خصائص معدن التنتالوم وخصائصه. الخواص الكيميائية للتنتالوم التكوين الإلكتروني لذرة التنتالوم

التطور السريع التقنيات الحديثةيرتبط اليوم بالتأكيد باستخدام مواد ومواد فعالة لها خصائص وميزات عملية ومفيدة للغاية.

من هذا المنظور ، يجدر الانتباه إلى عنصر كيميائي فريد مثل التنتالوم. وهذا ليس مفاجئًا ، لأنه نظرًا لخصائص قوتها ، أصبح استخدام التنتالوم اليوم مناسبًا تمامًا في العديد من مجالات الصناعة.

لتوسيع آفاق الشخص العادي في هذا الموضوع ، سنصف بالتفصيل الميزات الفيزيائية والكيميائية للتنتالوم ونتحدث عن مكان استخدام هذا المعدن بنجاح اليوم.

الميزات التقنية للتنتالوم

بادئ ذي بدء ، يجب أن يكون مفهوما أن التنتالوم معدن رمادي ذو صبغة لامعة ، ويمكن تشكيله بسهولة.

من بين ميزات المعدن ، تجدر الإشارة إلى عدد من الجوانب المهمة التالية:

• الرقم التسلسلي في الجدول الدوري - 73 ؛
• الوزن الذري - 180 ؛
• كثافة المادة 60 جم ​​/ سم 3 ؛
• نقطة الانصهار - 3015 درجة مئوية ؛
• درجة غليان المادة 5300 درجة مئوية.

خصائص المعادن

بفضل هذه الخصائص ، يتمتع التنتالوم بلا شك بالخصائص المفيدة التالية:

1. التنتالوم معدن مقاوم للصهر ، ونتيجة لذلك فإن العنصر له الخصائص التالية:

• مؤشر صغير للتوسع الخطي ؛
• مستوى جيد من التوصيل الحراري ؛
• قوة ميكانيكية عالية وليونة.

1. لها خصائص ممتازة لمكافحة التآكل. تجدر الإشارة إلى أن التنتالوم في الظروف العادية يكون خاملًا عمليًا لمياه البحر ، ولكن إذا كان مشبعًا بالأكسجين ، فإن المعدن في هذه الحالة يتلاشى فقط.
2. التنتالوم لديه مقاومة جيدة لأنواع الأملاح التالية:

• كلوريد الحديد والنحاس.
• النترات.
• كبريتات.
• ومع ذلك ، فإن أملاح الأحماض العضوية شريطة ألا تحتوي في تركيبتها على الفلور أو الفلورايد.

1. يبدأ التنتالوم في فقدان خصائص قوته عندما يتفاعل مع الفلور. يجدر أيضًا النظر في حقيقة أن التنتالوم لا يدخل في تفاعل كيميائي مع البروم واليود والكلور السائل ، ما لم يتم الوصول إلى درجة حرارة 150 درجة مئوية.
2. التنتالوم مقاوم بدرجة كافية لمعادن التركيبة السائلة ذات درجة حرارة انصهار منخفضة.
3. يتميز التنتالوم بخصائص ثبات ممتازة في الهواء عند درجات حرارة تصل إلى 400 درجة مئوية ، بينما يظهر فيلم واقية من الأكسيد أثناء التخزين أو المعالجة.
4. التنتالوم ، المصهور بطريقة شعاع الإلكترون ، له خاصية اللدونة المتزايدة ، والتي ، عندما يتشوه المعدن ، تسمح بدرجة أكبر من الضغط ليتم إجراؤها.
5. يتم تحويله جيدًا إلى صفائح معدنية ، مما يفسح المجال بشكل جيد للتزوير.
6. يعمل بشكل جيد للتشكيل على البارد. ومع ذلك ، عليك أن تفهم أن هذا المعدن لا ينبغي أن يتشوه في حالة ساخنة ، لأنه عند تسخينه ، يبدأ التنتالوم في امتصاص النيتروجين وثاني أكسيد الكربون والأكسجين ، ونتيجة لذلك ، تصبح المادة هشة تمامًا.
7. تتمثل إحدى العمليات الرئيسية لمعالجة التنتالوم في قطع المواد على معدات عالية السرعة.

أما بالنسبة لربط أجزاء التنتالوم فيمكن أن يتم بالطرق التالية:

• اللحام.
• لحام.
• اتصال مع المسامير.

يجدر هنا مراعاة حقيقة أن الطريقتين الأخيرتين نادرًا ما يتم استخدامهما ، لذلك تظل جودة وصلات التنتالوم الملحومة دائمًا على مستوى عالٍ.

مجالات تطبيق التنتالوم

تسمح هذه الخصائص باستخدامها على نطاق واسع في مناطق مختلفةصناعة. دعونا نلاحظ بالتفصيل الاتجاهات الرئيسية لاستخدام مثل هذه المواد الفريدة مثل التنتالوم.

صناعة المعادن

علم المعادن هو المستهلك الرئيسي لهذا المعدن. تستهلك الصناعة المعدنية 45٪ من التنتالوم المنتج.

يتمثل التطبيق الرئيسي للتنتالوم في عدد من الجوانب المهمة التالية:

• المعدن هو عنصر السبائك الرئيسي في تصنيع درجات الفولاذ المقاوم للحرارة والمضادة للتآكل ؛
• كربيد التنتالوم هو حماية موثوقة لقوالب الصلب في المسابك.

الصناعة الكهربائية

بادئ ذي بدء ، تجدر الإشارة إلى حقيقة أن ربع التنتالوم المنتج في العالم يستخدم في الصناعة الكهربائية. وهذا لا يثير الدهشة ، لأن الأنواع التالية من المنتجات الكهربائية يتم إنتاجها باستخدام هذا المعدن:

• تتميز مكثفات التنتالوم من النوع الإلكتروليتي باستقرار عملها ؛
• تستخدم على نطاق واسع في تصنيع العناصر الهيكلية للمصابيح مثل الأنودات ، والكاثودات والشبكات المسخنة بشكل غير مباشر ؛
• يستخدم سلك التنتالوم في إنتاج أجزاء كريوترون ، وهي عناصر أساسية في تكنولوجيا الكمبيوتر ؛
• يتم تصنيع سخانات الأفران ذات درجة الحرارة العالية بنجاح من هذا المعدن.

حقيقة مثيرة للاهتمام!تميل مكثفات التنتالوم إلى الإصلاح الذاتي. على سبيل المثال ، مع حدوث مفاجئ للجهد العالي ، دمرت شرارة الطبقة العازلة. في هذه الحالة ، يتم تشكيل فيلم أكسيد عازل على الفور في موقع العيب ، بينما يستمر المكثف في العمل في وضع التشغيل العادي!

الصناعة الكيماوية

من الضروري ، أولاً وقبل كل شيء ، ملاحظة حقيقة أن 20٪ من التنتالوم المستخدم يذهب إلى الاحتياجات صناعة كيميائية. على وجه الخصوص ، يتم استخدام هذا المعدن في الحالات التالية:

• إنتاج الأنواع التالية من الأحماض:

1. نتروجين؛
2. الغزال؛
3. كبريتية.
4. فوسفوري؛
5. اسيتيك.

• إنتاج بيروكسيد الهيدروجين والبروم والكلور ؛
• إنتاج المعدات الكيماوية من الأنواع التالية:

1. مهويات.
2. محطات التقطير؛
3. لفائف من أنواع مختلفة
4. المحرضين.
5. صمام.

في الصناعة الطبيةلا يتم استخدام أكثر من 5٪ من التنتالوم المستخرج في العالم. في الطب ، يتم استخدام هذا المعدن بنجاح كبير في الجراحة التجميلية والعظام ، حيث يتم استخدامه لصنع عناصر التنتالوم لتثبيت العظام والخياطة وما إلى ذلك. يتم تحقيق ذلك بسبب حقيقة أن التنتالوم لا يضر بالنشاط الحيوي للكائن الحي ، بينما لا يسبب تهيجًا للأنسجة الحية.

التنتالوم (تا) عنصر برقم ذري 73 ووزن ذري 180.948. إنه عنصر من مجموعة فرعية ثانوية من المجموعة الخامسة ، الفترة السادسة النظام الدوريديمتري إيفانوفيتش مندليف. التنتالوم في الحالة الحرة في ظل الظروف العادية هو معدن بلاتيني رمادي مع صبغة رصاصية طفيفة ، وهو نتيجة لتشكيل فيلم أكسيد (Ta 2 O 5). التنتالوم هو معدن ثقيل ومقاوم للصهر وقوي إلى حد ما ولكنه ليس هشًا ، وفي نفس الوقت يكون مرنًا للغاية وقابل للتشغيل الآلي بشكل جيد ، خاصة في شكله النقي.

يوجد التنتالوم في الطبيعة على شكل نظيرين: مستقر 181 Ta (99.99٪) ومشع 180 Ta (0.012٪) بعمر نصف يبلغ 10 12 سنة. من بين المواد المشعة التي تم الحصول عليها صناعياً ، يتم استخدام 182 Ta (نصف العمر 115.1 يومًا) كمتتبع للنظائر.

تم اكتشاف العنصر في عام 1802 بواسطة الكيميائي السويدي A.G.Ekeberg في معدنين تم العثور عليهما في فنلندا والسويد. سميت على اسم بطل الأساطير اليونانية القديمة تانتالوس بسبب صعوبة التعرف عليها. لفترة طويلة ، تم اعتبار معادن الكولومبايت المحتوية على الكولومبيوم (النيوبيوم) والتانتاليت المحتوي على التنتالوم واحدًا واحدًا. بعد كل شيء ، هذان العنصران هما رفيقان متكرران لبعضهما البعض ومتشابهان في كثير من النواحي. اعتبر هذا الرأي صحيحًا لفترة طويلة بين الكيميائيين من جميع البلدان ، فقط في عام 1844 قام الكيميائي الألماني هاينريش روز مرة أخرى بدراسة الكولومبايت والتانتاليت من أماكن مختلفة ووجد فيها معدنًا جديدًا ، مشابهًا في خصائص التنتالوم. كان النيوبيوم. حصل العالم الألماني دبليو فون بولتون على التنتالوم المعدني النقي لأول مرة في عام 1903.

توجد الرواسب الرئيسية لمعادن التنتالوم في فنلندا والدول الاسكندنافية وأمريكا الشمالية والبرازيل وأستراليا وفرنسا والصين وعدد من البلدان الأخرى.

نظرًا لحقيقة أن التنتالوم له عدد من الخصائص القيمة - ليونة جيدة ، وقوة عالية ، وقابلية اللحام ، ومقاومة التآكل في درجات الحرارة المعتدلة ، والحران وعدد من الخصائص الأخرى صفات مهمة- تطبيق العنصر الثالث والسبعون واسع جدا. أهم مجالات تطبيق التنتالوم هي الإلكترونيات والهندسة الميكانيكية. ما يقرب من ربع إنتاج التنتالوم في العالم يذهب إلى صناعة الكهرباء والفراغ. في الإلكترونيات ، يتم استخدامه لصنع المكثفات الإلكتروليتية ، والأنودات للمصابيح عالية الطاقة ، والشبكات. في الصناعة الكيميائية ، يستخدم التنتالوم في صناعة أجزاء الآلة المستخدمة في إنتاج الأحماض ، لأن هذا العنصر له مقاومة كيميائية استثنائية. لا يذوب التنتالوم حتى في بيئة عدوانية كيميائيًا مثل الريجيا المائية! في بوتقة التنتالوم ، تذوب المعادن ، مثل الأتربة النادرة. مصنوعة منه سخانات الأفران ذات درجة الحرارة العالية. نظرًا لحقيقة أن التنتالوم لا يتفاعل مع الأنسجة الحية لجسم الإنسان ولا يؤذيها ، فإنه يستخدم في الجراحة لتثبيت العظام معًا في حالة حدوث كسور. ومع ذلك ، فإن المستهلك الرئيسي لمثل هذا المعدن الثمين هو علم المعادن (أكثر من 45٪). في السنوات الاخيرةيستخدم التنتالوم بشكل متزايد كعنصر صناعة السبائك في الفولاذ الخاص - شديد التحمل ، ومقاوم للتآكل ، ومقاوم للحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، تفقد العديد من المواد الهيكلية التوصيل الحراري بسرعة: يتشكل أكسيد ضعيف التوصيل للحرارة أو طبقة ملحية على سطحها. الهياكل المصنوعة من التنتالوم وسبائكه لا تواجه مثل هذه المشاكل. طبقة الأكسيد المتكونة عليها رقيقة وتوصل الحرارة بشكل جيد ، علاوة على ذلك ، لها خصائص واقية مضادة للتآكل.

ليس فقط التنتالوم النقي ذو قيمة ، ولكن أيضًا مركباته. لذلك يتم استخدام صلابة عالية من كربيد التنتالوم في تصنيع أدوات كربيد لقطع المعادن عالية السرعة. تمنح سبائك التنتالوم والتنغستن مقاومة للحرارة للأجزاء المصنوعة منها.

الخصائص البيولوجية

نظرًا لتوافقه البيولوجي العالي - القدرة على التوافق مع الأنسجة الحية دون التسبب في تهيج ورفض الجسم - وجد التنتالوم تطبيقًا واسعًا في الطب ، وخاصة في الجراحة الترميمية - لاستعادة جسم الإنسان. يتم استخدام صفائح رقيقة من التنتالوم لتلف الجمجمة - حيث تقوم بإغلاق الكسور في الجمجمة. يعرف الطب الحالة عندما تكون الأذن الاصطناعية مصنوعة من صفيحة التنتالوم ، في حين أن الجلد المزروع من الفخذ يتأصل جيدًا وبسرعة بحيث يتعذر تمييز العضو الاصطناعي عن العضو الحقيقي قريبًا. تستخدم خيوط التنتالوم في ترميم الأنسجة العضلية التالفة. يقوم الجراحون بتثبيت جدران تجويف البطن بألواح التنتالوم بعد العمليات. حتى الأوعية الدموية يمكن توصيلها باستخدام دبابيس التنتالوم. تُستخدم شبكات هذه المادة الفريدة في تصنيع الأطراف الاصطناعية للعين. يتم استبدال الأوتار بخيوط من هذا المعدن ويتم خياطة الألياف العصبية معًا.

لا يقل استخدام خامس أكسيد التنتالوم Ta 2 O 5 على نطاق واسع - يُقترح استخدام مزيجها مع كمية صغيرة من ثالث أكسيد الحديد لتسريع تخثر الدم.

في العقد الماضي ، تم تطوير فرع جديد من الطب ، بناءً على استخدام المجالات الكهربائية الساكنة قصيرة المدى لتحفيز العمليات البيولوجية الإيجابية في جسم الإنسان. و المجالات الكهربائيةلا يتم تشكيلها بسبب مصادر الطاقة الكهربائية التقليدية مع التيار الكهربائي أو مصدر طاقة البطارية ، ولكن بسبب الطلاءات الكهربية التي تعمل بشكل مستقل (عازل كهربائي يحتفظ بشحنة كهربائية غير معوضة لفترة طويلة) المترسبة على الغرسات لأغراض مختلفة ، وتستخدم على نطاق واسع في الطب.

في الوقت الحاضر ، تم الحصول على نتائج إيجابية لاستخدام الأغشية الكهربية لخامس أكسيد التنتالوم في مجالات الطب التالية: جراحة الوجه والفكين (استخدام الغرسات المطلية بـ Ta 2 O 5 يزيل حدوث العمليات الالتهابية ، ويقلل من وقت الانصهار الزرع) ؛ طب الأسنان العظمي (تغطية الأطراف الاصطناعية المصنوعة من بلاستيك الأكريليك بفيلم من خامس أكسيد التنتالوم يزيل جميع المظاهر المرضية المحتملة الناتجة عن عدم تحمل الأكريلات) ؛ الجراحة (استخدام قضيب إلكتريت في علاج العيوب في الجلد والأنسجة الضامة مع عمليات الجروح غير القابلة للشفاء على المدى الطويل ، وتقرحات الفراش ، والقرح العصبية ، والآفات الحرارية) ؛ طب الرضوح وجراحة العظام (تسريع نمو أنسجة العظام في علاج الكسور وأمراض الجهاز العضلي الهيكلي البشري تحت تأثير مجال ثابت ناتج عن فيلم طلاء كهربائي).

كل هذه التطورات العلمية الفريدة أصبحت ممكنة بفضل عمل علميمتخصصون من جامعة سانت بطرسبرغ الحكومية الكهروتقنية (LETI).

بالإضافة إلى المناطق المذكورة أعلاه حيث يتم بالفعل تطبيق أو إدخال الطلاءات الفريدة لخامس أكسيد التنتالوم ، هناك تطورات في المراحل الأولية للغاية. وتشمل هذه التطورات في المجالات التالية من الطب: التجميل (إنتاج مادة تعتمد على طلاء خامس أكسيد التنتالوم ، والتي ستحل محل "الخيوط الذهبية") ؛ جراحة القلب (تطبيق أفلام الكتريت على السطح الداخليالأوعية الدموية الاصطناعية ، تمنع تكوين جلطات الدم) ؛ تقويم المفاصل (تقليل مخاطر رفض الأطراف الاصطناعية التي تتفاعل باستمرار مع أنسجة العظام). بالإضافة إلى ذلك ، يتم عمل أداة جراحية مغلفة بغشاء من خامس أكسيد التنتالوم.

من المعروف أن التنتالوم شديد المقاومة لوسائل الإعلام العدوانية ، يشهد على ذلك عدد من الحقائق. لذلك عند درجة حرارة 200 درجة مئوية ، لا يتأثر هذا المعدن بنسبة سبعين بالمائة من حامض النيتريك! في حامض الكبريتيك عند درجة حرارة 150 درجة مئوية ، لا يلاحظ أيضًا تآكل التنتالوم ، وعند 200 درجة مئوية ، يتآكل المعدن ، ولكن فقط بمقدار 0.006 ملم في السنة!

تُعرف الحالة عندما تعطلت أجزاء من الفولاذ المقاوم للصدأ في مؤسسة واحدة تستخدم كلوريد الهيدروجين الغازي بعد شهرين. ومع ذلك ، بمجرد استبدال الفولاذ بالتنتالوم ، حتى أنحف الأجزاء (0.3 ... 0.5 مم) تبين أنها غير محددة عمليًا - زادت مدة خدمتها إلى 20 عامًا!

يستخدم التنتالوم ، جنبًا إلى جنب مع النيكل والكروم ، على نطاق واسع كطلاء مضاد للتآكل. وهي تغطي أجزاء من مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام: البوتقات والأنابيب والألواح وفوهات الصواريخ وغير ذلك الكثير. علاوة على ذلك ، يمكن أن تكون المواد التي يتم وضع طلاء التنتالوم عليها شديدة التنوع: الحديد والنحاس والجرافيت والكوارتز والزجاج وغيرها. الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن صلابة التنتالوم أعلى بثلاث إلى أربع مرات من صلابة التنتالوم التقني في شكل صلب!

نظرًا لحقيقة أن التنتالوم معدن ثمين للغاية ، يستمر البحث عن مواده الخام حتى يومنا هذا. اكتشف علماء المعادن أن الجرانيت العادي ، بالإضافة إلى العناصر القيمة الأخرى ، يحتوي أيضًا على التنتالوم. جرت محاولة لاستخراج التنتالوم من صخور الجرانيت في البرازيل ، وتم الحصول على المعدن ، لكن هذا الإنتاج لم يصل إلى نطاق صناعي - اتضح أن العملية مكلفة للغاية ومعقدة.

مكثفات التنتالوم الإلكتروليتية الحديثة مستقرة في التشغيل وموثوقة ومتينة. مكثفات مصغرة مصنوعة من هذه المواد المستخدمة في مختلف الأنظمة الإلكترونيةبالإضافة إلى المزايا المذكورة أعلاه ، فهي تتمتع بجودة فريدة: يمكنها إجراء الإصلاحات الخاصة بها بمفردها! كيف يحدث هذا؟ لنفترض أن سلامة العزل قد انتهكت بسبب انخفاض الجهد ، أو لسبب آخر - على الفور يتشكل فيلم أكسيد عازل مرة أخرى في موقع الانهيار ، ويستمر المكثف في العمل كما لو لم يحدث شيء!

لا شك أن مصطلح "المعدن الذكي" ، الذي ظهر في منتصف القرن العشرين ، أي المعدن الذي يساعد الآلات الذكية على العمل ، يمكن أن يُنسب بحق إلى التنتالوم.

في بعض المناطق ، يحل التنتالوم محل البلاتين ، وفي بعض الأحيان يتنافس معه! لذلك في صناعة المجوهرات ، غالبًا ما يحل التنتالوم محل المعدن النبيل الأغلى ثمناً في صناعة الأساور وحالات الساعات وغيرها من المجوهرات. في مجال آخر ، يتنافس التنتالوم بنجاح مع البلاتين - الأوزان التحليلية القياسية المصنوعة من هذا المعدن ليست أقل جودة من الأوزان البلاتينية.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام التنتالوم كبديل للإيريديوم الأغلى ثمناً في إنتاج حبيبات المنقار للأقلام الأوتوماتيكية.

نظرًا لخصائصه الكيميائية الفريدة ، وجد التنتالوم تطبيقًا كمواد للكاثودات. لذلك يتم استخدام كاثودات التنتالوم في الفصل الكهربائي للذهب والفضة. تكمن قيمتها في حقيقة أن رواسب المعادن الثمينة يمكن غسلها باستخدام أكوا ريجيا ، والتي لا تضر التنتالوم.

يمكن للمرء أن يتحدث بالتأكيد عن حقيقة أن هناك شيئًا رمزيًا ، إن لم يكن حتى صوفيًا ، في حقيقة أن الكيميائي السويدي إيكبيرج ، الذي يحاول تشبع مادة جديدة بالأحماض ، قد صدمه "عطشه" وأطلق عليه اسم العنصر الجديد تكريماً من الشرير الأسطوري الذي قتل ابنه وخان الآلهة. وبعد مائتي عام ، اتضح أن هذا العنصر قادر حرفيًا على "خياطة" الشخص وحتى "استبدال" أوتاره وأعصابه! اتضح أن الشهيد الذي يقبع في العالم السفلي ، يكفر عن ذنبه بمساعدة شخص ، يحاول استغفار الآلهة ...

قصة

تانتالوس هو بطل الأساطير اليونانية القديمة ، ملك ليديان أو فريجيان ، ابن زيوس. أفشى أسرار الآلهة الأولمبية ، وسرق الطعام الشهي من وليمتهم وعالج الأولمبيين في طبق أعد من جسد ابنه بيلوبس ، الذي قتله أيضًا. بسبب فظائعه ، حكمت الآلهة على تانتالوس بالعذاب الأبدي من الجوع والعطش والخوف في عالم الجحيم السفلي. منذ ذلك الحين ، كان يقف على رقبته في ماء صافٍ صافٍ ، تنحني الأغصان باتجاه رأسه تحت ثقل الثمار الناضجة. فقط هو لا يستطيع أن يروي العطش أو الجوع - الماء ينزل بمجرد أن يحاول أن يشرب ، وترفع الريح الأغصان على يد قاتل جائع. تتدلى صخرة فوق رأس تانتالوس ، والتي يمكن أن تنهار في أي لحظة ، مما يجبر الخاطئ المؤسف على المعاناة إلى الأبد من الخوف. بفضل هذه الأسطورة ، نشأ تعبير "عذاب التنتالوم" ، للدلالة على المعاناة التي لا تطاق ، والمحاولات المادية لتحرير النفس من العذاب. على ما يبدو ، في سياق المحاولات الفاشلة التي قام بها الكيميائي السويدي إيكبيرج لإذابة "الأرض" التي اكتشفها عام 1802 في الأحماض وعزل عنصر جديد عنها ، كان هذا التعبير هو الذي خطر بباله. بدا للعالم أكثر من مرة أنه قريب من الهدف ، لكنه فشل في عزل معدن جديد في شكله النقي. هكذا ظهر اسم "الشهيد" للعنصر الجديد.

يرتبط اكتشاف التنتالوم ارتباطًا وثيقًا باكتشاف عنصر آخر - النيوبيوم ، الذي ظهر قبل عام وكان يُطلق عليه في الأصل كولومبيا ، والذي أعطاه إياه المكتشف جاتشيت. هذا العنصر هو توأم من التنتالوم بالقرب منه في عدد من الخصائص. كان هذا التقارب هو الذي ضلل الكيميائيين ، الذين توصلوا ، بعد الكثير من الجدل ، إلى نتيجة خاطئة مفادها أن التنتالوم والكولومبيوم هما نفس العنصر. استمر هذا الوهم لأكثر من أربعين عامًا ، حتى عام 1844 ، أثبت الكيميائي الألماني الشهير هاينريش روز ، أثناء إعادة دراسة الكولومبايت والتانتاليت من رواسب مختلفة ، أن الكولومبيوم عنصر مستقل. كانت جامعة كولومبيا التي درسها جاتشيت عبارة عن نيوبيوم يحتوي على نسبة عالية من التنتالوم ، مما أدى إلى ضلال العالم العلمي. تكريما لمثل هذا القرب العائلي من العنصرين ، أعطت روزا كولومبيا اسمًا جديدًا ، نيوبيوم - تكريماً لابنة الملك الفريجي تانتالوس نيوبيا. وعلى الرغم من ارتكاب روز أيضًا لخطأ اكتشافه المزعوم لعنصر جديد آخر ، والذي سماه بيلوبيوس (تكريماً لابن تانتالوس بيلوبس) ، فقد أصبح عمله أساسًا لتمييز صارم بين النيوبيوم (الكولومبيوم) والتنتالوم. فقط ، حتى بعد أدلة روز ، تم الخلط بين التنتالوم والنيوبيوم لفترة طويلة. لذلك كان يسمى التنتالوم كولومبيوم ، في روسيا كولومبيوم. يتحدث هيس ، في كتابه "أسس الكيمياء البحتة" ، حتى طبعته السادسة (1845) ، عن التنتالوم فقط ، دون ذكر كولومبيا ؛ Dvigubsky (1824) له اسم - التانتاليوم. هذه الأخطاء والتحفظات مفهومة - تم تطوير طريقة لفصل التنتالوم والنيوبيوم فقط في عام 1866 من قبل الكيميائي السويسري Marignac ، وعلى هذا النحو ، لم يكن التنتالوم النقي موجودًا بعد: بعد كل شيء ، تمكن العلماء من الحصول على هذا المعدن في نقي. شكل مضغوط فقط في القرن العشرين. أول من تمكن من الحصول على التنتالوم المعدني كان الكيميائي الألماني فون بولتون ، وهذا حدث فقط في عام 1903. في وقت سابق ، بالطبع ، جرت محاولات للحصول على التنتالوم المعدني النقي ، لكن كل جهود الكيميائيين باءت بالفشل. على سبيل المثال ، تلقى الكيميائي الفرنسي مويسان مسحوقًا معدنيًا ، حسب قوله - التنتالوم النقي. ومع ذلك ، فإن هذا المسحوق ، الذي تم الحصول عليه عن طريق تقليل خامس أكسيد التنتالوم Ta 2 O 5 بالكربون في فرن كهربائي ، لم يكن تنتالومًا نقيًا ، بل احتوى المسحوق على 0.5٪ كربون.

نتيجة لذلك ، أصبحت الدراسة التفصيلية للخصائص الفيزيائية والكيميائية للعنصر الثالث والسبعين ممكنة فقط في بداية القرن العشرين. لعدة سنوات أخرى ، لم يجد التنتالوم فائدة عملية. فقط في عام 1922 يمكن استخدامه في مقومات التيار المتردد.

التواجد في الطبيعة

متوسط ​​محتوى العنصر الثالث والسبعين في قشرة الأرض (كلارك) هو 2.5 10 -4٪ بالوزن. التنتالوم هو عنصر مميز من الصخور الحمضية - الجرانيت والأصداف الرسوبية ، حيث يصل متوسط ​​محتواه إلى 3.5 10-4٪ ، أما بالنسبة للصخور فائقة القاعدة والأساسية - الأجزاء العلوية من الوشاح والأجزاء العميقة من قشرة الأرض ، والتركيز من التنتالوم أقل بكثير: 1 .8 10 -6٪. في الصخور ذات الأصل البركاني ، ينتشر التنتالوم ، وكذلك في المحيط الحيوي ، لأنه متماثل مع العديد من العناصر الكيميائية.

على الرغم من انخفاض محتوى التنتالوم في قشرة الأرض ، إلا أن معادنه منتشرة على نطاق واسع - هناك أكثر من مائة منها ، سواء معادن التنتالوم المناسبة أو الخامات المحتوية على التنتالوم ، وكلها تشكلت فيما يتعلق بالنشاط البركاني (التانتاليت ، الكولومبايت ، لوباريت ، بيركلور وغيرها). في جميع المعادن ، يكون التنتالوم مصحوبًا بالنيوبيوم ، وهو ما يفسره التشابه الكيميائي الشديد للعناصر والأحجام المتماثلة تقريبًا لأيوناتها.

في الواقع ، تحتوي خامات التنتالوم على نسبة Ta 2 O 5: Nb 2 O 5 ≥1. المعادن الرئيسية لخامات التنتالوم هي كولومبيت-تانتاليت (Ta 2 O 5 محتوى 30-45٪) ، التانتاليت والمانجانوتانتاليت (Ta 2 O 5 45-80٪) ، wojinite (Ta ، Mn ، Sn) 3 O 6 (Ta 2 O 5 60-85٪) ، ميكروليت Ca 2 (Ta، Nb) 2 O 6 (F، OH) (Ta 2 O 5 50-80٪) وغيرها. التانتاليت (Fe، Mn) (Ta، Nb) 2 O 6 له عدة أصناف: ferrotantalite (FeO> MnO) ، manganotantalite (MnO> FeO). يأتي التانتاليت في العديد من الظلال من الأسود إلى الأحمر والبني. المعادن الرئيسية لخامات التنتالوم النيوبيوم ، والتي يتم استخراج التنتالوم منها ، إلى جانب النيوبيوم ، أغلى بكثير من التنتالوم ، الكولومبيت (Ta 2 O 5 5-30٪) ، البيركلور المحتوي على التنتالوم (Ta 2 O 5 1-4٪) ، لوباريت (Ta 2 O 5 0.4-0.8٪) ، هاتشيتوليت (Ca ، Tr ، U) 2 (Nb ، Ta) 2 O 6 (F ، OH) nH 2 O (Ta 2 O 5 8-28٪) ، ixiolite (Nb ، Ta ، Sn ، W ، Sc) 3 O 6 وبعض الآخرين. Tantalo-niobates التي تحتوي على U ، Th ، TR هي metamict ، شديدة النشاط الإشعاعي ، وتحتوي على كميات متغيرة من الماء ؛ تعد التعديلات متعددة الأشكال شائعة. تشكل Tantalo-niobates انتشارًا صغيرًا ، ونادرًا ما تكون عمليات الفصل الكبيرة (البلورات نموذجية بشكل أساسي في loparite و pyrochlore و columbite-tantalite). اللون الأسود والبني الداكن والأصفر البني. عادة ما تكون شفافة أو شبه شفافة.

هناك العديد من الأنواع الصناعية والوراثية الرئيسية لرواسب خام التنتالوم. يتم تمثيل pegmatites المعدنية النادرة من نوع natro-lithium بواسطة أجسام وريد مخصصة تتكون من Albite و microcline و quartz ، وبدرجة أقل ، spodumene أو petalite. يتم تمثيل الجرانيتات الحاملة للتنتالوم النادرة (الأبوجرانيت) بمخزونات صغيرة وقباب من جرانيت ميكروكلين-كوارتز-ألبايت ، غالبًا ما يكون مخصبًا بميكا التوباز والليثيوم ، والذي يحتوي على نشر جيد للكولومبايت-التانتاليت والميكروليت. تحتوي قشور التجوية ، الغرينية والغرينية والغرينية ، التي تنشأ فيما يتعلق بتدمير البغماتيت ، على حجر القصدير والمعادن من مجموعة الكولومبيت-التانتاليت. سينيت النفيلين الحامل للوباريت من اللوجافريت وتكوين الفوياليت.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن رواسب خامات التنتالوم النيوبيوم المعقدة ، ممثلة بالكربونات وما يرتبط بها من صخور فورستريت-أباتيت-مغنتيت ، تدخل في الاستخدام الصناعي ؛ microcline-albite riebeckite الجرانيت القلوي والجرانوزينيت وغيرها. يتم استخراج بعض كمية التنتالوم من ولفراميت من الرواسب الخضراء.

توجد أكبر رواسب خامات التيتانيوم في كندا (مانيتوبا ، بحيرة بيرنيك) ، أستراليا (غرينبوشيس ، بيلبارا) ، ماليزيا وتايلاند (آلات القصدير الحاملة للتنتالوم) ، البرازيل (بارايبا ، ريو غراندي دو نورتي) ، عدد من الدول الأفريقية (زائير ، نيجيريا ، روديسيا الجنوبية).

طلب

لقد وجد التنتالوم تطبيق تقنيفي وقت متأخر جدًا - في بداية القرن العشرين ، تم استخدامه كمواد لخيوط المصابيح الكهربائية ، والتي كانت بسبب جودة هذا المعدن مثل الحران. ومع ذلك ، فقد سرعان ما فقد أهميته في هذا المجال ، وحل محله التنغستن الأقل تكلفة والأكثر مقاومة للحرارة. مرة أخرى ، أصبح التنتالوم "غير مناسب تقنيًا" حتى العشرينات من القرن العشرين ، عندما بدأ استخدامه في مقومات التيار المتردد (التنتالوم المطلي بغشاء أكسيد ، ويمرر التيار في اتجاه واحد فقط) ، وبعد عام ، في أنابيب الراديو . بعد ذلك ، اكتسب المعدن شهرة وسرعان ما بدأ في غزو المزيد والمزيد من مجالات الصناعة الجديدة.

في الوقت الحاضر ، يستخدم التنتالوم ، نظرًا لخصائصه الفريدة ، في الإلكترونيات (إنتاج مكثفات عالية السعة النوعية). ما يقرب من ربع الإنتاج العالمي من التنتالوم يذهب إلى صناعة الكهرباء والفراغ. نظرًا للخمول الكيميائي العالي لكل من التنتالوم نفسه وفيلم أكسيده ، فإن مكثفات التنتالوم الإلكتروليتية مستقرة جدًا في التشغيل وموثوقة ومتينة: يمكن أن تصل مدة خدمتها إلى أكثر من اثني عشر عامًا. في الهندسة الراديوية ، يستخدم التنتالوم في معدات الرادار. تستخدم مكثفات التنتالوم الصغيرة في أجهزة الإرسال الراديوية وتركيبات الرادار والأنظمة الإلكترونية الأخرى.

المستهلك الرئيسي للتنتالوم هو علم المعادن ، والذي يستخدم أكثر من 45٪ من المعدن المنتج. يستخدم التنتالوم بنشاط كعنصر صناعة السبائك في الفولاذ الخاص - شديد التحمل ، ومقاوم للتآكل ، ومقاوم للحرارة. تؤدي إضافة هذا العنصر إلى فولاذ الكروم العادي إلى زيادة قوتها وتقليل هشاشتها بعد التصلب والصلب. يعد إنتاج السبائك المقاومة للحرارة ضرورة كبيرة لتكنولوجيا الصواريخ والفضاء. في الحالات التي يتم فيها تبريد فوهات الصواريخ بمعدن سائل يمكن أن يسبب التآكل (الليثيوم أو الصوديوم) ، فمن المستحيل الاستغناء عن سبيكة التنتالوم والتنغستن. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام الفولاذ المقاوم للحرارة لتصنيع سخانات لأفران التفريغ ذات درجة الحرارة العالية ، والسخانات ، والنمامات. يستخدم كربيد التنتالوم (نقطة الانصهار 3880 درجة مئوية) في إنتاج السبائك الصلبة (خليط من كربيد التنجستن والتنتالوم - درجات مع مؤشر TT ، لأصعب ظروف تشغيل المعادن والحفر الدوراني الطرقي لأقوى المواد (الحجر ، المركبات) .

يستخدم الفولاذ المخلوط بالتنتالوم على نطاق واسع ، على سبيل المثال ، في الهندسة الكيميائية. بعد كل شيء ، تتمتع هذه السبائك بمقاومة كيميائية استثنائية ، فهي بلاستيكية ومقاومة للحرارة ومقاومة للحرارة ، وبفضل هذه الخصائص أصبح التنتالوم مادة هيكلية لا غنى عنها للصناعة الكيميائية. تستخدم معدات التنتالوم في إنتاج العديد من الأحماض: الهيدروكلوريك ، الكبريتيك ، النيتريك ، الفوسفوريك ، الخليك ، وكذلك البروم والكلور وبيروكسيد الهيدروجين. تصنع منه الملفات والمقطرات والصمامات والخلاطات وأجهزة التهوية والعديد من الأجزاء الأخرى من الأجهزة الكيميائية. في بعض الأحيان - الجهاز كله. تستخدم كاثودات التنتالوم في الفصل الكهربائي للذهب والفضة. ميزة هذه الكاثودات هي أنه يمكن غسل رواسب الذهب والفضة باستخدام أكوا ريجيا ، والتي لا تضر التنتالوم.

بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم التنتالوم في الأجهزة (معدات الأشعة السينية ، وأدوات التحكم ، والأغشية) ؛ في الطب (مادة للجراحة الترميمية) ؛ في الطاقة النووية - كمبادل حراري لأنظمة الطاقة النووية (التنتالوم هو الأكثر استقرارًا بين جميع المعادن في الذوبان شديد الحرارة وبخار السيزيوم 133). تستخدم قدرة التنتالوم العالية على امتصاص الغازات للحفاظ على فراغ عميق (أجهزة الفراغ الكهربائي).

في السنوات الأخيرة ، تم استخدام التنتالوم كمواد مجوهرات ، نظرًا لقدرته على تكوين أغشية أكسيد متينة من أي لون على السطح.

كما تستخدم مركبات التنتالوم على نطاق واسع. يستخدم خامس أكسيد التنتالوم في التكنولوجيا النووية لصهر الزجاج الذي يمتص أشعة جاما. يستخدم فلوروتانتالات البوتاسيوم كعامل مساعد في إنتاج المطاط الصناعي. يلعب خامس أكسيد التنتالوم أيضًا نفس الدور في إنتاج البوتادين من كحول الإيثيل.

إنتاج

من المعروف أن الخامات المحتوية على التنتالوم نادرة وفقيرة في هذا العنصر بالذات. المواد الخام الرئيسية لإنتاج التنتالوم وسبائكه هي التانتاليت ومركزات اللوباريت التي تحتوي فقط على 8٪ Ta 2 O 5 وأكثر من 60٪ Nb 2 O 5. بالإضافة إلى ذلك ، حتى تلك الخامات التي تحتوي فقط على جزء من المئات من النسبة المئوية (Ta، Nb) 2 O 5 تتم معالجتها!

إن تقنية إنتاج التنتالوم معقدة للغاية ويتم تنفيذها على ثلاث مراحل: الفتح أو التحلل ؛ فصل التنتالوم عن النيوبيوم والحصول على مركباتها الكيميائية النقية ؛ انتعاش وتكرير التنتالوم.

يتم فتح مركز التنتالوم ، بمعنى آخر ، استخراج التنتالوم من الخامات بمساعدة القلويات (الاندماج) أو بمساعدة حمض الهيدروفلوريك (التحلل) أو خليط من أحماض الهيدروفلوريك والكبريتيك. ثم ينتقلون إلى المرحلة الثانية من الإنتاج - استخلاص وفصل التنتالوم والنيوبيوم. المهمة الأخيرة صعبة للغاية بسبب تشابه الخصائص الكيميائية لهذه المعادن والحجم المتطابق تقريبًا لأيوناتها. حتى وقت قريب ، تم فصل المعادن فقط بالطريقة المقترحة في وقت مبكر من عام 1866 من قبل الكيميائي السويسري Marignac ، الذي استفاد من قابلية الذوبان المختلفة لفلوروتانتالات البوتاسيوم وفلورونيوبات البوتاسيوم في حمض الهيدروفلوريك المخفف. في الصناعة الحديثة ، تُستخدم عدة طرق لفصل التنتالوم والنيوبيوم: الاستخلاص بالمذيبات العضوية ، والاختزال الانتقائي لخماسي كلوريد النيوبيوم ، والتبلور الجزئي لأملاح الفلوريد المعقدة ، والفصل باستخدام راتنجات التبادل الأيوني ، وتصحيح الكلوريدات. حاليًا ، أكثر طرق الفصل شيوعًا (وهي أيضًا الأكثر مثالية) هي الاستخلاص من محاليل التنتالوم ومركبات فلوريد النيوبيوم التي تحتوي على أحماض الهيدروفلوريك والكبريتيك. في الوقت نفسه ، يتم أيضًا تنقية التنتالوم والنيوبيوم من شوائب العناصر الأخرى: السيليكون والتيتانيوم والحديد والمنغنيز والعناصر الأخرى ذات الصلة. بالنسبة لخامات اللوباريت ، تتم معالجة مركزاتها بطريقة الكلور ، مع إنتاج مكثف من التنتالوم وكلوريد النيوبيوم ، والتي يتم فصلها بطريقة التصحيح. يتكون فصل خليط من الكلوريدات من المراحل التالية: التقطير الأولي (فصل التنتالوم وكلوريد النيوبيوم عن الشوائب المصاحبة) ، والتقطير الرئيسي (للحصول على تركيز NbCl 5 و TaCl 5 النقي) والتقطير النهائي لجزء التنتالوم (الحصول على TaCl نقي 5). بعد فصل المعادن ذات الصلة ، يتم ترسيب مرحلة التنتالوم وتنقيتها للحصول على فلوروتانتالات البوتاسيوم عالي النقاء (باستخدام KCl).

يتم الحصول على معدن التنتالوم عن طريق تقليل مركباته عالية النقاء ، والتي يمكن استخدام عدة طرق لها. هذا هو إما اختزال التنتالوم من خامس أكسيد مع السخام عند درجة حرارة 1800-2000 درجة مئوية (طريقة الكربوهيدرات) ، أو تقليل فلوروتانتالات البوتاسيوم بالصوديوم عند تسخينه (طريقة حرارية الصوديوم) ، أو اختزال كهروكيميائي من ذوبان يحتوي على فلوروتانتالات البوتاسيوم وأكسيد التنتالوم (طريقة التحليل الكهربائي). بطريقة أو بأخرى ، يتم الحصول على المعدن في شكل مسحوق بنقاوة 98-99٪. من أجل الحصول على المعدن في السبائك ، يتم تلبيده على شكل فراغات مضغوطة مسبقًا من المسحوق. يحدث التلبيد عن طريق تمرير التيار عند درجة حرارة 2500-2.700 درجة مئوية أو عن طريق التسخين في فراغ عند 2200-2500 درجة مئوية. بعد ذلك يزداد نقاء المعدن بشكل ملحوظ ليصبح مساوياً لـ 99.9-99.95٪.

لمزيد من التنقية والحصول على سبائك التنتالوم ، يتم استخدام صهر الفراغ الكهربائي في أفران القوس مع قطب كهربائي قابل للاستهلاك ، وللتكرير الأعمق ، يتم استخدام ذوبان شعاع الإلكترون ، مما يقلل بشكل كبير من محتوى الشوائب في التنتالوم ، ويزيد من اللدونة ويقلل من درجة حرارة الانتقال إلى دولة هشة. يحتفظ التنتالوم بمثل هذا النقاء ليونة عالية عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق! يتم صهر سطح سبيكة التنتالوم (لإعطاء المؤشرات المطلوبة على سطح السبيكة) أو معالجتها على مخرطة.

الخصائص الفيزيائية

فقط في بداية القرن العشرين ، وضع العلماء أيديهم على التنتالوم المعدني النقي وتمكنوا من دراسة خصائص هذا المعدن الرمادي الفاتح مع لون رصاصي مزرق قليلاً. ما هي صفات هذا العنصر؟ بالتأكيد ، التنتالوم معدن ثقيل: كثافته 16.6 جم / سم 3 عند 20 درجة مئوية (للمقارنة ، كثافة الحديد 7.87 جم / سم 3 ، كثافة الرصاص 11.34 جم / سم 3) ولنقل واحد متر مكعب سيتطلب هذا العنصر ست شاحنات تزن ثلاثة أطنان. يتم الجمع بين القوة والصلابة العالية مع خصائص بلاستيكية ممتازة. يتناسب التنتالوم النقي جيدًا مع الآلات ، ويمكن ختمه بسهولة ومعالجته في أنحف الصفائح (حوالي 0.04 مم) والأسلاك (معامل مرونة التنتالوم هو 190 Gn / m 2 أو 190 10 2 kgf / mm 2 عند 25 درجة مئوية). في البرد ، يمكن معالجة المعدن دون تصلب كبير للعمل ، ويتعرض للتشوه بنسبة ضغط تصل إلى 99٪ دون إطلاق نار وسيط. لا يتم ملاحظة انتقال التنتالوم من الحالة البلاستيكية إلى حالة الهشاشة حتى عند تبريده إلى -196 درجة مئوية. تبلغ قوة الشد للتنتالوم الملدن عالي النقاء 206 MN / m2 (20.6 kgf / mm2) عند 27 درجة مئوية و 190 MN / m2 (19 كجم / مم 2) عند 490 درجة مئوية ؛ استطالة 36٪ (عند 27 درجة مئوية) و 20٪ (عند 490 درجة مئوية). يحتوي التنتالوم على شبكة شعرية مكعبة محور الجسم (أ = 3.296 أ) ؛ نصف القطر الذري 1.46 أ ، نصف القطر الأيوني Ta 2+ 0.88 A ، Ta 5+ 0.66 A.

كما ذكرنا سابقًا ، التنتالوم معدن شديد الصلابة (صلابة برينل من التنتالوم الصفائح في الحالة الصلبة هي 450-1250 ميجا باسكال ، في الحالة المشوهة 1250-3500 ميجا باسكال). علاوة على ذلك ، من الممكن زيادة صلابة المعدن بإضافة عدد من الشوائب إليه ، مثل الكربون أو النيتروجين (تزداد صلابة برينل لصفيحة التنتالوم بعد امتصاص الغازات أثناء التسخين إلى 6000 ميجا باسكال). نتيجة لذلك ، تساهم الشوائب الخلالية في زيادة صلابة برينل ، وقوة الشد ، وقوة الخضوع ، ولكنها تقلل من خصائص الليونة وتزيد من هشاشة البرودة ، وبعبارة أخرى ، تجعل المعدن هشًا. السمات المميزة الأخرى للعنصر الثالث والسبعين هي الموصلية الحرارية العالية ، عند 20-100 درجة مئوية ، هذه القيمة هي 54.47 واط / (م ∙ كلفن) أو 0.13 كالوري / (سم ثانية درجة مئوية) والانكسار (ربما الأكثر أهمية الخصائص الفيزيائية للتنتالوم) - يذوب عند حوالي 3000 درجة مئوية (بتعبير أدق ، عند 2996 درجة مئوية) ، وينتج عن هذا فقط التنجستن والرينيوم. كما أن درجة غليان التنتالوم عالية للغاية: 5300 درجة مئوية.

بالنسبة للخصائص الفيزيائية الأخرى للتنتالوم ، فإن سعته الحرارية النوعية عند درجات حرارة من 0 إلى 100 درجة مئوية هي 0.142 كيلو جول / (كجم كلفن) أو 0.034 كالوري / (جم درجة مئوية) ؛ معامل درجة حرارة التمدد الخطي للتنتالوم 8.0 10 -6 (عند درجات حرارة 20-1500 درجة مئوية). المقاومة الكهربائية النوعية للعنصر الثالث والسبعين عند 0 درجة مئوية هي 13.2 10-8 أوم م ، عند 2000 درجة مئوية 87 10-8 أوم م. عند 4.38 كلفن ، يصبح المعدن موصلًا فائقًا. التنتالوم هو حساس مغناطيسي محدد مغناطيسي هو 0.849 10 -6 (عند 18 درجة مئوية).

لذلك ، يمتلك التنتالوم مجموعة فريدة من الخصائص الفيزيائية: معامل نقل الحرارة العالي ، القدرة العالية على امتصاص الغازات ، مقاومة الحرارة ، الانكسار ، الصلابة ، اللدونة. بالإضافة إلى ذلك ، يتميز بالقوة العالية - فهو يفسح المجال جيدًا لمعالجة الضغط بكل الطرق الحالية: التشكيل ، الختم ، الدرفلة ، الرسم ، الالتواء. يتميز التنتالوم بقابلية اللحام الجيدة (اللحام واللحام في الأرجون أو الهيليوم أو الفراغ). بالإضافة إلى ذلك ، يتميز التنتالوم بمقاومة كيميائية ومقاومة للتآكل استثنائية (مع تكوين فيلم أنود) ، وضغط بخار منخفض ووظيفة عمل إلكترونية منخفضة ، بالإضافة إلى أنه يتماشى جيدًا مع الأنسجة الحية للجسم.

الخواص الكيميائية

بالتأكيد ، واحدة من أكثر خصائص التنتالوم قيمة هي مقاومته الكيميائية الاستثنائية: في هذا الصدد ، يأتي في المرتبة الثانية بعد المعادن النبيلة ، وحتى في هذه الحالة ليس دائمًا. إنه مقاوم للأحماض الهيدروكلورية والكبريتية والنتريك والفوسفوريك والعضوية بجميع التركيزات (حتى درجة حرارة 150 درجة مئوية). من حيث ثباته الكيميائي ، التنتالوم مشابه للزجاج - فهو غير قابل للذوبان في الأحماض ومخاليطها ؛ حتى أكوا ريجيا لا يذوبها ، والتي ضدها الذهب والبلاتين وعدد من المعادن القيمة الأخرى لا حول لها. العنصر الثالث والسبعون قابل للذوبان فقط في خليط من أحماض الهيدروفلوريك والنتريك. علاوة على ذلك ، يحدث التفاعل مع حمض الهيدروفلوريك فقط مع الغبار المعدني ويصاحبه انفجار. حتى في أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك الساخنة ، يعتبر التنتالوم أكثر استقرارًا من شقيقه التوأم النيوبيوم. ومع ذلك ، فإن التنتالوم أقل مقاومة للقلويات - حيث تؤدي المحاليل الساخنة للقلويات الكاوية إلى تآكل المعدن. يتم التعبير عن أملاح أحماض التانتاليك (tantalates) بالصيغة العامة: xMe 2 O yTa 2 O 5 H 2 O ، وتشمل MeTaO 3 metatantalates ، Me 3 TaO 4 orthotantalates ، أملاح من النوع Me 5 TaO 5 ، حيث Me هو الفلزات القلوية؛ في وجود بيروكسيد الهيدروجين ، تتشكل المواد الخبيثة أيضًا. وأهمها تانتلات الفلزات القلوية - KTaO 3 و NaTaO 3 ؛ هذه الأملاح هي فيرو كهربي.

يشار أيضًا إلى مقاومة التنتالوم العالية للتآكل من خلال تفاعله مع الأكسجين الجوي ، أو بالأحرى المقاومة العالية لهذا التأثير. يبدأ المعدن في التأكسد فقط عند 280 درجة مئوية ، ويصبح مغطى بطبقة واقية من Ta 2 O 5 (خامس أكسيد التنتالوم هو أكسيد المعدن المستقر الوحيد) ، مما يحمي المعدن من تأثير الكواشف الكيميائية ويمنع تدفق التيار الكهربائي من المعدن إلى المنحل بالكهرباء. ومع ذلك ، مع ارتفاع درجة الحرارة إلى 500 درجة مئوية ، يصبح فيلم الأكسيد مساميًا تدريجياً ، ويتراكم وينفصل عن المعدن ، مما يحرم سطح الطبقة الواقية من التآكل. لذلك ، يُنصح بإجراء معالجة بالضغط الساخن في الفراغ ، حيث يتأكسد المعدن إلى عمق كبير في الهواء. يزيد وجود النيتروجين والأكسجين من صلابة وقوة التنتالوم ، مما يقلل في الوقت نفسه من ليونة المعدن ويجعل المعدن هشًا ، وكما ذكرنا سابقًا ، يشكل التنتالوم محلولًا صلبًا وأكسيد Ta 2 O 5 مع الأكسجين (مع زيادة في O 2 محتوى في التنتالوم ، تحدث زيادة حادة في خصائص القوة وانخفاض قوي في الليونة ومقاومة التآكل). يتفاعل التنتالوم مع النيتروجين لتشكيل ثلاث مراحل - محلول صلب من النيتروجين في التنتالوم ونتريد التنتالوم: Ta 2 N و TaN - في نطاق درجة الحرارة من 300 إلى 1100 درجة مئوية. من الممكن التخلص من النيتروجين والأكسجين في التنتالوم في ظل ظروف فراغ عالية (عند درجات حرارة أعلى من 2000 درجة مئوية).

يتفاعل التنتالوم بشكل ضعيف مع الهيدروجين حتى التسخين حتى 350 درجة مئوية ، ويزيد معدل التفاعل بشكل كبير فقط من 450 درجة مئوية (يتشكل هيدريد التنتالوم ويصبح التنتالوم هشًا). كل نفس التسخين في الفراغ (أكثر من 800 درجة مئوية) ، حيث يحدث الاختزال ، يساعد على التخلص من الهيدروجين. الخصائص الميكانيكيةالتنتالوم والهيدروجين يتم إزالته بالكامل.

يعمل الفلور على التنتالوم بالفعل في درجة حرارة الغرفة ، كما يتفاعل فلوريد الهيدروجين مع المعدن. للكلور الجاف والبروم واليود تأثير كيميائي على التنتالوم عند درجة حرارة 150 درجة مئوية وما فوق. يبدأ الكلور في التفاعل النشط مع المعدن عند درجة حرارة 250 درجة مئوية والبروم واليود عند درجة حرارة 300 درجة مئوية. يبدأ التنتالوم بالتفاعل مع الكربون في درجات حرارة عالية جدًا: 1200-1400 درجة مئوية ؛ في هذه الحالة ، تتشكل كربيدات التنتالوم المقاومة للحموضة بشدة. مع البورون ، يتحد التنتالوم ليشكل بوريدات - مركبات حرارية صلبة مقاومة لمياه الريجيا المائية. مع العديد من المعادن ، يشكل التنتالوم محاليل صلبة مستمرة (الموليبدينوم ، النيوبيوم ، التيتانيوم ، التنجستن ، الفاناديوم ، وغيرها). باستخدام الذهب والألمنيوم والنيكل والبريليوم والسيليكون ، يشكل التنتالوم حلولًا صلبة محدودة. لا تشكل أي مركبات من التنتالوم مع المغنيسيوم والليثيوم والبوتاسيوم والصوديوم وبعض العناصر الأخرى. التنتالوم النقي مقاوم للعديد من المعادن السائلة (سبائك Na و K و Li و Pb و U-Mg و Pu-Mg).

معدن ذكي. ظهر هذا المصطلح في عالم الأعمال في منتصف القرن العشرين. تم استخدام المعادن الذكية كمواد للتطبيقات عالية التقنية في الإلكترونيات والروبوتات. أحد هذه المعادن عالية التقنية هو التنتالوم. اليوم يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمفاهيم مثل الاتصالات عبر الأقمار الصناعية والأنظمة الداخلية ومعدات الاتصالات.

ما هو التنتالوم؟ حقائق تاريخية

تم اكتشاف التنتالوم لأول مرة في عام 1802 من قبل العالم السويدي أ. Ekeberg في معدنين تم العثور عليهما في السويد وفنلندا. كان أكسيد هذا العنصر مستقرًا جدًا ، وحتى كمية كبيرة من الحمض لا يمكنها تدمير هياكله. شكل العالم انطباعًا بأن المعدن لا يمكن تشبعه بالحمض. تذكر إيكبيرج أسطورة الملك تانتالوس ، الذي كان ابن زيوس ، ونتيجة للعقاب ، لم يستطع إرضاء جوعه وعطشه. كانت معاناته تسمى طحين التنتالوم.

لذلك لم يستطع العالم ، مهما حاول جاهدًا ، عزل المعدن النقي عن الأكسيد ، لذا قارن عمله بدقيق التنتالوم. أطلق اسم التنتالوم على العنصر الكيميائي ، وأطلق على المعدن الذي يحتوي على هذا المعدن التانتاليت. فقط في عام 1903 حصل الألماني بولتون دبليو على التنتالوم المعدني المطيل في شكله النقي. بدأ إنتاجها الصناعي فقط في عام 1922. كانت العينة الأولى للإنتاج الصناعي من التنتالوم بحجم رأس عود الثقاب فقط. كانت الولايات المتحدة الأمريكية أول من أنتجها ، وفي عام 1942 تم إطلاق مصنع لإنتاج هذا المعدن.

الخصائص الفيزيائية للتنتالوم

ما هو التنتالوم؟ أبيض فضي. يعطي فيلم أكسيد قوي عليه تشابهًا في مظهر خارجيمع الرصاص. المعدن لديه قوة وصلابة عالية وفي نفس الوقت ليونة. من حيث اللدونة ، يتم مقارنتها بالذهب.

في شكله النقي ، يخضع تمامًا للمعالجة الميكانيكية. من السهل ختمها ، وهي ملفوفة في طبقة رقيقة جدًا تصل إلى 0.04 مم. ينتج سلك عالي الجودة. التنتالوم ما هو؟ إنه معدن حراري ، تبلغ درجة انصهاره حوالي 3000 درجة. فقط التنغستن والرينيوم يتفوقان عليه في هذه الخاصية. واحدة من صفاته الخاصة هي الموصلية الحرارية العالية. حتى فيلم الأكسيد الذي يتشكل عليه لا يقلل من هذه الخاصية.

الخواص الكيميائية

العديد من الأحماض العضوية وغير العضوية - الكلور والكبريتيك والهيدروكلوريك والنتريك وغيرها من الوسائط العدوانية - لا تسبب التآكل في التنتالوم. يتأكسد المعدن عند تسخينه من 200 إلى 300 درجة ، وتتشكل عليه طبقة مشبعة بالغاز تحت طبقة الأكسيد. لا تسمح الخصائص الكيميائية الضعيفة للتنتالوم للذوبان حتى في الماء الريجيا ، الذي يذوب البلاتين والذهب.

من الناحية العملية ، ثبت أن الفولاذ المقاوم للصدأ أقل مقاومة أثناء التشغيل ، وأن الأجزاء المصنوعة منه تخدم فترة أقصر بكثير من المنتجات المصنوعة من التنتالوم. من بين جميع الأحماض الموجودة ، يمكن فقط لحمض الهيدروفلوريك إذابة هذا المعدن.

سبائك

تجعل مقاومة التنتالوم المستقرة للأحماض من الممكن استخدامه كمضافات للسبائك المختلفة المستخدمة في تصنيع الهياكل المعدنية. لتصنيع المنتجات المدرفلة - الأسلاك والشرائط والألواح والأنابيب - يتم استخدام سبيكة من التنتالوم مع الهافنيوم. يستخدم التنغستن والتنتالوم في صناعة إدراجات القطع لأغراض مختلفة. تتميز هذه السبائك بما يلي:

• قوة عالية؛
• زيادة صلابة
• لا تتأكسد
• لديها مقاومة عالية للجلخ.
• مقاومة للاهتراء
• لها لزوجة كبيرة
• توفر قوة ممتازة لطليعة الأداة.

سبيكة التنتالوم-التنغستن ، التي تحتوي على 7٪ من التنجستن ، قادرة على تحمل درجات حرارة تصل إلى 1900 درجة. إنه ذو أهمية كبيرة للمتخصصين. ومن سبيكة التنتالوم بنسبة 10٪ من التنجستن ، يتم تصنيع فوهات لمحركات الصواريخ. في تكنولوجيا الفضاء ، تُستخدم المواد ذات السعة الحرارية الجيدة أو المقاومة الحرارية ، لذلك تُستخدم سبائك التنتالوم على نطاق واسع في تصنيعها.

دور الخردة

تشكل خردة التنتالوم حصة كبيرة ، تصل إلى 30 ٪ من الإمدادات إلى السوق ، من الحجم الإجمالي. يأتي معظم المعدن من مكثفات الخردة. لذلك ، فإن إمداداتها تعتمد بشكل مباشر على نشاط العمل في صناعة الإلكترونيات.

وهذا بدوره يحدده العالمي ظروف اقتصادية. المصادر الأخرى للخردة هي الكربيدات المستهلكة. تحتوي خردة السبائك ، التي يعتبر النيكل عنصرًا رئيسيًا فيها ، أيضًا على التنتالوم. في المستقبل ، ستكون نفايات المستهلك مصدرًا مهمًا لهذا المعدن.

استخدام التنتالوم

يستخدم المعدن نفسه وسبائكه على نطاق واسع في الصناعة. يتم استخدامه لصنع:

• المكثفات الإلكتروليتية الجافة ؛
• سخانات للأفران الفراغية.
• كاثودات التدفئة غير المباشرة
• معدات مضادة للتآكل
• مفاعلات نووية
• الموصلات الفائقة
• ذخيرة ذات قوة اختراق متزايدة ؛
• معايير الكتلة التي لها دقة عالية ؛
• أدوات القطع ذات المتانة العالية.

تساعد المقاومة العالية للمعدن للتآكل على إطالة عمر خدمة مكثفات التنتالوم في الأنظمة الإلكترونية حتى 12 عامًا.

تستخدم صناعة المجوهرات هذا المعدن في صناعة علب الساعات والأساور بدلاً من البلاتين. تستخدم منتجات التنتالوم أيضًا في الصناعة الطبية. لا يرفضه الجسد البشري ، لذلك ينتج منه:

• لوحات للقحف وتجويف البطن.
• مشابك الورق التي تستخدم لتوصيل الأوعية ؛
• خيوط سميكة تحل محل الأوتار ؛
• خيوط رفيعة لخياطة الألياف العصبية.

معدن GOST

هناك عدة طرق لإنشاء GOST للتنتالوم وأكسيده ، على سبيل المثال ، القياس الضوئي والطيفي.

تحدد الطريقة الطيفية (GOST 18904.8) محتوى شوائب الكالسيوم والتنغستن والنحاس والكوبالت والصوديوم والموليبدينوم في التنتالوم وأكسيده. نتيجة التحليل هي المتوسط ​​الحسابي الذي تم الحصول عليه من تحديدين لأوزان مختلفة.

تحدد الطريقة الضوئية (GOST 18904.1) محتوى الكسر الكتلي من التنجستن والموليبدينوم في التنتالوم والأكسيد. في هذه الحالة ، يتم حساب نتيجة التحليل على أنها المتوسط ​​الحسابي لثلاثة تحديدات ، والتي يتم إجراؤها من عينات فردية.

رواسب وتعدين التنتالوم

ما هو التنتالوم؟ هذا معدن نادر جدا. في شكله النقي ، لا يتم ملاحظته عمليا. يمكنك مقابلته في تكوين المعادن وفي شكل مركباته الخاصة. في المعادن ، يوجد دائمًا مع النيوبيوم ، والذي يشبه إلى حد بعيد التنتالوم في خصائصه. تم العثور على رواسب مع مركبات التنتالوم والمعادن في العديد من بلدان العالم.

يقع أكبرها في فرنسا. مخزون هذا المعدن مرتفع في الصين وتايلاند. في بلدان رابطة الدول المستقلة ، الودائع أصغر بكثير. حوالي 420 طن من التنتالوم هو الإنتاج السنوي في العالم. توجد المصانع الرئيسية التي تعالج المعادن في ألمانيا والولايات المتحدة الأمريكية. نظرًا للتطور السريع في الإلكترونيات ، حيث لا يكون استخدام التنتالوم هو المكان الأخير ، فهناك نقص في هذا المعدن النادر ، مما يؤدي إلى البحث عن رواسب جديدة.

أسعار التنتالوم

معظم التنتالوم ، وهذا يصل إلى 60٪ ، يستهلك استخدامه بحوالي 20٪. أسعار هذا المعدن النادر يمكن أن تتغير بسرعة. يتم استعادة الطلب عليه ، ثم يسقط مرة أخرى. يتوقع المحللون أن يتذبذب العرض والطلب في السنوات القادمة ، وهذا يعتمد بشكل أساسي على العوامل الاقتصادية.

السعر المقدر للتنتالوم لكل 1 كيلوغرام في روبل السوق الروسيهو:

• ورقة - 65660 ؛
• في الحانات - 73030 ؛
• سلك - 73700.

آفاق

بدأ المزيد والمزيد من الناس في استخدام هذا المعدن الذكي في الصناعة الطبية لتلبية احتياجات الجراحة الترميمية. يتم استخدامه لصنع الغرسات. يعوض خيوط التنتالوم الأنسجة العضلية ، ويستخدم السلك لربط العظام ، ويستخدم الخيوط للخياطة. فيما يتعلق بإعادة المعدات الرئيسية لشركات الطيران العالمية لتلبية احتياجات صناعة الطائرات ، فسوف تستمر في النمو. تستخدم السبائك في صناعة الطائرات لمحركات الطائرات. بالإضافة إلى ذلك ، يستمر استخدام التنتالوم بنشاط في إنتاج معدات الكمبيوتر: المعالجات والطابعات.

الطلب على هذا المعدن في الصناعة الكيميائية لا يتناقص أيضًا. يستخدم على نطاق واسع لإنتاج الكلور وبيروكسيد الهيدروجين والعديد من الأحماض. تستخدم الهندسة الكيميائية على نطاق واسع في تصنيع المعدات التي تتلامس مع الوسائط العدوانية. يبقى المستهلك الأكثر خطورة لسبائك التنتالوم صناعة المعادن. يتزايد الطلب عليها أيضًا في صناعة الطاقة النووية ، حيث تستخدم الموصلية الحرارية بشكل أساسي مع اللدونة وصلابة التنتالوم.

التنتالوم لديه نقطة انصهار عالية - 3290 كلفن (3017 درجة مئوية) ؛ يغلي عند 5731 كلفن (5458 درجة مئوية).

كثافة التنتالوم 16.65 جم / سم. بالرغم من صلابته فهو بلاستيك مثل الذهب. يصلح التنتالوم النقي نفسه جيدًا للمعالجة الآلية ، ويمكن ختمه بسهولة ولفه في سلك وأرق الصفائح التي يبلغ سمكها أجزاء من المليمتر. التنتالوم هو جامع ممتاز (جامع غاز) ، عند 800 درجة مئوية يمكنه امتصاص 740 حجمًا من الغاز. التنتالوم لديه شعرية مكعبة محور الجسم. لها خصائص بارامغناطيسية. عند 4.38 كلفن يصبح موصلًا فائقًا. التنتالوم النقي هو معدن مطيل ، تتم معالجته بالضغط في البرد دون تصلب كبير أثناء العمل. يمكن أن يتشوه إلى نسبة اختزال تصل إلى 99٪ بدون تلدين وسيط. لم يتم الكشف عن انتقال التنتالوم من حالة الدكتايل إلى حالة الهشاشة عند التبريد إلى -196 درجة مئوية. تعتمد خصائص التنتالوم إلى حد كبير على نقاوتها ؛ شوائب الهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والكربون تجعل المعدن هشًا.

التركيب الإلكتروني للذرة.

1 ثانية 22 ثانية 22 بكسل 63 ثانية 23p64 ثانية 23d104p65s24d105p66s24f145d3

الرقم التسلسلي 73

الانتماء إلى المجموعة - أ

د- العنصر

أكسيد التنتالوم (V) عبارة عن مسحوق أبيض غير قابل للذوبان في الماء أو الأحماض (باستثناء H2F2). شديد المقاومة (ذوبان = 1875 درجة مئوية). يتم التعبير عن الطبيعة الحمضية للأكسيد بشكل ضعيف وتتجلى بشكل أساسي في التفاعل مع الذوبان القلوي: أكسدة ذرة التنتالوم للنيوبيوم

Ta2O5 + 2NaOH = 2NaTaO3 + H2O

أو كربونات:

Ta2O5 + 3Na2CO3 = 2Na3TaO4 + 3CO2

الأملاح التي تحتوي على التنتالوم في حالة الأكسدة -4 ، -5 يمكن أن تكون من عدة أنواع: NaTaO3 metatantalates ، Na3TaO4 orthotantalates ، ولكن هناك بوليونات خماسية وسداسية تتبلور مع جزيئات الماء ، 7 و 8. يتفاعل التنتالوم الخماسي المشحون مع الأحماض ليشكل أملاح TaO3 + الكاتيون و TaO (NO3) 3 أو Nb2O5 (SO4) 3 ، استمرارًا لتقليد المجموعة الفرعية الجانبية التي قدمها أيون الفاناديوم VO2 +.

عند 1000 درجة مئوية ، يتفاعل Ta2O5 مع الكلور وكلوريد الهيدروجين:

Ta2O5 + 10HC1 \ u003d \ u003d 2TaC15 + 5H2O

لذلك ، يمكن القول أن أكسيد التنتالوم (V) يتميز أيضًا بالذبذبة مع تفوق خصائص الحمض على خصائص القاعدة.

يتم الحصول على هيدروكسيد المقابل لأكسيد التنتالوم (V) عن طريق تحييد المحاليل الحمضية لرابع كلوريد التنتالوم. يؤكد هذا التفاعل أيضًا عدم استقرار حالة الأكسدة +4.

عند درجات الأكسدة المنخفضة ، تكون الهاليدات أكثر المركبات ثباتًا (انظر الشكل 3) ، وأسهل طريقة للحصول عليها هي من خلال معقدات بيريدين. يتم تقليل خماسي الهاليد TaX5 (حيث X هو C1 ، Br ، I) بسهولة بواسطة بيريدين (المشار إليه بواسطة Py) مع تكوين مجمعات تكوين MX4 (Py) 2.

أملاح التنتالوم. تتكون أملاح المجموعة الفرعية السادسة في الغالب من بلورات عديمة اللون أو مساحيق بيضاء. كثير منهم استرطابي للغاية ومتمهل في الهواء. أكاسيد هذه المعادن لها خصائص مذبذبة ؛ لذلك ، يتم تحلل معظم أملاحها بسهولة ، وتتحول إلى أملاح أساسية قليلة أو غير قابلة للذوبان تمامًا في الماء ؛ تُعرف الأملاح أيضًا حيث تكون هذه المعادن جزءًا من الأنيونات (على سبيل المثال ، نيوبات و tantalates) الترطيب والجفاف. جميع المحفزات من هذه الفئة لها انجذاب قوي للماء. الممثل الرئيسي للفئة ب هو الألومينا. يستخدم حمض الفوسفوريك أو أملاحه الحمضية أيضًا في المواد الحاملة مثل هلام الألومينوسيليكات وهلام السيليكا مع أكاسيد التنتالوم أو الزركونيوم أو الهافنيوم. في الأعمال الأولى حول فصل التنتالوم والنيوبيوم عن طريق الاستخراج المجزأ ، تم اقتراح أنظمة حمض الهيدروكلوريك - زيلين - ميثيل ديوكتيل أمين (1952) ، وكذلك حمض الهيدروكلوريك - حمض الهيدروفلوريك - ديزوبروبيل كيتون (1953). يتم إذابة كلا المعدنين في محاليل مائية للأحماض على شكل أملاح ، ثم يتم استخلاص التنتالوم بمذيب عضوي. في نظام 6 / W حامض الكبريتيك - 9 عاي هيدروفلوريك

7. يستخدم التنتالوم لصنع مغازل لسحب الخيوط في إنتاج الألياف الاصطناعية. في السابق ، كانت هذه القوالب مصنوعة من البلاتين والذهب. أقسى السبائك مصنوعة من كربيد التنتالوم مع النيكل كمادة مضافة للأسمنت. إنها صعبة للغاية لدرجة أنها تترك خدوشًا حتى على الماس ، والذي يعتبر معيار الصلابة.

تم إعطاء المركز الأول من حيث درجة الحرارة الحرجة للانتقال إلى حالة التوصيل الفائق للنيوبيوم جيرمانيد Nb3Ge. تبلغ درجة حرارته الحرجة 23.2 كلفن (-250 درجة مئوية تقريبًا). مركب آخر ، وهو النيوبيوم ستانيد ، يصبح موصلًا فائقًا عند درجة حرارة أقل قليلاً من -255 درجة مئوية. لتقدير هذه الحقيقة بشكل كامل ، نشير إلى أن معظم الموصلات الفائقة معروفة فقط بدرجات حرارة الهيليوم السائل (2.172 كلفن). تجعل الموصلات الفائقة المصنوعة من مواد النيوبيوم من الممكن تصنيع ملفات مغناطيسية تولد مجالات مغناطيسية قوية للغاية. المغناطيس الذي يبلغ قطره 16 سم وارتفاعه 11 سم ، حيث يكون الملف عبارة عن شريط من هذه المواد ، قادر على خلق مجال ذي كثافة هائلة. من الضروري فقط نقل المغناطيس إلى حالة فائقة التوصيل ، أي لتبريده ، ومن السهل بالطبع تحقيق التبريد إلى درجة حرارة منخفضة.

دور النيوبيوم مهم في اللحام. أثناء لحام الفولاذ العادي ، لم تمثل هذه العملية أي صعوبات معينة ولم تخلق أي صعوبات. ومع ذلك ، عندما بدأ لحام الهياكل من الفولاذ الخاص ذي التركيب الكيميائي المعقد ، بدأت اللحامات تفقد العديد من الصفات القيمة للمعادن التي يتم لحامها. لا التغييرات في تكوين الأقطاب الكهربائية ، ولا تحسين تصميمات آلات اللحام ، ولا اللحام في جو من الغازات الخاملة أعطت أي تأثير. هذا هو المكان الذي جاء فيه النيوبيوم للإنقاذ. يمكن لحام الفولاذ ، حيث يتم إدخال النيوبيوم كمادة مضافة صغيرة ، دون خوف على جودة اللحام (الشكل 4). هشاشة التماس ناتجة عن الكربيدات التي تنشأ أثناء اللحام ، لكن قدرة النيوبيوم على الاندماج مع الكربون ومنع تكون كربيدات المعادن الأخرى التي تنتهك خصائص السبائك أنقذت الموقف. كربيدات النيوبيوم نفسها ، مثل التنتالوم ، لها لزوجة كافية. هذا مهم بشكل خاص عند لحام الغلايات والتوربينات الغازية التي تعمل تحت الضغط وفي البيئات العدوانية.

النيوبيوم والتنتالوم قادران على امتصاص كميات كبيرة من الغازات مثل الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين. في درجة حرارة الغرفة ، 1 غرام من النيوبيوم قادر على امتصاص 100 سم 3 من الهيدروجين. ولكن حتى مع وجود تسخين قوي ، فإن هذه الخاصية لا تضعف عمليًا. عند درجة حرارة 500 درجة مئوية ، لا يزال بإمكان النيوبيوم امتصاص 75 سم 3 من الهيدروجين ، ويمكن أن يمتص التنتالوم 10 مرات أكثر. تُستخدم هذه الخاصية في تطبيقات الفراغ العالي أو في التطبيقات الإلكترونية حيث يكون من الضروري الحفاظ على أداء دقيق في درجات حرارة عالية. النيوبيوم والتنتالوم ، المترسبان على سطح الأجزاء ، يمتصان الغازات مثل الإسفنج ، مما يضمن التشغيل المستقر للأجهزة. بمساعدة هذه المعادن ، حققت الجراحة الترميمية نجاحًا كبيرًا. ليس فقط لوحات التنتالوم ، ولكن أيضًا خيوط التنتالوم والنيوبيوم دخلت الممارسة الطبية. استخدم الجراحون هذه الخيوط بنجاح لإصلاح الأوتار والأوعية الدموية والأعصاب الممزقة. يستخدم "خيوط" التنتالوم لتعويض القوة العضلية. بمساعدتها ، يقوم الجراحون بتقوية جدران تجويف البطن بعد الجراحة. التنتالوم لديه رابطة قوية بشكل استثنائي بين الذرات. وهذا يفسر ارتفاع درجة انصهارها وغليانها. تجعل الصفات الميكانيكية والمقاومة الكيميائية التنتالوم أقرب إلى البلاتين. تستخدم الصناعة الكيميائية هذا المزيج المفضل من صفات التنتالوم. يتم تحضير أجزاء من المعدات المقاومة للأحماض في المصانع الكيميائية وأجهزة التدفئة والتبريد التي تتلامس مع بيئة عدوانية.

في صناعة الطاقة النووية سريعة التطور ، يتم استخدام خاصيتين من النيوبيوم. يتمتع النيوبيوم "بشفافية" مذهلة للنيوترونات الحرارية ، أي أنه قادر على تمريرها عبر طبقة من المعدن ، عمليًا دون التفاعل مع النيوترونات. النشاط الإشعاعي الاصطناعي للنيوبيوم (يتم الحصول عليه عن طريق ملامسة المواد المشعة) صغير. لذلك ، يمكن استخدامه لصنع حاويات لتخزين النفايات المشعة والمنشآت لمعالجتها. خاصية أخرى لا تقل قيمة (للمفاعل النووي) من النيوبيوم هي عدم وجود تفاعل ملحوظ مع اليورانيوم والمعادن الأخرى حتى عند درجة حرارة 1000 درجة مئوية.يمكن للصوديوم والبوتاسيوم المنصهر ، اللذان يستخدمان كمبردات في بعض أنواع المفاعلات النووية ، أن ينتشروا بحرية عبر أنابيب النيوبيوم دون التسبب في أي ضرر.

قصة

تم اكتشاف التنتالوم في عام 1802 بواسطة الكيميائي السويدي A.G.Ekeberg في معدنين تم العثور عليهما في فنلندا والسويد. ومع ذلك ، لم يكن من الممكن عزله في شكله النقي. نظرًا لصعوبة الحصول على هذا العنصر ، فقد سمي على اسم بطل الأساطير اليونانية القديمة ، تانتالوس.

بعد ذلك ، تم اعتبار التنتالوم و "الكولومبيوم" (النيوبيوم) متطابقين. فقط في عام 1844 ، أثبت الكيميائي الألماني هاينريش روز أن معدن الكولومبايت التانتاليت يحتوي على عنصرين مختلفين - النيوبيوم والتنتالوم.

تقع أكبر رواسب خامات التنتالوم في العالم ، Greenbushes ، في أستراليا في ولاية أستراليا الغربية ، على بعد 250 كم جنوب بيرث.

الخصائص الفيزيائية

عند درجات حرارة أقل من 4.45 كلفن ، ينتقل إلى حالة التوصيل الفائق.

النظائر

يتكون التنتالوم الطبيعي من مزيج من نظير مستقر وأيزومر ثابت: 181 Ta (99.9877٪) و 180m Ta (0.0123٪). هذا الأخير هو أيزومر مستقر للغاية (حالة مثارة) من نظير 180 Ta ، مع عمر نصف يزيد قليلاً عن 8 ساعات.

الخواص الكيميائية

في ظل الظروف العادية ، يكون التنتالوم غير نشط ؛ يتأكسد في الهواء فقط عند درجات حرارة أعلى من 280 درجة مئوية ، ويصبح مغطى بغشاء أكسيد Ta 2 O 5 ؛ يتفاعل مع الهالوجينات عند درجات حرارة أعلى من 250 درجة مئوية. عند تسخينه ، يتفاعل مع C ، B ، Si ، P ، Se ، Te ، H 2 O ، CO ، CO 2 ، NO ، HCl ، H 2 S.

التنتالوم النقي كيميائيًا مقاوم بشكل استثنائي للمعادن القلوية السائلة ، ومعظم الأحماض غير العضوية والعضوية ، والعديد من الوسائط العدوانية الأخرى (باستثناء القلويات المنصهرة).

من حيث المقاومة الكيميائية للكواشف ، يشبه التنتالوم الزجاج. التنتالوم غير قابل للذوبان في الأحماض ومخاليطها ، باستثناء خليط من أحماض الهيدروفلوريك والنتريك ؛ حتى أكوا ريجيا لا يحلها. يحدث التفاعل مع حمض الهيدروفلوريك فقط مع الغبار المعدني ويصاحبه انفجار. مقاومة شديدة لحمض الكبريتيك من أي تركيز ودرجة حرارة (عند 200 درجة مئوية ، يتآكل المعدن في الحمض بمقدار 0.006 مليمتر فقط في السنة) ، ومستقر في المعادن القلوية المنصهرة غير المؤكسجة وأبخرتها شديدة الحرارة (الليثيوم ، والصوديوم ، والبوتاسيوم ، والروبيديوم ، والسيزيوم) .

علم السموم

انتشار

إيصال

المواد الخام الرئيسية لإنتاج التنتالوم وسبائكه هي التانتاليت ومركزات اللوباريت التي تحتوي على حوالي 8٪ Ta 2 O 5 ، وكذلك 60٪ أو أكثر Nb 2 O 5. تتحلل المركزات بواسطة الأحماض أو القلويات ، وتتحلل مركزات اللوباريت بالكلور. يتم فصل Ta و Nb عن طريق الاستخراج. عادة ما يتم الحصول على معدن التنتالوم عن طريق اختزال Ta 2 O 5 بالكربون ، أو كهربائيا من الذوبان. يتم إنتاج المعدن المضغوط عن طريق القوس الفراغي أو ذوبان البلازما أو المسحوق المعدني.

للحصول على 1 طن من مركز التنتالوم ، من الضروري معالجة ما يصل إلى 3000 طن من الخام.

سعر

طلب

كان يستخدم في الأصل لصنع الأسلاك للمصابيح المتوهجة. اليوم ، يستخدم التنتالوم وسبائكه في صنع:

• سبائك مقاومة للحرارة ومقاومة للتآكل ؛
• معدات مقاومة للتآكل للصناعة الكيميائية ، والمغازل ، والأواني الزجاجية المختبرية والبوتقات للحصول على العناصر الأرضية النادرة وذوبانها وصبها ، بالإضافة إلى الإيتريوم والسكانديوم ؛
• المبادلات الحرارية لأنظمة الطاقة النووية (التنتالوم هو الأكثر استقرارًا من بين جميع المعادن في الذوبان شديد الحرارة وبخار السيزيوم) ؛
• في الجراحة ، تُستخدم صفائح التنتالوم والرقائق والأسلاك لربط الأنسجة والأعصاب والخياطة وتصنيع الأطراف الاصطناعية التي تحل محل الأجزاء التالفة من العظام (بسبب التوافق البيولوجي) ؛
• يستخدم سلك التنتالوم في الكريوترونات - عناصر فائقة التوصيل مثبتة في تكنولوجيا الكمبيوتر ؛
• في إنتاج الذخيرة ، يتم استخدام التنتالوم لصنع بطانة معدنية لشحنات متطورة الشكل ، مما يحسن اختراق الدروع ؛
• يستخدم التنتالوم والنيوبيوم في صنع المكثفات الإلكتروليتية (جودة أعلى من المكثفات الالكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم ، ولكنها مصممة للجهد المنخفض) ؛
• تم استخدام التنتالوم في السنوات الأخيرة كمعدن للمجوهرات ، نظرًا لقدرته على تكوين أغشية أكسيد متينة بألوان قوس قزح الجميلة على السطح ؛
• يمكن أن يعمل أيزومر نووي تانتالوم 180 م 2 ، الذي يتراكم في المواد الهيكلية للمفاعلات النووية ، جنبًا إلى جنب مع الهافنيوم 178 م 2 ، كمصدر لأشعة جاما والطاقة في تطوير الأسلحة والمركبات الخاصة.
• يستخدم مكتب الولايات المتحدة للمعايير والمكتب الدولي للأوزان والمقاييس في فرنسا التنتالوم بدلاً من البلاتين لصنع أوزان تحليلية قياسية عالية الدقة ؛
• التنتالوم بيريليد شديد الصلابة ومقاوم للأكسدة في الهواء حتى 1650 درجة مئوية ، ويستخدم في تكنولوجيا الطيران ؛
• يستخدم كربيد التنتالوم (نقطة انصهار 3880 درجة مئوية ، صلابة قريبة من صلابة الماس) في إنتاج السبائك الصلبة - خليط من كربيد التنجستن والتنتالوم (درجات مؤشر TT) ، لأصعب ظروف الأشغال المعدنية وحفر الإيقاع الدوراني أقوى المواد (الحجر ، المواد المركبة) ، ويتم تطبيقها أيضًا على الفوهات ، فوهات الصواريخ ؛
• يستخدم أكسيد التنتالوم (V) في التكنولوجيا النووية لإذابة الزجاج الذي يمتص