‌شود. اساساً به این دلیل که ظرفیت برتر آن باعث می‌شود در هر گرم بار بیشتری نسبت به سایر مواد نگه دارد. این امر امکان تولید قطعات الکتریکی کوچک‌تر و به‌طور گسترده دستگاه‌های الکتریکی کوچک‌تر را فراهم کرده است.

تانتالوم در ساخت ایمپلنت‌های جراحی کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده است. می‌تواند جایگزین استخوان شود، به عنوان مثال در صفحات جمجمه. به صورت فویل، عصب‌های پاره شده را به هم متصل می‌کند و به صورت گاز بافته شده، ماهیچه‌های شکم را می‌بندد.

در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و بنابراین در تجهیزات جابجایی مواد خورنده استفاده می‌شود. همچنین به عنوان الکترود برای چراغ‌های نئون، یکسو کننده‌های AC/DC و در شیشه برای لنزهای خاص استفاده شده است.

آلیاژهای تانتالیوم می‌توانند بسیار قوی باشند و برای پره‌های توربین، نازل موشک و کلاهک دماغه هواپیماهای مافوق صوت استفاده شده‌اند.

اکسید تانتالم (تانتالیوم) برای ساخت شیشه‌‌های با ضریب شکست بالا در لنز دوربین کاربرد دارد. علاوه بر این‌ها از این فلز در تولید قسمت‌های کوره خلأ استفاده می‌شود.

تاریخچه تانتالم

تانتالم به عنوان یک فلز جدید در سال 1802 توسط آندرس گوستاو اکبرگ در دانشگاه اوپسالا سوئد گزارش شد. با این حال، زمانی که ویلیام ولاستون مواد معدنی که از آن استخراج شده بود را تجزیه و تحلیل کرد، اعلام کرد که مشابه نیوبیم است که سال قبل کشف شده بود. در نتیجه شباهت آن‌ها بود که در مورد شناسایی آن‌ها سردرگمی ایجاد شد. این دو عنصر اغلب با هم وجود دارند و از آنجایی که از نظر شیمیایی بسیار شبیه هستند، جداسازی آن‌ها با روش‌های موجود در زمان کشف، دشوار بود.

تا سال 1846 بود که هاینریش رز، تانتالیوم و نیوبیم را جدا کرد و به طور قطع ثابت کرد که آن‌ها عناصر متفاوتی هستند، و با این حال نمونه تانتالیوم او هنوز تا حدودی ناخالص بود، و تا سال 1903 بود که تانتالیم خالص توسط ورنر فون بولتون تولید شد.

ایزوتوپ عنصر تانتالیوم

عنصر تانتالم به طور طبیعی دو ایزوتوپ دارد. Ta-181 که ایزوتوپی پایدار است. Ta-180 که ایزوتوپ رادیواکتیو (رادیو ایزوتوپ) است. این ایزوتوپ به سرعت به یک ایزومر هسته‌ای با نیمه عمری بالا تبدیل می‌شود.

مضرات تانتالم

تانتالم ممکن است از طریق استنشاق، بلع یا جذب پوستی مضر باشد و باعث تحریک چشم و پوست می‌شود. این ماده برای غشاهای مخاطی و دستگاه تنفسی فوقانی تحریک کننده است. هیچ گزارشی مبنی بر اثرات نامطلوب بهداشتی در کارگران در معرض معادن صنعتی وجود ندارد. دوزهای بالای تانتالیوم که از راه داخل تراشه به موش‌ها داده می‌شود ضایعات دستگاه تنفسی ایجاد کرده است. در تماس با بافت، تانتالیوم فلزی بی اثر است.

پرسش و پاسخ