کاربرد عنصر تانتال چیست؟ خواص تانتالیوم را می شناسید؟

عنصر تانتال از عناصر شیمیایی جدول تناوبی مندلیف بوده و با نماد شیمیایی Ta شناخته می شود. عدد اتمی عنصر تانتال 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. عنصر تانتال از فلزات واسطه است. از خواص عنصر تانتال می توان به کمیاب بودن و رنگ آبی خاکستری آن اشاره نمود. از کاربرد تانتال (تانتالیوم) می توان استفاده در وسایل جراحی و پیوند ها نام برد. ایزوتوپ عنصر تانتال نیز شناسایی شده و در ادامه این مقاله بررسی می گردد. پودر تانتال (تانتالیوم) نیز کاربردهایی در صنایع داراست. از منابع عنصر تانتال می توان به کانی تانتالیت اشاره نمود. مدل اتمی بور برای عنصر تانتال نیز می تواند به شناخت خواص عنصر تانتال کمک کند. در ادامه با ما همراه باشید.

نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی عناصر شیمیایی جدول تناوبی پرداخته است. عناصری مانند: ساماریم، هولمیم، ایتربیم و… . در ادامه این مقاله با شناخت خواص و کاربرد عنصر تالیم با ما همراه باشید.

درباره تاریخچه عنصر تالیم

نام این ماده از نام تانتالوس یک اسطوره یونانی گرفته شده است. این اسطوره پس از مرگ مجازات شد. او محکوم بود تا با میوه هایی رسیده بالای سرخود تا زانو در آب بایستد. هر دو حالت برای همیشه او را به هوس می انداخت. اگر برای نوشیدن آب خم می شد سطح آب پایین می رفت. اگر برای چیدن میوه سعی می کرد، شاخه ها از دسترسش دور می شدند. این حالت شبیه خواص عمومی واکنش ناپذیری عنصر تانتالیوم است. این عنصر در کنار معرف ها قرار می گیرد اما در عین حال تحت تأثیرشان نخواهد بود.

در سال ۱۸۰۲ عنصر تانتال (تانتالیوم) توسط Anders Ekeberg در کشور سوئد کشف شد. این ماده به وسیله Jons Berzelius در سال ۱۸۲۰ جداسازی شد. تا سال ۱۸۴۴ تصور می شد که نیوبیم و تانتالیوم عناصری مشابه هستند. اما پس از سال ۱۸۶۶ محققان توانستند اسید های نیوبیم و تانتالیوم را به عنوان دو ماده مختلف اثبات کنند.

لازم به ذکر است که در ابتدا محققان تنها توانستند نوع ناخالص این فلز را جدا سازی کنند. نخستین بار اولین شکل نسبتاً خالص و انعطاف پذیر این ماده در سال ۱۹۰۳ توسط Werner von Bolton تولید گشت. قبل از تنگستن از سیم های باریک تانتال در لامپ ها استفاده می شد.

منابع عنصر تانتال

عنصر تانتال را در کانی های تانتالیت و اوکسنیت و سایر کانی‌ ها مانند سامارسکیت و فرگوسونیت می توان یافت. تانتالیت به همراه کلمبیت در سنگ معدنی به نام کلتان وجود دارد. البته برای جداسازی تانتالم از نیوبیم مراحل پیچیده ‌ای بکار گرفته می ‌شود. تولید تجاری تانتالیوم از روش های متفاوتی صورت می پذیرد. به این روش ها در ادامه اشاره شده است.

• الکترولیز فلوئوروتانتالات پتاسیم مذاب.
• کاهش فلوئوروتانتالات پتاسیم با سدیم.
• واکنش کاربید تانتالم با اکسید تانتالم.
• تانتالیوم از محصولات جانبی استخراج قلع است.

کانی‌ های تانتال (تانتالیوم) در استرالیا، برزیل، کانادا، جمهوری دموکراتیک کنگو، موزامبیک، نیجریه، پرتقال و تایلند استخراج می ‌شوند.

ویژگی عنصر تانتال عنصر شماره ۷۳ جدول تناوبی

• عدد اتمی: ۷۳
• جرم اتمی (عدد جرمی) : ۱۸۰.۹۴۸
• نقطه ذوب: ۳۰۱۷ درجه سانتی گراد
• نقطه جوش: ۵۴۵۸ درجه سانتی گراد
• شعاع اتمی: ۱۴۶ pm
• ظرفیت: ۵
• رنگ: خاکستری
• حالت استاندارد: جامد
• نام گروه: عناصر واسطه
• انرژی یونیزاسیون:  Kj/mol 761
• آرایش الکترونی: [Xe]4f^۱۴ ۵d^۳ ۶s^۲
• الکترونگاتیوی: ۱٫۵ مقیاس پائولینگ
• حالت اکسیداسیون: ۵
• چگالی: ۱۶٫۶۵۰ گرم بر سانتی متر مکعب
• گرمای تبخیر: ۷۳۲.۸ کیلوژول بر مول
• دوره تناوبی: ۶
• گروه: ۵
• لایه الکترونی: ۲, ۸, ۱۸, ۳۲, ۱۱, ۲

خواص عنصر تانتال

عنصر تانتال عنصر شماره ۷۳ جدول تناوبی مندلیف است. عنصر تانتالیوم خاکستری، سنگین، انعطاف پذیر، و به سهولت نیز قابل تهیه است. از خواص عنصر تانتال می توان به مقاومت در برابر اسید ها اشاره کرد. این ماده همچنین از هدایت الکتریکی و حرارتی خوبی نیز برخوردار است. این فلز در دمای زیر ۱۵۰ درجه سانتی گراد از حملات شیمیایی مصون است. این فلز تنها توسط اسید هیدروفلوئوریک، محلول های اسیدی حاوی یون فلورید و تری ‌اکسید سولفور آزاد مورد حمله قرار می‌گیرد. این ماده نقطه ذوب بالایی نیز دارد. با بررسی مدل اتمی بور برای عنصر تالیم می توان به خواص بیشتری از این فلز واسطه پی برد.

فلزات واسطه

عناصر واسطه به عناصری گفته می شود که اوربیتال فرعی d آن ها به صورت جزئی پر شده باشد و یا از طریق آرایش اوربیتالی ناقص به صورت کاتیون وجود داشته باشند. درواقع عناصر واسطه به عنوان عنصری از بلوک d جدول تناوبی  شناخته می شوند. فلزات واسطه گروه‌ ۳ تا ۱۲ جدول تناوبی عناصر را تشکیل داده اند. حتی عناصر بلوک f شامل لانتانید ها و اکتینید ها نیز در طبقه ‌بندی فلزات واسطه قرار می‌گیرند. این دو گروه از عناصر را فلزات واسطه داخلی نام گذاشته اند. درواقع فلزات واسطه در میان فلزات قلیایی خاکی و عناصر گروه بور قرار دارند. همانطور که از نام این عناصر پیداست، تمامی فلزات واسطه رسانای خوب جریان الکتریسیته هستند.

جالب است بدانید عناصر دسته d، چگالی، نقطه ذوب و نقطه جوش بالایی دارند. پیوند فلزی و جذب الکترون‌ های زیر لایه d علت این خاصیت بوده است. این موارد به چسبندگی مولکول‌ ها و افزایش تعداد الکترون ‌های اشتراکی منجر شده است.

خواص عناصر واسطه

عناصر واسطه به دلیل انتقالات الکترونی d-d ترکیبات رنگی تشکیل می دهند. علت رنگی بودن برخی ترکیبات در فلزات واسطه در حالت گذار الکترونی است که شامل دو اصل مهم است. انتقال بار و حالت گذار اوربیتال های d.

ترکیباتی با اعداد اکسایش متفاوت به دلیل اختلاف انرژی پایین در حالات مختلف عدد اکسایش تشکیل می شوند.

بسیاری از ترکیبات پارامغناطیسی به دلیل حضور الکترون ‌های جفت نشده تشکیل می شود.

بیشتر فلزات واسطه در پیوند با لیگاند ‌ها موجب تشکیل کمپلکس‌های فلزی بسیاری می‌شوند.

‌ یکی از شاخصه‌ های مهم عناصر واسطه عدد اکسایش متفاوت است.

عناصر واسطه و ترکیباتشان بر اساس فعالیت‌های کاتالیستی همگن و ناهمگن نیز شناخته می‌شوند.

ایزوتوپ عنصر تانتالیوم

عنصر تانتال 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 هسته ای با نیمه عمری بالا تبدیل می شود.

 

نیمه عمر	ایزوتوپ
۱.۸ سال	Ta-179
۱۵E1.2 سال	Ta-180
پایدار	Ta-181
۱۱۴.۴۳ روز	Ta-182

 

کاربرد  عنصر تانتال (تانتالیوم)

یکی کاربرد عنصر تانتال که مهم است، پودر فلزی آن در تولید قطعات الکترونیکی و خازن های تانتالیوم است. کاربرد خازن های تانتالیوم در تلفن‌های سیار، پیجرها، رایانه ‌ها و الکترونیک موتوری وجود دارد.

کاربرد عنصر تانتال برای تولید آلیاژ های مختلفی صورت می گیرد که دارای نقاط ذوب بالا، مقاومت و انعطاف پذیری هستند.

علاوه بر این تانتالیوم با عناصر دیگر آلیاژ می‌سازد. این آلیاژ ها در تولید ابزار های کاربید برای وسایل فلزکاری و در تولید ابر آلیاژها کاربرد دارند. همچنین این آلیاژها برای قطعات موتورهای جت، ابزار فرآیند های شیمیایی، راکتور هسته ‌ای و قطعات موشک نیز بکار می‌روند.

فلز تانتال انعطاف‌پذیر بوده و می‌توان آن را به سیم های ظریفی تبدیل نمود. از این سیم ها به عنوان یک افروزه جهت تبخیر فلزاتی مانند آلومینیوم استفاده می شود.

این ماده در برابر مایعات بدن واکنش ناپذیر است. بعلاوه تحریک کننده هم نیست. این ماده در ساخت وسایل جراحی کاربرد وسیعی دارد.

مقاومت در برابر خوردگی تانتال در برابر تهاجم شیمیایی صفر است. بنابراین از آن به عنوان مبدل حرارتی در صنایع شیمیایی مخصوصا در دیگ های بخار استفاده می شود. این دیگ ها می توانند برای تبخیر قوی ترین اسیدها استفاده شوند.

نوارو فویل تانتال می تواند به عنوان آستر در کوره های خلاء و کاربرد های عایق حرارتی نیز بکار روند. نوارهای تانتالوم با نازک سنجی می توانند برای تولید بوته، فنجان و سایر تجهیزات آزمایشگاهی بی اثر به کار روند.

اکسید تانتال (تانتالیوم) برای ساخت شیشه‌ های با ضریب شکست بالا در لنز دوربین کاربرد دارد. علاوه بر این ها از این فلز در تولید قسمت های کوره خلأ استفاده می شود.

تاثیر خواص عنصر تانتالیوم بر سلامتی

تنفس، خوردن و یا جذب تانتالیم از پوست برای سلامتی مضر است. عنصر تانتال می تواند باعث سوزش چشم و پوست شود. این ماده همچنین غشای مخاطی و مجاری تنفسی را نیز تحریک می کند. البته در مورد اثرات منفی تانتالیوم بر کارگرانی که با عنصر تانتال سر و کار دارند، گزارشی دریافت نشده است.

دوز بالای عنصر تانتالیوم در موش های صحرایی آسیب به مجاری تنفسی را نشان داده است. فلز تانتال در تماس با پوست، ساکن و بی حرکت است.

اثرات زیست محیطی عنصر تانتال

اجازه انتشار این ماده در محیط زیست داده نمی شود، مگر در شرایط خاص و داشتن مجوز. درواقع جهت پیشگیری از ایجاد آلودگی در محیط زیست از انتشار اکسید تانتال (تانتالیم) نیز جلوگیری می شود.

هشدار

ترکیبات عنصر تانتال به ندرت مشکل ساز هستند. بخصوص فلز تانتال در مصارف آزمایشگاهی مشکلی ایجاد نمی کند. اما این ترکیبات را باید سمی به حساب آورد.

شواهدی نشان داده است که ترکیبات تانتالیوم می توانند سبب بروز تومور شوند. همچنین پودر فلز تانتال نیز می تواند خطر انفجار و احتراق داشته باشد.

سخن آخر

همان‌طور که می دانید جهان هستی از عناصر مختلفی ساخته شده است. در واقع زندگی بشر بدون وجود عناصر امکان پذیر نخواهد بود. حال که عناصر شیمیایی تاثیرات بسزایی در جهان هستی دارد، شناخت آن امری ضروری و مهم خواهد بود. عناصر شیمیایی در جدولی به نام جدول تناوبی مندلیف مرتب شده اند. بنابراین در جدول تناوبی مندلیف عناصر گوناگونی جای گرفته اند. عناصر جدول تناوبی از لحاظ خواص فیزیکی و شیمیایی با یکدیگر تفاوت هایی دارند. درواقع وجود این تفاوت هاست که منجر به خواص متفاوت آن ها شده است. ویژگی و خواص متفاوت عناصر، کاربرد متنوع عناصر را به وجود آورده است.

توجه

عناصری که در یک گروه از جدول تناوبی مندلیف قرار گرفته اند خواص مشابهی نیز دارند. برای شناخت جایگاه هر عنصر می توان به جدول تناوبی مندلیف مراجعه نمود. در این جدول عناصر در گروه ها و دوره هایی مرتب شده اند. با شناخت عناصر جدول تناوبی می توان به کاربرد و ویژگی این عناصر بهتر پی برد. کاربرد مختلف عناصر در صنایع و سلامتی و پزشکی و حتی کشاورزی و… تنها با شناخت کامل خواص عناصر امکان پذیر خواهد بود. دانشمندان همواره در تلاش بوده اند تا شناخت بیشتری از این عناصر به دست آورند. زیرا این امر به گسترش علم و توسعه و پیشرفت بیشتر جامعه انسانی می انجامد.

عناصر جدول تناوبی مندلیف حالات مختلفی را می توانند داشته باشند. جامد، مایع، گاز، حالت های مختلف این عناصر است. بعضی از عناصر جدول تناوبی در دسته فلزات جای دارند. برخی نافلزند و برخی از عناصر نیز شبه فلز هستند.

اهمیت روز افزون عناصر شیمیایی در زندگی روزمره، پیشرفت صنایع و آینده بشر منجر شده تا نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به معرفی و کاربرد عناصر بپردازد. برای آگاهی با ویژگی و کاربرد و تاریخچه عناصر مختلف می توانید به نشریه علمی جهان شیمی فیزیک مراجعه کرده و اطلاعات خود در این زمینه را افزایش دهید.