Home / Thiết Bị Điện Tử / Kim loại Tantali và Niobium: tính chất hóa học & ứng dụng

Kim loại Tantali và Niobium: tính chất hóa học & ứng dụng

/

Trong số các kim loại hiếm, Tantali và Niobium cứ luôn kín tiếng chẳng ai biết, bị chôn vùi lâu tới 200 năm. Đến ba bốn mươi năm gần đây, bỗng chốc trở thành một cái mới trong số kim loại khó nóng chảy, được các nhà khoa học của các nước vô cùng quan tâm.

Tantali và Niobium

1. Kim loại Tantali

Tantali là nguyên tố hiếm, cứng, có màu xám-xanh óng ánh, là kim loại chuyển tiếp, chống ăn mòn rất tốt, thường có trong khoáng chất tantalit. Tantali được dùng trong các dụng cụ phẫu thuật và cấy ghép trong cơ thể, vì nó không phản ứng với các dịch thể

2. Kim loại Niobium

Niobium là một nguyên tố hóa học hiếm, mềm, màu xám, dẻo kim loại chuyển tiếp, niobi được tìm thấy trong các khoáng chất pyrochlore. Tên đến từ thần thoại Hy Lạp: Niobe, con gái của Tantalus.

3. Kim loại Tantali và Niobium được phát hiện ra như thế nào?

Tương truyền con trai của Zeus là Tantalus đã từng được các chư thần quý mến, vì thế một lần được các vị chư thần cho phép tham gia hội nghị tổ chức ở núi thánh Olympia và cùng dùng cơm thánh. Nhưng Tantalus lại phụ sự tín nhiệm của các vị thần, mới vừa bắt đầu thì anh ta đã làm lộ một số quyết định bí mật, sau đó thừa dịp các vị thần đang dùng bữa tối thì lại lén lút lấy trộm ngọc dịch và thần phẩm ở trên bàn ăn.

Các vị thần sợ làm mất mặt của Zeus nên đã giả vờ như không nhìn thấy. Nhưng có một lần, Tantalus mời các vị thần đến nhà mình dự tiệc, lại mang lên món ăn làm bằng thịt người. Vì thế, các vị thần không thể lượng thứ được nữa, quyết định nhốt Tantalus xuống dưới âm phủ, để anh ta phải chịu nỗi khổ của đói, khát và sự sợ hãi: Tantalus đứng trong nước sâu, phía trên đầu treo trái cây.

Khi anh ta muốn uống nước thì nước lại rút đi. Khi anh ta hái trái cây, thì gió lại thổi làm cho cành cây bay lên cao. Phía trên đỉnh đầu của anh ta lắc lư cục đá nặng, cứ như thể là bất cứ lúc nào cũng có thể rơi vào đầu anh ta vậy – đây chính là câu chuyện “Tantalus dằn vặt trong đau khổ” trong thần thoại Hy Lạp.

Nhớ lại một chút về cuộc đời của Tantali và Niobium, thực sự là cũng vô cùng gập ghềnh, trắc trở. Giữa thế kỷ 17, ở lưu vực sông Columbia ở Bắc Mỹ, người ta đã phát hiện ra một loại quặng nặng màu đen có hoa văn màu vàng. Sau đó, loại quặng này cùng với các loại quặng được phát hiện ở những nơi khác của đại lục Châu Mỹ được đưa tới viện bảo tàng quốc gia của nước Anh. Những tiêu bản được đưa từ nơi xa xôi đến này nằm yên thầm lặng chẳng ai biết đến trên bàn trưng bày của viện bảo tàng, bởi vì người ta nhầm lẫn những viên quặng này với những viên quặng sắt thông thường.

Năm 1801, nhà hóa học người Anh đã vô cùng nổi tiếng là Hackett có con mắt tinh tường, đã phát hiện ra rằng bên trong quặng nặng màu đen đó, ngoài việc có chứa sắt, măng-gan ra thì còn có một loại nguyên tố mới chưa được biết đến. Nó có tính năng của chất oxy hóa tính axit, Hackett gọi nó là “columbium”

Năm 1802, nhà hóa học Thụy Điển Akai Beige lại phát hiện ra một loại nguyên tố mới trong một loại quặng khác. Do chất oxy hóa của nó rất khó hòa tan trong axit, khiến cho Akai Beige phải nếm trải nỗi khổ Tantalus trong cuộc sống hiện thực. Mỗi lần sắp nhìn thấy thành công rồi thì lại bị thất bại. Cuối cùng, Akai Beige từ bỏ thí nghiệm và quyết định gọi loại kim loại mới chưa được biết đến này là “Tantalus”, tức là Tantali.

Trên thực tế, cái mà Hackett và Akai Beige phát hiện ra không phải là nguyên tố Tantali và Niobium đơn thuần, mà là chất oxi hóa hỗn hợp của Tantali và Niobium.

Năm 1844, nhà hóa học người Đức tên là Los sau khi nghiên cứu đã chứng minh, trong quặng sắt columbium có hai loại nguyên tố rất giống nhau và đặt lại tên cho chúng, một loại gọi là Tantali, còn loại kia gọi là Niobium. Hai loại nguyên tố này phần lớn cùng cộng sinh trong quặng, như hình với bóng, giống như “chị em sinh đôi”.

4. Tính chất hóa học kim loại Tantali và Niobium

Vẻ ngoài Tantali và Niobium giống với thép, có ánh sáng màu trắng xám, dạng bột có màu xám sẫm, đều là kim loại có điểm nóng chảy cao, điểm nóng chảy của chúng chỉ đứng sau wolfram và rhenium. Tantali và Niobium không những có điểm nóng chảy cao mà còn có tính năng chịu ăn mòn rất mạnh, cho dù là hỗn hợp một phần axit clohidric đặc và ba phần axit nitric đặc có thể ăn mòn bạch kim, nhưng đối với Tantali và Niobium lại không có ảnh hưởng gì cả. Do chúng có tính chịu ăn mòn vô cùng mạnh, lại có độ cứng, độ dẻo và tính dẫn nhiệt tốt, nên trong lĩnh vực hóa dầu có thể dùng để chế tạo các loại thiết bị chống ăn mòn, hoặc dùng làm vật liệu lớp mạ.

5. Ứng dụng kim loại Tantali và Niobium trong khoa học

Kim loại Tantali có tính năng gia công nguội lý tưởng, vì thế, có thể đục được mấy nghìn lỗ nhỏ đường kính chỉ 4 mi-crô trên khuôn kéo sợi đường kính 6 cm. Cái khác của nó là, khi Tantali chịu nhiệt thì có thể nâng cao độ cứng của bản thân nó, vì thế có lợi cho việc tăng cường tính chịu mài mòn của khuôn khi kéo sợi.

Theo nguyên tắc “lựa chọn cái ưu việt”, một cách dùng quan trọng của Tantali chính là chế tạo khuôn kéo sợi cho sợi hóa học. Tính cho đến nay, về phương diện vật liệu làm khuôn kéo sợi, vẫn chưa có một loại vật liệu nào có thể vượt qua Tantali được.

Một đặc điểm nữa của Tantali là nó và tổ chức sống có tính tương dung rất tốt. Nói như thế có nghĩa là Tantali có thể sống hòa hợp với tổ chức cơ bắp mà không có bất cứ kích ứng nào. Do đó, Tantali được dùng rộng rãi làm “vật tu bổ” của ngoại khoa để khôi phục cơ thể người, ví dụ như vá xương vỏ não, làm tai nhân tạo. Nếu lấy da được lấy ở phần đùi ra để phủ lên nữa thì có thể đạt tới mức đồ giả mà tưởng là để thật.

Sợi Tantali có thể dùng để bồi đắp tổ chức bắp thịt và gia cố thành bụng sau phẫu thuật ngoại khoa, cái kẹp làm bằng Tantali có thể kẹp huyết quản một cách chắc chắn, sợi Tantali mảnh có thể dùng làm chỉ khâu y tế, khâu vừa chắc lại vừa mềm, nó thậm chí còn có thể dùng để khâu nối sợi dây thần kinh. Ngày nay, lượng cần dùng Tantali của giới y học chiếm khoảng 5% tổng sản lượng Tantali.

Đa số kim loại đều có tính dẫn điện rất tốt, chúng lại còn có thể làm thành các loại vật liệu hợp kim. Kim loại Tantali và Niobium, ngoài hai công dụng kể trên ra, thì còn có một cách dùng quan trọng mới mẻ nữa, đó chính là tận dụng tính siêu dẫn ở nhiệt độ thấp của một số hợp kim nào đó của nó để làm vật liệu siêu dẫn, sản xuất ra thể từ siêu dẫn.

Các bạn thiếu niên có lẽ đều đã biết, điện trở suất của đa số kim loại sẽ bị giảm đi cùng với sự giảm xuống của nhiệt độ, nhưng cho dù là nhiệt độ hạ đến mức nào thì đều còn lại một điện trở nhất định sót lại. Chỉ có vài loại kim loại, trong đó bao gồm cả chì và niobi, khi nhiệt độ hạ đến một giá trị nhất định, thì điện trở bỗng nhiên biến mất chỉ còn là số không. Các nhà khoa học có liên quan nói với chúng ta rằng, điện trở suất của thể siêu dẫn chỉ tương đương với 1/1.000.000.000.000 điện trở một dòng mà đồng có độ nguyên chất cao có được khi ở nhiệt độ -269°C.

Tuy nhiên có nhà khoa học vào năm 1911 đã phát hiện ra hiện tượng siêu dẫn, hơn nữa không lâu sau đó, người ta lại đã có rất nhiều cố gắng nỗ lực, nhưng tất cả hy vọng đều trở về con số không.

Cho mãi đến năm 1961, các nhà khoa học của phòng thí nghiệm Nobel của Mỹ mới phát hiện ra rằng, hợp kim của Niobium và thiếc không chỉ tiếp cận với nhiệt độ cao, mà còn vẫn có tính siêu dẫn trong mật độ dòng điện lớn, từ đó đã mở ra cánh cửa ứng dụng vào thực tế của thể siêu dẫn.

6. Ứng dụng kim loại Tantali và Niobium làm linh kiện điện tử

Các nhà khoa học sau khi đo kiểm và thí nghiệm đã bày tỏ rằng, khả năng dẫn điện của thể siêu dẫn lớn hơn 1000 lần so với thể dẫn điện thông thường. Cáp điện siêu dẫn có khả năng dẫn điện đến kinh ngạc. Theo đánh giá của các chuyên gia Mỹ, lấy ba dây cáp điện siêu dẫn có đường kính 14cm có thể cung cấp toàn bộ lượng điện cần dùng của cả thành phố New York. Hiện nay, Niobium đã được lựa chọn là vật liệu cáp điện xoay chiều siêu dẫn rất có tương lai.

Sử dụng tính năng siêu dẫn của Niobium còn có thể sản xuất ra thể từ mạnh siêu dẫn. Dùng thể tử siêu dẫn cho tàu cao tốc chạy bằng từ trên cao, tốc độ có thể lên tới 520km. Tàu chạy bằng từ trên cao đầu tiên của Nhật Bản tuyến từ Tokyo đến Osaka đã bắt đầu đi vào sử dụng từ đầu những năm 80.

This div height required for enabling the sticky sidebar
error: Content is protected !!
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :