ટૅન્ટલમ

ટૅન્ટલમ : આવર્ત કોષ્ટકના 5મા (અગાઉના VA) સમૂહનું રાસાયણિક ધાતુ-તત્વ. સંજ્ઞા, Ta; પરમાણુક્રમાંક, 73; પરમાણુભાર, 180.9479. તે ત્રીજી (5d), સંક્રાંતિક (transition) શ્રેણીનું તત્વ હોઈ સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રૉનની ર્દષ્ટિએ તેની સંરચના 5d³6s² છે. લૅન્થનાઇડ સંકોચનને કારણે Ta⁵⁺ અને Nb⁵⁺ આયનોની ત્રિજ્યા લગભગ સરખી (અનુક્રમે 73 અને 70 pm) (પીકોમીટર) હોઈ કુદરતમાં બંને ધાતુ સાથે મળે છે. તેનાં ખનિજોમાં કોલમ્બાઇટ-ટૅન્ટલાઇટ (Fe,Mn) (Nb,Ta)₂O₆ યુક્ઝેનાઇટ (Y,Ca,Ce,U,Th) (Nb,Ta,Ti)₂O₆ અને માઇક્રોલાઇટ (Na,Ca)₂,Ta₂O₆ (B,OH,F)ને ગણાવી શકાય. કલાઈના ધાતુમળ(slag)માંથી પણ તે મળે છે. પૃથ્વીના પોપડામાં તેનું પ્રમાણ 0.00021 % જેટલું છે. મુખ્યત્વે તે બ્રાઝિલ, કૅનેડા, આફ્રિકા, સ્પેન, ઑસ્ટ્રેલિયા અને થાઇલૅન્ડમાં મળી આવે છે. સૌપ્રથમ તેની શોધ સ્વીડિશ રસાયણવિદ એકબર્ગે 1802માં કરી હતી. શરૂશરૂમાં ટૅન્ટલમ અને નિયોબિયમ વચ્ચે ગૂંચવાડો થતો હતો, પરંતુ 1844માં હન્રિક રોઝે દર્શાવ્યું કે નિયોબિક ઍસિડ અને ટૅન્ટલિક ઍસિડ એ બે અલગ સંયોજનો છે. 1903માં રશિયન વૈજ્ઞાનિક વર્નર બોલ્ટને તન્ય (ductile) ટૅન્ટલમ મેળવ્યું, તેનો ઉપયોગ શરૂઆતમાં વીજળીના ગોળાના ફિલામેન્ટ માટે થતો હતો.

ધાતુકર્મ : નિયોબિયમ અને ટૅન્ટલમના ગુણધર્મો સરખા હોવાથી અને ખનિજમાં બંને ધાતુ સાથે મળતી હોવાથી તેમને છૂટી પાડવા વિભાગીકરણ અથવા પ્રભાજન(fractionation)ની પદ્ધતિ જરૂરી છે. આ માટે પહેલાં ફ્લોરાઇડ ક્ષારોનું વિભાગીય સ્ફટિકીકરણ કરવામાં આવતું હતું પરંતુ હવે દ્રાવક નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિનો ઉપયોગ વધુ થાય છે. આવી એક પદ્ધતિ મુજબ ધાતુ-આયનોનાં 0.5 M HCl અને 3.3M HF ધરાવતાં દ્રાવણોનું મિથાઇલ આઇસોબ્યૂટાઇલ કીટોન વડે નિષ્કર્ષણ કરવામાં આવે છે. આમ કરવાથી ટૅન્ટલમ આયનો કાર્બનિક સ્તરમાં અને નિયોબિયમ જલીય સ્તરમાં વરણાત્મક રીતે વહેંચાઈ જાય છે. કાર્બનિક સ્તરનું ફરીથી પાણી સાથે નિષ્કર્ષણ કરવાથી ટૅન્ટલમ પાછું જલીય સ્તરમાં આવી જાય છે. આ રીતે જલીય સ્તરમાં આવેલા ફ્લોરાઇડમાં બોરિક ઍસિડ ઉમેરી, સંકીર્ણ બનાવી, તેમાં એમોનિયાનું જલીય દ્રાવણ ઉમેરવાથી ધાતુઓના ઑક્સાઇડ છૂટા પડે છે. પ્રથમના જલીય સ્તરમાંથી 98 % નિયોબિયમ ઑક્સાઇડ અને કાર્બનિક સ્તરમાંથી 99.5 % ટૅન્ટલમ ઑક્સાઇડના અવક્ષેપ મળે છે. જો HF વાપર્યો ન હોય અને HClનું સંકેન્દ્રણ વધુ હોય તો નિયોબિયમ કાર્બનિક સ્તરમાં જાય છે અને ટૅન્ટલમ જલીય સ્તરમાં રહે છે.

ધાતુરૂપ ટૅન્ટલમ મેળવવા માટે ઑક્સાઇડનું સક્રિય ધાતુઓ અથવા કાર્બન વડે અપચયન (reduction) કરવામાં આવે છે અથવા પિગાળેલ K₂T_aF₇નું વિદ્યુત-વિભાજન કરવામાં આવે છે. આ રીતે મળેલા ટૅન્ટલમના ભૂકાને ધોઈ, દબાવીને તેના સળિયા બનાવવામાં આવે છે. નિર્વાત ભઠ્ઠીમાં આ સળિયાને જ તાપન-એકમ (heating element) તરીકે વાપરી તેનું નિસાદન (sintering) કરવામાં આવે છે. ત્યારબાદ સળિયાને સામાન્ય તાપમાને શીત ગોળવેલાં (cold rolled) પતરાં કે તાર બનાવવામાં આવે છે.

ગુણધર્મો  : શુદ્ધ ધાતુ સફેદ અથવા ભૂખરી, મજબૂત અને કઠિન, ભારે, તન્ય અને ટિપાઉ છે. તેમાંથી બારીક તાર ખેંચી શકાય છે. તેનું ગ. બિં. ઊંચું છે. (ફક્ત રિનિયમ અને ટંગ્સ્ટન કરતાં જ તે નીચું છે.) ટૅન્ટલમના વીજધારકોની ધારિતા એકમ કદદીઠ સૌથી વધુ હોઈ તે લઘુ કદના વીજ-પરિપથોમાં વપરાય છે. તેના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો નીચે પ્રમાણે છે :

ગ. બિં. (°સે.)	2980
ઉ. બિં. (°સે.)	5534
ઘનતા (ગ્રા./ઘ.સેમી.)	16.65
કઠિનતા (મોઝ માપક્રમ)	5.0
ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના	2, 8, 18, 32, 11, 2 અથવા [Xe] 4f145d36s2
સંયોજકતા	2, 3, 4, 5
ઑક્સિડેશન અવસ્થા	+2, +3, +4, +5.
સ્થાયી સમસ્થાનિક	181
ઉષ્મીય ન્યુટ્રૉન પ્રગ્રહણ આડછેદ(બાર્ન)	21.3
E° (વોલ્ટ) (2Ta + 5H2O ↔ Ta2O5 + 10H+ + 10e)	0.718

તેના રાસાયણિક ગુણધર્મો નિયોબિયમને મળતા આવે છે. તેની સામાન્ય સંયોજકતા +5 છે. તે ઘણાં રસાયણો પ્રત્યે નિષ્ક્રિય છે. સાધારણ તાપમાને તે હાઇડ્રોક્લૉરિક સિવાયના બધા ઍસિડોનો પ્રતિકાર કરે છે. પરંતુ નાઇટ્રિક અને હાઇડ્રૉક્લૉરિક ઍસિડના મિશ્રણમાં તે ઓગળી જાય છે. હૅલોજન અને ઑક્સિજન સાથે તે Ta^v પ્રકારના હૅલાઇડ અને ઑક્સાઇડ બનાવે છે. આ પેન્ટાહેલાઇડનાં ગ. બિં. અને ઉ. બિં. નીચાં હોય છે. આલ્કલીય દ્રાવણોમાં તેનું ધીમું ઉપચયન (oxidation) થાય છે. તે N, P, As, Sb, Si, C અને B તેમજ S, Se અને Te સાથે પણ સંયોજાય છે, ઊંચા તાપમાને તે હાઇડ્રોજનનું અધિશોષણ કરે છે.

સંયોજનો : ટૅન્ટલમને ઑક્સિજનમાં ગરમ કરવાથી Ta₂O₅ બને છે, જે અકાર્બનિક ઍસિડમાં અદ્રાવ્ય પણ હાઇડ્રોક્લૉરિક અને સાંદ્ર સલ્ફયુરિક ઍસિડમાં દ્રાવ્ય હોય છે. ઑક્સાઇડને આલ્કલી હાઇડ્રૉક્સાઇડ અથવા કાર્બોનેટ સાથે પિગાળવાથી અદ્રાવ્ય ટૅન્ટલેટ ક્ષારો મળે છે. તેમને પાણીથી ધોતાં જળવિભાજન થતાં ઑક્સાઇડ મળે છે.

ટૅન્ટલમની હૅલોજન અથવા હાઇડ્રોજન હૅલાઇડ સાથેની પ્રક્રિયાથી મળતા પેન્ટાહૅલાઇડ (TaX₅) વિવિધ પ્રકારનાં ઇલેક્ટ્રૉનદાતા પદાર્થો સાથે સંયોજાઈ 1 : 1 પ્રકારનાં TaX₅·BR_n જેવાં સંયોજનો આપે છે. આવા દાતાઓમાં (C₂H₅)₂O, (C₂H₅)₂S, R₃PO, (C₆H₅)₃PS, (C₆H₅)₃PSe, R₃N, PCl₃O, વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

થાયૉનિલ ક્લોરાઇડ જેવા નિર્જળ દ્રાવકમાં ઉચિત તત્વપ્રમાણ મિતીય (stoichiometric) જથ્થામાં યોગ્ય બેવડા હૅલાઇડને મિશ્ર કરવાથી નિર્જળ હેક્ઝાક્લૉરોટેન્ટલેટ (V), MTaCl₆ (M = આલ્કલી ધાતુ અથવા NR₄⁺ કે AsPh₄⁺), મળે છે. નિર્જલીય દ્રાવકોનો ઉપયોગ કરી હેક્ઝાબ્રોમો અને હેક્ઝાઆયોડો સંયોજનો પણ બનાવી શકાય છે.

ટૅન્ટલમનાં સંકીર્ણ સંયોજનો જલીય દ્રાવણમાં ઓછાં મળે છે. પણ નિર્જલીય પ્રણાલીઓ વડે તે બનાવી શકાય છે. દા.ત., પ્રવાહી નાઇટ્રોજન પેન્ટૉક્સાઇડ(N₂O₅)ની પેન્ટાક્લૉરાઇડ અથવા ટેટ્રામિથાઇલ એમોનિયમ હેક્ઝાક્લૉરોટૅન્ટલેટ(V) સાથેની પ્રક્રિયાથી અનુક્રમે TaO (NO₃)₃ અને (CH₃)₄NTa(NO₃)₄ મળે છે.

ઉપયોગ : મોટાભાગનું ટૅન્ટલમ વીજધારકો, પરિશોધકો (rectifiers), નિર્વાતભઠ્ઠીના ભાગો અને ક્ષારણરોધક સાધનો બનાવવામાં વપરાય છે. તે ઉપરાંત વાઢકાપનાં ઓજારો, દંતચિકિત્સા અંગેનાં ઉપકરણો, વાઢકાપમાં રોપનો (implants), ધૂમ્ર-જ્ઞાપકો (smoke detectors), હૃદય માટેનાં ગતિપ્રેરકો (pace makers) અને પ્રમાણભૂત વજનોમાં તેમજ મોટરકારના ઉદ્યોગમાં તે વપરાય છે. તે ઘણી ધાતુઓ સાથે મિશ્રધાતુઓ બનાવે છે. તે પૈકીની ફેરોટૅન્ટલમ ઑસ્ટેનાઇટિક સ્ટેનલેસ સ્ટીલમાં અંત:કણક્ષારણ (intergranular corrosion) ન થાય તે માટે ઉમેરવામાં આવે છે. મિશ્રધાતુઓમાં ટૅન્ટલમનું પ્રમાણ Ta₃M (M = Sn, Co વગેરે)થી માંડીને TaM₃ (M=Al, Ir, Ni, Rh) પ્રમાણે હોય છે. TaC કઠણ ધાતુઓ ઉપર યંત્રકામ કરવા માટે વપરાય છે.

જ. દા. તલાટી