टँटॅलम (Tantalum)

टँटॅलम हे आधुनिक आवर्त सारणीमधील गट ५ अ मधील धातुरूप मूलद्रव्य आहे. या मूलद्रव्याची रासायनिक संज्ञा Ta अशी असून अणुक्रमांक ७३ आणि अणुभार १८०.८८ इतका आहे. याचे इलेक्ट्रॉन संरूपण २, ८, १८, ३२, ११, २ असे आहे तर संयुजा २, ३, ४, ५ अशी आढळते. या मूलद्रव्याचा रंग निळसर करडा असतो.

इतिहास : स्वीडन व फिनलंड येथील धातुकांची पाहणी करीत असताना १८०२ साली ए. जी. एकबर्ग या शास्त्रज्ञांना एका नवीन धातूचा शोध लागला. या धातूचे नाव त्यांनी टँटॅलस या ग्रीक पुराणातील राजांच्या नावावरून टँटॅलम असे ठेवले कारण या नव्या धातूची ऑक्साइडे अम्लांत विरघळविणे कठीण असल्याचे आढळले. १८०१ साली सी. हॅचेट या इंग्रज रसायनशास्त्रज्ञांनाही एक नवीन मूलद्रव्य सापडले होते व त्याचे नाव त्यांनी कोलंबियम असे ठेवले होते. या दोन मूलद्रव्यांच्या संयुगांतील सारखेपणामुळे ती एकच आहेत अशी १८४४ सालापर्यंत समजूत होती परंतु एच्. रोझ या जर्मन रसायन शास्त्रज्ञांना कोलंबाइट या धातुकामध्ये टँटॅलम आणि एक नवीन मूलद्रव्य आढळले. त्यांनी या नवीन मूलद्रव्याचे नाव निओबियम (टँटॅलस यांच्या निओबी या कन्येच्या नावावरून) असे ठेवले. नंतर कोलंबियम व निओबियम ही मूलद्रव्ये एकच असल्याचे आढळून आले. १८६६ साली झां शार्ल गालीसार मारीन्याक यांनी टँटॅलम व निओबियम यांची संयुगे वेगळी करण्याची पद्धत शोधून काढल्यानंतर त्यांचा स्वतंत्रपणे अभ्यास करणे सुलभ झाले.

जर्मनीमध्ये डब्ल्यू. फोन बोल्टन यांनी १९०३ मध्ये प्रथमच तन्य टँटॅलम धातू तयार केली. टंगस्टन धातू वापरात येण्यापूर्वी म्हणजे १९०९ पर्यंत टँटॅलम धातूची तार विद्युत् दिव्यात वापरली जात होती. १९२२ च्या सुमारास सी. डब्ल्यू. बॉक यांना मुद्दाम ऑक्सिडीकरण केलेल्या टँटॅलमाचा प्रत्यावर्ती (उलट-सुलट दिशांनी वाहणाऱ्या) विद्युत् प्रवाहाचे एकदिशीकरण करण्याकरिता चांगला उपयोग होतो. असे आढळून आले व त्यानंतर इलेक्ट्रॉनीय उपकरणांत टँटॅलमाचा अधिकाधिक उपयोग होऊ लागला.

आढळ : टँटॅलम सापेक्षतः दुर्मिळ धातू आहे. निओबियम ज्या धातुकांत असते त्या धातुकांत ती आढळते. यांतील प्रमुख धातुक फेरस मँगॅनीज टँटॅलेट-निओबेट [(Fe, Mn) (Ta, Nb)₂O₆] असून त्यातील टँटॅलम ऑक्साइडाचे प्रमाण जास्त असल्यास त्याला टँटॅलम म्हणतात व निओबियम ऑक्साइडाचे प्रमाण जास्त असल्यास कोलंबाइट [(Fe, Mn) Nb₂O₆] म्हणतात.

टँटॅलमाची काही महत्त्वाची धातुके पुढीलप्रमाणे : बिल्विसाइट [(Sb³⁺)₅(Nb,Ta)₃WO₁₈] ; मायक्रोलाइट [(Na,Ca)₂Ta₂O₆(O,OH,F)] ; पॉलिक्रेज [(Y,Ca,Ce,U,Th) (Ti,Nb,Ta)₂O₆] ; समर्स्काइट [(YFe³⁺Fe²⁺U,Th,Ca)₂(Nb,Ta)₂O₈] ; ‍‍सिंप्सोनाइट [Al₄(Ta,Nb)₃O₁₃(OH)] ; स्टिबिओटँटॅलेट [Sb(Ta,Nb)O₄] ; टँटॅलाइट [(Fe,Mn)Ta₂O₆] ; टॅपिओलाइट [Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆] ; टिटॅनोवोजिनाइट [MnTiTa₂O₈] ; वोजिनाइट [Mn²⁺(Sn,Ta)Ta₂O₈] ; झिंबाब्वाइट [(Na,K)₂PbAs₄(Nb,Ta,Ti)₄O₁₈] .

रासायनिक गुणधर्म : (१) हायड्रोफ्ल्युओरिक अम्ल व वाफाळणारे सल्फ्यूरिक अम्ल यांखेरीज इतर अम्लांचा टँटॅलमावर परिणाम होत नाही. क्षारीय (alkali) विद्रावांत तिचे सावकाश ऑक्सिडीकरण होते. नायट्रिक व हायड्रोफ्ल्युओरिक या अम्लांच्या मिश्रणात ती सहज विरघळते.

(२) ३००^०से. पेक्षा अधिक तापमान असल्यास अक्रिय वायूंखेरीज (आर्‌गॉन, निऑन, झेनॉन इत्यादींखेरीज) इतर सर्व वायूंची टँटॅलमावर विक्रिया होते.

(३) तापून लाल झाल्यावर स्वतःच्या आकारमानाच्या ७०० पट हायड्रोजन ती शोषून घेऊ शकते.

(४) कमी तापमानाला टँटॅलमावर ऑक्सिजनाशी विक्रिया झाल्यास तिच्यावर पातळ परंतु पृष्ठभागावर घट्ट चिकटलेला ऑक्साइडाचा एकसारखा थर तयार होतो व त्यामुळे तिचे रासायनिक आक्रमणापासून संरक्षण होते. उच्च तापमानाला टँटॅलमावर सच्छिद्र ऑक्साइडाचा आणि पृष्ठभागाला न चिकटणारा थर जमा होऊन ऑक्सिडीकरणाची क्रिया अतिशय जलद होते. सु. १,४००^०से. तापमानाच्या वर टँटॅलम आणि ऑक्सिजन यांची विक्रिया इतकी तीव्र होते की, टँटॅलमाचे प्रत्यक्ष ज्वलन होते.

(५) टँटॅलमाची नेहमीची संयुजा जरी ५ असली तरी काही संयुगांत ती २, ३ किंवा ४ असू शकते. टँटॅलमाचे चूर्ण आणि कार्बन एकत्र तापविल्यास टँटॅलम कार्बाइड (TaC) मिळते. ऑक्सिजनाबरोबर तापविल्यास Ta₂O₅ हे ऑक्साइड मिळते व हॅलाइडांबरोबर तापविल्यास ऑक्सिडीकरण अवस्था ५ असलेली हॅलाइडे तयार होतात.

उत्पादन : (अ) विद्रावक निष्कर्षण : या पद्धतीत ०·५ सममूल्य हायड्रोक्लोरिक अम्ल व ०·३ सममूल्य हायड्रोफ्ल्युओरिक अम्ल यांच्या मिश्रणात केलेल्या धातुविद्रावात मिथिल आयसोब्युटिल कीटोनासारखा कार्बनी विद्रावक मिसळतात. हे मिश्रण एकत्र घुसळण्याने टँटॅलमाचा बहुतांश भाग कार्बनी विद्रावकात आणि निओबियमाचा बहुतांश भाग जलीय अम्लांत (पाण्यात केलेल्या अम्लांच्या विद्रावात) विरघळून सुटे होतात. हे दोन्ही थर सुटे करून कार्बनी विद्रावकात असलेली टँटॅलम पुन्हा एकदा त्या विद्रावकाचे घुसळण करून पाण्यात काढून घेतात. नंतर टँटॅलम व निओबियम विद्रुतावस्थेत असताना प्रथम बोरिक अम्लाबरोबर (H₃BO₃) व नंतर सजल अमोनियाबरोबर विक्रिया करून ऑक्साइडांच्या रूपात मिळविल्या जातात. निओबियमाच्या विद्राव थरातून ९८% निओबियम ऑक्साइड आणि कार्बनी विद्राव थरातून टँटॅलम ऑक्साइड सुटे होतात.

(ब) विद्युत विच्छेदन : विद्युत् विच्छेदनाच्या (electrolysis) पद्धतीने टँटॅलम धातू मिळविण्यासाठी K₂TaF₇ वापरतात किंवा क्षपण पद्धती वापरावयाची असल्यास एखादी क्रियाशील धातू वा कार्बन वापरून ऑक्साइडाचे क्षपण करता येते. या पद्धतीने धातूचे चूर्ण मिळते. नंतर ते धुवून आणि दाबयंत्रात निर्वात अवस्थेत २,५००^० से. पर्यंत तापवून आणि चूर्ण धातुविज्ञानातील पद्धती वापरून त्याचे रूळ तयार करतात. यानंतर ठोकून पत्रे करणे वा तार काढणे यासारखी क्रिया करता येते.

उपयोग : (१) टँटॅलम ऑक्साइड (Ta₂O₅) : या धातूवर रासायनिक विक्रिया सहज होत नसल्यामुळे सल्फ्यूरिक अम्लाची संहती (concentration) वाढविण्यासाठी, हायड्रोक्लोरिक अम्ल तयार करण्यासाठी व जेथे पात्राच्या धातूवर रासायनिक विक्रियेचा परिणाम होऊ नये अशी दक्षता घेणे आवश्यक असते. अशा अनेक रासायनिक उत्पादनांत टँटॅलमाचा उपयोग केला जातो. याकरिता टँटॅलम ऑक्साइडाचा थर पात्रांना दिला जातो.

विद्युत् धारित्रे (capacitor), एकदिशाकारक व इलेक्ट्रॉनीय नलिका बनविण्यासाठी या धातूचा उपयोग होतो. इतर प्रकारच्या विद्युत् धारित्राशी तुलना करता प्रति एकक घनफळाला टँटॅलमाच्या विद्युत् धारित्राची धारिता सर्वांत जास्त असते. टँटॅलमाची विद्युत् धारित्रे लघुरूप विद्युत् मंडलांत मोठ्या प्रमाणावर वापरण्यात येतात. लोह व इतर धातूंबरोबर मिश्रधातू बनविण्यासाठीही तिचा उपयोग करण्यात येतो.

टँटॅलमाचा वितळबिंदू जरी खूप उच्च असला, तरी ज्या संरचनांत उच्च तापमान आवश्यक असते तेथे टँटॅलमाचा फारसा उपयोग केला जात नाही, कारण ऑक्सिडीकारक वातावरणाची तीव्र जलद विक्रिया होते. कमी तापमानास तिच्या ऑक्साइडाचा पातळसा थर भांड्यास दिल्यास त्यावर रसायनांची विक्रिया होत नाही. १,०९०^० से. तापमानाच्या वरील तापमानासही वापरता येतील अशा टँटॅलमाच्या अनेक मिश्रधातू तयार करण्यात आल्या आहेत, मात्र हवेत किंवा ऑक्सिडीकारक वातावरणात त्यांच्यावर सिलिसाइड अथवा ॲल्युमिनाइड यांसारख्या द्रव्यांची संरक्षक आवरणे द्यावी लागतात. निर्वात किंवा अक्रिय वातावरणात कार्य करणाऱ्या उच्च तापमानाच्या भट्ट्यांतही टँटॅलम वापरतात.

उच्च प्रणमनांक (refractive index) असलेल्या काही प्रकारच्या प्रकाशीय काचांत टँटॅलम ऑक्साइड वापरतात.

(२) टँटॅलम कार्बाइड (TaC_x) : पोलाद व इतर धातूंवर यंत्रणक्रिया करण्यासाठी वापरण्यात येणारी कठीण कार्बाइडी हत्यारे व साचे बनविण्यासाठी टँटॅलम कार्बाइडाचा उपयोग करतात.

टँटॅलमाचे मिश्रधातू : ७·५ टक्के टंगस्टन असलेल्या टँटॅलमाच्या मिश्रधातूचा उपयोग काही इलेक्ट्रॉनीय नलिकांतील तंतूंच्या स्प्रिंगांकरिता वापरतात कारण उच्च तापमानातही या मिश्रधातूचा स्थितिस्थापक (elastic) गुणधर्म टिकू शकतो. टँटॅलम संमिश्रांच्या उच्च वितळबिंदूमुळे त्यांचा उपयोग विमाने, क्षेपणास्त्रे तसेच अणुभट्ट्यांच्या भागांमध्ये केला जातो. टँटॅलम हा धातू शारीरिक द्रव्यांसोबत उदासीन असल्याने दंतभरण तसेच इतर अवयवरोपण (surgical implants) याकरिता अस्थिवैद्य हा धातू वापरतात. भ्रमणध्वनी व संगणक तसेच इतर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्येही टँटॅलम वापरले जाते. या धातूची उदासिनता, काठिण्य, गंजरोधकता व उच्च उत्कलनबिंदू या गुणधर्मांमुळे प्रयोगशाळा, विमानाचे यंत्रभाग, शस्त्रास्त्रे इत्यादी विशेष उपकरणे बनविताना टँटॅलमचा वापर होतो.

पहा : कोलंबाइट, निओबियम.

संदर्भ : 1. Huchinson’s Encyclopaedia.