קבוצת יסודות 5

**קבוצה 5** היא קבוצת יסודות בטבלה המחזורית. הקבוצה מכילה את היסודות ונדיום (V), ניאוביום (Nb), טנטלום (Ta) ודובניום (Db). קבוצה זו שוכנת בבלוק ה-d של הטבלה המחזורית. היא מכונה לעיתים **קבוצת הוונדיום** או **משפחת הוונדיום** על שם החבר הקל ביותר בה; עם זאת, לקבוצה עצמה אין שם טריוויאלי רשמי מאחר שהיא שייכת לקבוצה הרחבה יותר של מתכות המעבר.

כפי שאופייני למתכות מעבר מוקדמות, לניאוביום ולטנטלום יש רק מצב חמצון עיקרי אחד של +5. הן אלקטרופוזיטיביות למדי (נוטות למסור אלקטרונים בקלות) ובעלות כימיית קואורדינציה (הכימיה של יונים מתכתיים הקשורים למולקולות) פחות עשירה. בשל השפעות  - הירידה ברדיוס היוני בלנתנידים - תכונותיהם של הניאוביום והטנטלום דומות מאוד. הוונדיום נבדל מהם במידה מסוימת בשל גודלו הקטן יותר: יש לו מצבי חמצון מוגדרים היטב של +2, +3 ו-+4 (אם כי מצב +5 הוא היציב ביותר).

שלושת היסודות הקלים יותר בקבוצה 5 מופיעים בטבע וחולקים תכונות דומות; שלושתם נחשבים  וקשות בתנאים סטנדרטיים. היסוד הרביעי, דובניום, סונתז במעבדות אך אינו מצוי בטבע. זמן מחצית החיים של האיזוטופ היציב ביותר שלו, דובניום-268, הוא 16 שעות בלבד, ושאר האיזוטופים שלו אף יותר רדיואקטיביים.
## היסטוריה

ממוזער|אנדרס מנואל דל ריו, מגלה הוונדיום|241x241px

"קבוצה 5" הוא השם החדש של IUPAC עבור קבוצה זו; השם הישן היה "קבוצה VB" בשיטה האמריקאית הישנה (CAS) או "קבוצה VA" בשיטה האירופית (IUPAC הישן). אין לבלבל את קבוצה 5 עם הקבוצות בעלות השמות הדומים בשיטות הישנות (VA בשיטת CAS או VB בשיטה האירופית) - קבוצה זו נקראת כיום  או קבוצה 15.

### ונדיום

הוונדיום נתגלה בשנת 1801 על ידי המינרלוג הספרדי אנדרס מנואל דל ריו. דל ריו הפיק את היסוד מתוך דגימה של עפרת "עופרת חומה" ממקסיקו, שזכתה מאוחר יותר לשם . הוא גילה כי למלחיו של היסוד מגוון רחב של צבעים, וכתוצאה מכך כינה את היסוד "פנכרומיום" (ביוונית: παγχρώμιο, "כל הצבעים"). מאוחר יותר, שינה דל ריו את שם היסוד ל"אריתרוניום" (ביוונית: ερυθρός, "אדום") כיוון שרוב המלחים הפכו לאדומים בעת חימום. בשנת 1805, הכימאי הצרפתי איפוליט ויקטור קול-דקוטיל, בגיבויו של הברון אלכסנדר פון הומבולדט (שהיה ידידו של דל ריו), הצהיר בטעות כי היסוד החדש של דל ריו אינו אלא דגימה לא טהורה של כרום. דל ריו קיבל את קביעתו של קול-דקוטיל וחזר בו מטענת הגילוי.

ממוזער|צ'ארלס הצ'ט, מגלה הניאוביום|247x247px

בשנת 1831 גילה הכימאי השוודי נילס גבריאל ספסטרום מחדש את היסוד בתוך תחמוצת חדשה שמצא בעת שעבד עם עפרות ברזל. בהמשך אותה שנה, אישר פרידריך ולר את עבודתו המוקדמת של דל ריו. ספסטרום בחר בשם המתחיל באות V, שלא הוקצתה עד אז לאף יסוד אחר. הוא קרא ליסוד "ונדיום" על שם "וַנַדִיס" (Vanadís) מהמיתולוגיה הנורדית (שם נוסף לאלה פְרֵייַה מהוואניר, שבין תכונותיה יופי ופריון), בשל התרכובות הכימיות הרבות והצבעוניות שהוא יוצר. באותה שנה, הציע הגאולוג ג'ורג' ויליאם פדרהנסטו (George William Featherstonhaugh) לשנות את שם הוונדיום ל"ריוניום" על שמו של דל ריו, אך הצעתו לא התקבלה.

### ניאוביום וטנטלום

הניאוביום זוהה בשנת 1801 על ידי הכימאי האנגלי צ'ארלס הצ'ט. הוא מצא יסוד חדש בדגימת מינרל שנשלחה לאנגליה מקונטיקט שבארצות הברית בשנת 1734 על ידי ג'ון וינת'רופ (נכדו של ג'ון וינת'רופ הצעיר). הוא כינה את המינרל בשם "קולומביט" ואת היסוד החדש בשם "קולומביום", על שם קולומביה, השם הפואטי של ארצות הברית. עם זאת, לאחר הוועידה ה-15 של איגוד הכימיה באמסטרדם בשנת 1949, נבחר השם "ניאוביום" כשמו הרשמי של יסוד מספר 41. ה"קולומביום" שגילה הצ'ט היה ככל הנראה תערובת של היסוד החדש עם טנטלום, שנתגלה לראשונה בשנת 1802 על ידי אנדרס גוסטב אקברג.

ממוזער|אנדרס גוסטב אקברג, מגלה הטנטלום|189x189 פיקסלים

בעקבות הגילויים שרר בלבול רב בנוגע להבדל בין הניאוביום (קולומביום) לבין הטנטלום הדומה לו מאוד. בשנת 1809, השווה הכימאי האנגלי ויליאם הייד וולאסטון בין התחמוצות שהופקו משני היסודות: ניאוביום (מהקולומביט, בעל צפיפות של 5.918 גרם לסמ"ק) וטנטלום (מהטנטליט, בעל צפיפות של מעל 8 גרם לסמ"ק). הוא הגיע למסקנה כי שתי התחמוצות זהות למרות ההבדל המשמעותי בצפיפות, ולכן דבק בשם טנטלום. על מסקנה זו ערער בשנת 1846 הכימאי הגרמני היינריך רוזה, שטען כי בדגימת הטנטליט היו שני יסודות שונים, וקרא להם על שם ילדיו של טנטלוס מהמיתולוגיה היוונית: "ניאוביום" (על שם ניובה) ו"פלופיום" (על שם פלופס).

הבלבול נבע מההבדלים המזעריים שנצפו בין הטנטלום לניאוביום. היסודות החדשים לכאורה "פולופיום" (pelopium), "אילמניום" (ilmenium) ו"דיאניום" (dianium) התגלו למעשה כזהים לניאוביום או כתערובות של ניאוביום וטנטלום. טנטלום טהור לא הופק עד לשנת 1903.

### דובניום

היסוד האחרון בקבוצה, הדובניום, אינו מופיע בטבע ולכן יש לסנתזו במעבדה. הדיווח הראשון על זיהויו הגיע מצוות בהמכון המאוחד למחקר גרעיני (JINR) ברוסיה, שבשנת 1968 ייצר את היסוד החדש על ידי הפצצת מטרה של אמריציום-243 בלומה של יוני ניאון-22. הצוות דיווח על פעילויות אלפא באנרגיות של 9.4 MeV (עם זמן מחצית חיים של 0.1-3 שניות) ו-9.7 MeV (זמן מחצית חיים של יותר מ-0.05 שניות), שאחריהן הופיעו פעילויות אלפא הדומות לאלו של איזוטופים 103-256 או 103-257. בהתבסס על תחזיות תאורטיות קודמות, שני קווי הפעילות יוחסו לאיזוטופים 105-261 ו-105-260 בהתאמה.

לאחר שצפו בדעיכות האלפא של יסוד 105, שאפו החוקרים לצפות בביקוע ספונטני (SF) של היסוד ולחקור את תוצרי הביקוע הנוצרים. הם פרסמו מאמר בפברואר 1970 שבו דיווחו על דוגמאות מרובות לשתי פעילויות כאלו, עם זמני מחצית חיים של 14 מילי-שניות ו-2.2±0.5 שניות. הם ייחסו את הפעילות הראשונה ל-242mfAm (סימון זה מציין שהגרעין הוא  הדועך באמצעות ביקוע ספונטני) ואת השנייה לאיזוטופ של יסוד 105. הם טענו כי לא סביר שפעילות זו נובעת מריאקציית העברה (Transfer reaction) במקום מיסוד 105, שכן תוצר הריאקציה היה נמוך משמעותית מזה של הריאקציה המייצרת 242mfAm, בהתאם לתחזיות התאורטיות. כדי לוודא שפעילות זו לא נבעה מריאקציית (22Ne,xn), הפציצו החוקרים מטרת 243Am ביוני 18O; הריאקציות שיצרו את לורנציום-256 ולורנציום-257 הראו פעילות SF מועטה מאוד, והריאקציות שיצרו איזוטופים כבדים יותר (258 ו-259) לא הראו פעילות SF כלל. החוקרים הסיקו כי הפעילויות שנצפו מקורן בביקוע ספונטני של יסוד 105.

במאי 1970 פרסם מכון JINR דוח על ניסוי נוסף ליצירת יסוד 105, וטען כי סינתז גרעינים נוספים ואישש את עבודתו הקודמת. לפי המאמר, האיזוטופ שנוצר היה ככל הנראה 105-261 או אולי 105-260. הדוח כלל בדיקה כימית ראשונית: שיטת כרומטוגרפיית גז הוחלה כדי להראות שהכלוריד של היסוד שנוצר תואם כמעט לחלוטין את זה של , ולא את זה של הפניום טטרה-כלוריד. הצוות זיהה פעילות SF של 2.2 שניות בכלוריד נדיף שהפגין תכונות של "אקא-טנטלום" (Eka-tantalum), והסיק מכך כי מקור הפעילות חייב להיות יסוד 105.

ביוני 1970 שיפר המכון את הניסוי הראשון על ידי שימוש במטרה טהורה יותר וצמצום עוצמת ריאקציות ההעברה באמצעות התקנת קולימטור. הפעם הצליחו לזהות פעילויות אלפא של 9.1 MeV עם איזוטופי בת שזוהו כ-103-256 או 103-257, מה שמעיד על כך שהאיזוטופ המקורי היה 105-260 או 105-261.

מחלוקת (הידועה כ"מלחמות הטרנס-פרמיום") התעוררה בנוגע לשאלה מי גילה את היסוד, כאשר כל קבוצת מחקר הציעה שם משלה: קבוצת דובנה הרוסית קראה ליסוד "נילסבוהריום" על שם נילס בוהר, בעוד קבוצת ברקלי האמריקאית קראה לו "האניום" על שם אוטו האן. בסופו של דבר, ועדה משותפת של IUPAC ו-IUPAP החליטה כי הקרדיט על הגילוי יחולק בין הקבוצות. לאחר מספר ניסיונות פשרה שבהם הוצעו השמות "קורצ'טוביום", "ז'וליוטיום" ו"האניום", קבע איגוד IUPAC בשנת 1997 באופן רשמי את השם דובניום על שם העיר דובנה ברוסיה. השם "נילסבוהריום" קוצר לבסוף ל"בוהריום" וניתן ליסוד 107.

## תכונות כימיות

בדומה לקבוצות אחרות, חברי הקבוצה מראים דפוסי התנהגות דומים בתצורה האלקטרונית שלהם, במיוחד בקליפות החיצוניות ביותר. (ההערכות המצופה עבור ניאוביום, 4d3 5s2, היא למעשה מצב מעורר נמוך מאוד באנרגיה של כ-0.14 eV).

רוב הידע הכימי הקיים נצפה רק עבור שלושת החברים הראשונים בקבוצה (הכימיה של הדובניום אינה מבוססת דיה, אך מה שידוע נראה כתואם את הציפיות מיסוד כבד יותר הממוקם מתחת לטנטלום). כל יסודות הקבוצה הם מתכות פעילות בעלות נקודת התכה גבוהה (1910°C, 2477°C, 3017°C). הפעילות הכימית אינה תמיד גלויה לעין בשל היווצרות מהירה של שכבת תחמוצת יציבה המונעת תגובות נוספות, בדומה למגמות בקבוצה 3 או בקבוצה 4. המתכות יוצרות תחמוצות שונות: ונדיום יוצר תחמוצת ונדיום(II), תחמוצת ונדיום(III), תחמוצת ונדיום(IV) ותחמוצת ונדיום(V); ניאוביום יוצר תחמוצת ניאוביום(II), תחמוצת ניאוביום(IV) ותחמוצת ניאוביום(V); אך מבין תחמוצות הטנטלום, רק תחמוצת טנטלום(V) מאופיינת היטב. תחמוצות מתכת(V) הן בדרך כלל לא פעילות ומתנהגות כחומצות ולא כבסיסים, בעוד שהתחמוצות הנמוכות יותר יציבות פחות. עם זאת, יש להן תכונות יוצאות דופן עבור תחמוצות, כמו מוליכות חשמלית גבוהה.

שלושת היסודות יוצרים תרכובות אי-אורגניות מגוונות, בדרך כלל במצב חמצון של +5. מצבי חמצון נמוכים יותר מוכרים גם הם, אך בכל היסודות למעט ונדיום, הם פחות יציבים, ויציבותם פוחתת ככל שהמסה האטומית עולה.

### תרכובות
#### תחמוצות
הוונדיום יוצר תחמוצות במצבי חמצון +2, +3, +4 ו-+5: ונדיום(II) אוקסיד (VO), ונדיום(III) אוקסיד (V2O3), ונדיום(IV) אוקסיד (VO2) וונדיום(V) אוקסיד (V2O5). ונדיום פנטה-אוקסיד הוא הנפוץ ביותר, ומשמש כחומר מוצא לרוב הסגסוגות והתרכובות של הוונדיום, וכן כזרז תעשייתי נפוץ.

ניאוביום יוצר תחמוצות במצבי חמצון +5 (Nb2O5), +4 (NbO2), ובמצב החמצון הנדיר יותר +2 (NbO). הנפוצה ביותר היא הפנטה-אוקסיד, המהווה חומר מוצא כמעט לכל תרכובות וסגסוגות הניאוביום.

טנטלום פנטאוקסיד (חמש-תחמוצת טנטלום) (Ta2O5) היא התרכובת החשובה ביותר מבחינת יישומים. קיימות תחמוצות טנטלום רבות במצבי חמצון נמוכים יותר, הכוללות מבני פגמים (defect structures) רבים, אך הן נחקרו מעט או שאינן מאופיינות היטב.

#### אוקסיאניונים

[ממוזער|מבנה ה[דקוונדאט]]

בתמיסה מימית, ונדיום(V) יוצר משפחה ענפה של , כפי שנקבע באמצעות ספקטרוסקופיית NMR של 51V. יחסי הגומלין במשפחה זו מתוארים על ידי דיאגרמת דומיננטיות, המציגה לפחות 11 מינים שונים, בהתאם ל-pH ולריכוז. יון האורתוונדאט הטטרהדרלי, VO4^3-, הוא המין העיקרי הקיים ב-pH שבין 12 ל-14. בשל הדמיון בגודל ובמטען לזרחן(V), הוונדיום(V) מקביל לו בתכונותיו הכימיות והקריסטלוגרפיות. נתרן אורתוונדאט משמש בקריסטלוגרפיה של חלבונים כדי לחקור את הביוכימיה של פוספטים. האניון טטרתיוונדאט [VS4]^3- הוא אנלוגי ליון האורתוונדאט.

בערכי pH נמוכים יותר נוצרים המנומר [HVO4]^2- והדימר [V2O7]^4-. ככל שה-pH יורד, מתרחשת פרוטונציה נוספת ודחיסה לפולי-ונדאטים. בין pH 2 ל-4 הדקוונדאט (decavanadate) הוא הדומיננטי, אף שיצירתו מהאורתוונדאט היא אופטימלית ב-pH של 4–7, ומיוצגת על ידי התגובה:
:10 Na3[VO4] + 24 HOAc -> Na6[V10O28] + 12 H2O + 24 NaOAc

בדקוונדאט, כל מרכז ונדיום(V) מוקף בשישה ליגנדים של תחמוצת. חומצה ונדית, H3VO4, קיימת רק בריכוזים נמוכים מאוד. בתמיסות חומציות חזקות (pH [VO2(H2O)4]^+, בעוד שהתחמוצת V2O5 משקעת מהתמיסה בריכוזים גבוהים.

[ממוזער|שמאל|[דיאגרמת פורבה עבור ונדיום במים, המציגה את פוטנציאלי החמצון-חיזור בין מיני ונדיום שונים במצבי חמצון שונים.]]

ונדיום(V) יוצר קומפלקסי פרוקסו שונים, הבולטים שבהם נמצאים באתר הפעיל של אנזימי הברומופרוקסידאז. המין VO(O)2(H2O)4^+ יציב בתמיסות חומציות. בתמיסות בסיסיות, מוכרים מינים עם 2, 3 ו-4 קבוצות פרוקסיד.

ניובאטים נוצרים על ידי המסת הפנטה-אוקסיד בתמיסות בסיסיות או על ידי התכתה עם תחמוצות של מתכות אלקליות. דוגמאות לכך הן  (LiNbO3) ולנתנום ניובאט (LaNbO4).

טנטלאטים, תרכובות המכילות [TaO4]^3- או [TaO3]^-, הם רבים ומגוונים.  (LiTaO3) מאמץ מבנה דמוי פרובסקיט, בעוד שלנתנום טנטלאט (LaTaO4) מכיל טטרהדרונים מבודדים של TaO4^3-.

#### הלידים ונגזרותיהם
ידועים 12 הלידים בינאריים (תרכובות המורכבות משני יסודות) בעלי הנוסחה VXn (כאשר n=2...5). התרכובות VI4, VCl5, VBr5 ו-VI5 אינן קיימות או שהן בלתי יציבות באופן קיצוני; ההליד הטהור היחיד הידוע של ונדיום במצב חמצון +5 הוא ונדיום פנטה-פלואוריד (VF5). בשילוב עם ריאגנטים אחרים, ונדיום טטרה-כלוריד (VCl4) משמש כזרז לפילמור של דיאנים. בדומה לכל ההלידים הבינאריים, אלו של הוונדיום הם חומצות לואיס, במיוחד אלו של ונדיום(IV) וונדיום(V). הלידים רבים יוצרים קומפלקסים אוקטהדרליים בעלי הנוסחה VXnL6−n (כאשר X הוא הליד ו-L הוא ליגנד אחר).

ממוזער|דגימה טהורה של ניאוביום פנטה-כלוריד (צהוב)|167x167 פיקסליםידועים אוקסיהלידים (Oxyhalides) רבים של ונדיום (בנוסחה VOmXn). הנחקרים ביותר הם VOCl3 ו-VOF3. בדומה ל-POCl3, הם נדיפים, מאמצים מבנה טטרהדרלי בפאזה הגזית ומתנהגים כחומצות לואיס.[ממוזער|מודל כדור ומקל של ניאוביום פנטה-כלוריד, הקיים כ[דימר|125x125 פיקסלים]]

הניאוביום יוצר הלידים במצבי חמצון +5 ו-+4, וכן תרכובות סוב-סטויכיומטריות מגוונות. הפנטה-הלידים (NbX5) מתאפיינים במרכזי ניאוביום אוקטהדרליים. ניאוביום פנטה-פלואוריד (NbF5) הוא מוצק לבן עם נקודת התכה של 79.0°C, וניאוביום פנטה-כלוריד (NbCl5) הוא צהוב עם נקודת התכה של 203.4°C. שניהם עוברים הידרוליזה לקבלת תחמוצות ואוקסיהלידים, כגון NbOCl3. הפנטה-כלוריד הוא ריאגנט ורסטילי המשמש ליצירת תרכובות אורגנומתכתיות. הטטרה-הלידים (NbX4) הם פולימרים כהים הכוללים קשרי Nb-Nb, דוגמת הניאוביום טטרה-כלוריד (NbCl4) בצבע סגול כהה.

תרכובות הליד אניוניות של ניאוביום הן נפוצות, בין היתר בשל חומציות הלואיס של הפנטה-הלידים. החשובה שבהן היא [NbF7]2−, המשמשת כשלב ביניים בהפרדת ניאוביום וטנטלום מעפרותיהם. קומפלקסים הלידיים אחרים כוללים את האניון האוקטהדרלי [NbCl6]−:
:Nb2Cl10 + 2 Cl^- -> 2 [NbCl6]^-

הטנטלום יוצר הלידים במצבי חמצון +5, +4 ו-+3. טנטלום פנטה-פלואוריד (TaF5) הוא מוצק לבן (נקודת התכה 97.0°C). האניון [TaF7]2− משמש להפרדתו מהניאוביום. הכלוריד TaCl5, הקיים כדימר, הוא הריאגנט העיקרי לסינתזה של תרכובות טנטלום חדשות.

## תכונות פיזיקליות

המגמות בקבוצה 5 דומות לאלו של קבוצות מוקדמות אחרות בבלוק ה-d, ומשקפות את הוספתה של קליפת f מלאה במעבר מהמחזור החמישי לשישי. כל חברי הקבוצה היציבים הם  (או "מתכות חסינות אש") בצבע כסוף-כחלחל, אם כי זיהומים של פחמן, חנקן וחמצן הופכים אותם לפריכים. כולם מתגבשים במבנה קובי מרכז-גוף (BCC) בטמפרטורת החדר, וצפוי כי גם הדובניום יתגבש כך.

הטבלה להלן מסכמת את התכונות הפיזיקליות העיקריות של יסודות קבוצה 5 (ערך עם סימן שאלה הוא חזוי):

### ונדיום
הוונדיום הוא מתכת בצבע כחול-פלדה, קשה למחצה ומתיחה. הוא מוליך חשמלית ומבודד תרמית. הוונדיום קשה יותר מרוב המתכות והפלדות. הוא בעל עמידות טובה לקורוזיה ויציב בפני בסיסים, חומצה גופרתית וחומצה מלחית. הוא מתחמצן באוויר בטמפרטורה של כ-660°C, אם כי שכבת פסיבציה של תחמוצת נוצרת כבר בטמפרטורת החדר.

### ניאוביום
הניאוביום הוא מתכת מבריקה, אפורה, מתיחה ופאראמגנטית. הניאוביום הופך למוליך על בטמפרטורות קריוגניות; בלחץ אטמוספירי, הוא בעל הטמפרטורה הקריטית הגבוהה ביותר מבין המוליכים על היסודיים (9.2 K). בנוסף, הוא אחד משלושת מוליכי העל היסודיים מסוג שני (יחד עם ונדיום וטכנציום). למתכת חתך רוחב נמוך לבליעת נייטרונים תרמיים, ולכן היא משמשת בתעשייה הגרעינית לייצור מבנים שקופים לנייטרונים.

### טנטלום
הטנטלום הוא מתכת כהה (כחול-אפור), צפופה, מתיחה וקשה מאוד. הוא ידוע בעמידותו הגבוהה לקורוזיה על ידי חומצות; בטמפרטורות נמוכות מ-150°C, הטנטלום חסין כמעט לחלוטין מפני מי מלך. נקודת ההתכה הגבוהה של הטנטלום (3017°C) נמוכה רק מזו של טונגסטן, רניום, אוסמיום ופחמן. הטנטלום קיים בשתי פאזות גבישיות: אלפא (מתיחה ורכה) וביתא (קשה ופריכה).

### דובניום

אפקט יחסותי ישיר גורם לכך שככל שהמספר האטומי עולה, האלקטרונים הפנימיים ביותר נעים מהר יותר סביב הגרעין בשל המשיכה האלקטרומגנטית החזקה. בדובניום, אורביטל ה-7s מתכווץ ב-25% ומתייצב אנרגטית. אפקט עקיף יותר הוא שאורביטלי ה-s וה-p המכווצים ממסכים את מטען הגרעין בצורה יעילה יותר, מה שגורם לאורביטלי ה-d וה-f החיצוניים להתרחב.

כתוצאה מכך, בניגוד לחברים הקלים יותר בקבוצה 5, קשה יותר להוציא את אלקטרוני ה-7s של הדובניום מאשר את אלקטרוני ה-6d שלו. למרות שינויים אלו, הדובניום עדיין צפוי להכיל חמישה אלקטרוני ערכיות. בשל חוסר היציבות של אורביטלי ה-6d בהשוואה לטנטלום, מצב החמצון +3 צפוי להיות נדיר אף יותר מאשר בטנטלום. צפיפותו החזויה של הדובניום היא כ-21.6 גרם/סמ"ק.

## תפוצה בטבע

קרום כדור הארץ מכיל כ-160 חלקים למיליון (ppm) של ונדיום, מה שהופך אותו ליסוד ה-19 בשכיחותו. האדמה מכילה בממוצע כ-100 ppm של ונדיום, ומי ים מכילים כ-1.5 חלקים למיליארד (ppb). גוף אנושי טיפוסי מכיל כ-285 ppb של ונדיום. ידועים למעלה מ-60 עפרות ונדיום, בהן ונדיניט, פטרוניט וקרנוטיט.

הניאוביום מהווה כ-20 ppm מקרום כדור הארץ, מה שהופך אותו ליסוד ה-33 בשכיחותו שם. האדמה מכילה בממוצע כ-24 ppm ניאוביום, ומי הים מכילים כ-900 חלקים לקוודריליון (ppq) של ניאוביום. גוף אנושי טיפוסי מכיל כ-21 ppb של ניאוביום. הניאוביום מצוי במינרלים קולומביט ופירוכלור.

הטנטלום מהווה כ-2 ppm מקרום כדור הארץ (היסוד ה-51 בשכיחותו). האדמה מכילה בממוצע בין 1 ל-2 ppb טנטלום, ומי הים מכילים כ-2 חלקים לטריליון (ppt). גוף אנושי טיפוסי מכיל כ-2.9 ppb טנטלום. הטנטלום נמצא במינרלים טנטליט ופירוכלור.

דובניום אינו מצוי באופן טבעי בקרום כדור הארץ, שכן אין לו איזוטופים יציבים.

## הפקה
### ונדיום

מתכת הוונדיום מופקת בתהליך רב-שלבי המתחיל בקלייה של עפרה גרוסה עם נתרן כלורי (NaCl) או נתרן פחמתי (Na2CO3) בטמפרטורה של כ-850°C, לקבלת נתרן מטאוונדאט (NaVO3). תמצית מימית של מוצק זה מוחמצת ליצירת "עוגה אדומה" (Red cake) - מלח פולי-ונדאט, אשר עובר חיזור באמצעות מתכת סידן. כחלופה להפקה בקנה מידה קטן, ניתן לחזר ונדיום פנטה-אוקסיד באמצעות מימן או מגנזיום. שיטות רבות אחרות נמצאות בשימוש, ובכולן הוונדיום מופק כמוצר לוואי של תהליכים אחרים.

טיהור של ונדיום אפשרי באמצעות  שפותח על ידי אנטון אדוארד ואן ארקל ויאן הנדריק דה בור ב-1925. התהליך כולל יצירת יודיד המתכת (במקרה זה, ונדיום(III) יודיד) ופירוקו לאחר מכן לקבלת מתכת טהורה:
:2 V + 3 I2  2 VI3

ממוזער|גושי פרו-ונדיום

מרבית הוונדיום משמש כמרכיב בסגסוגת פלדה הנקראת פרו-ונדיום. פרו-ונדיום מיוצר ישירות על ידי חיזור תערובת של תחמוצת ונדיום, תחמוצות ברזל וברזל בכבשן חשמלי. הוונדיום נקלט בתוך הברזל גולמי המופק ממגנטיט המכיל ונדיום. בהתאם לעפרה שבשימוש, הסיגים מכילים עד 25% ונדיום.

בכל שנה מופקים כ-70,000 טונות של עפרת ונדיום, כאשר 25,000 טונות מופקים ברוסיה, 24,000 בדרום אפריקה, 19,000 בסין ו-1,000 בקזחסטן. מדי שנה מיוצרים כ-7,000 טונות של מתכת ונדיום. לא ניתן להפיק ונדיום על ידי חימום העפרה שלו עם פחמן; במקום זאת, הוא מיוצר על ידי חימום תחמוצת ונדיום עם סידן בכלי לחץ. ונדיום בדרגת טוהר גבוהה מאוד מופק מתגובה של ונדיום טריכלוריד עם מגנזיום.

### ניאוביום וטנטלום

לאחר ההפרדה ממינרלים אחרים, מתקבלות התחמוצות המעורבות של טנטלום, טנטלום פנטה-אוקסיד (Ta2O5), וניאוביום, ניאוביום פנטה-אוקסיד (Nb2O5). כדי להפיק ניאוביום, השלב הראשון בעיבוד הוא תגובה של התחמוצות עם חומצה הידרופלואורית:

:Ta2O5 + 14 HF -> 2 H2[TaF7] + 5 H2O
:Nb2O5 + 10 HF -> 2 H2[NbOF5] + 3 H2O

ההפרדה התעשייתית הראשונה, שפותחה על ידי הכימאי השווייצרי ז'אן שארל גליסאר דה מריניאק, מנצלת את המסיסות השונה במים של קומפלקסי הפלואוריד של הניאוביום והטנטלום: די-פוטסיום אוקסי-פנטה-פלואורוניובאט מונוהידראט (K2[NbOF5]*H2O) ודי-פוטסיום הפטה-פלואורוטנטלאט (K2[TaF7]). תהליכים חדישים יותר משתמשים במיצוי נוזלי של הפלואורידים מתוך תמיסה מימית באמצעות ממסים אורגניים כגון ציקלוהקסאנון.קומפלקסי הפלואוריד של הניאוביום והטנטלום ממוצים בנפרד מהממס האורגני בעזרת מים, ומשוקעים או על ידי הוספת אשלגן פלואוריד לקבלת קומפלקס אשלגן פלואוריד, או על ידי שיקוע עם אמוניה לקבלת הפנטה-אוקסיד:

:H2[NbOF5] + 2 KF -> K2[NbOF5] v + 2 HF

ובהמשך:
:2 H2[NbOF5] + 10 NH4OH -> Nb2O5 v + 10 NH4F + 7 H2O

מספר שיטות משמשות לחיזור לקבלת ניאוביום מתכתי. האחת היא אלקטרוליזה של תערובת מותכת של K2[NbOF5] ונתרן כלורי; שיטה אחרת היא חיזור של הפלואוריד באמצעות נתרן. בשיטה זו ניתן להפיק ניאוביום בדרגת טוהר גבוהה יחסית. בייצור בקנה מידה גדול, מחזרים Nb2O5 בעזרת מימן או פחמן. בתגובה אלומינותרמית, תערובת של תחמוצת ברזל ותחמוצת ניאוביום מגיבה עם אלומיניום:
:3 Nb2O5 + Fe2O3 + 12 Al -> 6 Nb + 2 Fe + 6 Al2O3

כמויות קטנות של מחמצנים כמו נתרן חנקתי מוספות כדי להגביר את התגובה. התוצאה היא תחמוצת אלומיניום ופרו-ניאוביום (Ferroniobium), סגסוגת של ברזל וניאוביום המשמשת בייצור פלדה. פרו-ניאוביום מכיל בין 60% ל-70% ניאוביום. ללא תחמוצת ברזל, התהליך האלומינותרמי משמש להפקת ניאוביום מתכתי. טיהור נוסף נדרש כדי להגיע לדרגה המתאימה לסגסוגות מוליכות-על. התכה בקרן אלקטרונים תחת ואקום היא השיטה המשמשת את שני המפיצים העיקריים של ניאוביום.

נכון לשנת 2013, חברת CBMM מברזיל שלטה ב-85% מייצור הניאוביום העולמי. ה־USGS מעריך כי הייצור עלה מ-38,700 טונות בשנת 2005 ל-44,500 טונות בשנת 2006. עתודות הניאוביום העולמיות מוערכות בכ-4.4 מיליון טונות. במהלך עשור השנים שבין 1995 ל-2005, הייצור יותר מהכפיל את עצמו. בין השנים 2009 ל-2011 הייצור נותר יציב על כ-63,000 טונות בשנה, עם ירידה קלה בשנת 2012 לכ-50,000 טונות בשנה.

בכל שנה מופקים כ-70,000 טונות של עפרת טנטלום. ברזיל מייצרת 90% מעפרת הטנטלום, כאשר גם קנדה, אוסטרליה, סין ורואנדה מפיקות את היסוד. הביקוש לטנטלום עומד על כ-1,200 טונות בשנה.

### דובניום ומעבר לו

דובניום מיוצר באופן סינתטי על ידי הפצצת אקטינידים ביסודות קלים יותר. נכון להיום, לא נערכו ניסויים במאיץ חלקיקים (Supercollider) לסינתזה של החבר הבא בקבוצה, בין אם "אונפנטספטיום" (Ups) או "אונפנטניום" (Upe). מכיוון ששני היסודות הללו משתייכים לסוף המחזור השמיני, לא סביר שהם יסונתזו בעתיד הקרוב; ניסיונות נוכחיים נעשו רק על יסודות עד מספר אטומי 127.

## יישומים

ממוזער|ימין|ניאוביום מהווה לעיתים קרובות מרכיב משני בפלדת אל-חלד.

היישום העיקרי של ונדיום הוא בסגסוגות, כגון פלדת ונדיום. סגסוגות ונדיום משמשות בקפיצים, כלי עבודה, מנועי סילון, מיגון שריון וכורים גרעיניים. ונדיום אוקסיד מעניק לקרמיקה צבע זהוב, ותרכובות ונדיום אחרות משמשות כזרזים לייצור פולימרים.

כמויות קטנות של ניאוביום מוספות לפלדת אל-חלד כדי לשפר את איכותה. סגסוגות ניאוביום משמשות גם בנחירי פליטה של רקטות בשל עמידותו הגבוהה של הניאוביום לקורוזיה.

לטנטלום ארבעה סוגי יישומים עיקריים: הוא מוסף לחפצים החשופים לטמפרטורות גבוהות, משמש במכשירים אלקטרוניים, בשתלים כירורגיים ולטיפול בחומרים קורוזיביים.

לדובניום אין יישומים עקב הקושי בסנתזה שלו וזמני מחצית החיים הקצרים מאוד אפילו של האיזוטופים היציבים ביותר שלו.

## תפוצה ביולוגית

מבין יסודות קבוצה 5, רק הוונדיום זוהה כבעל תפקיד בכימיה הביולוגית של מערכות חיות, אך גם הוא ממלא תפקיד מוגבל מאוד בביולוגיה, וחשוב יותר בסביבות ימיות מאשר ביבשה.

[ממוזער|ימין|[אצטלנים כגון אצטלן זה מכילים ונדיום כוונאבינים (Vanabins).]]

הוונדיום חיוני לאצטלנים כוונאבינים; הוא מוכר בתאי הדם שלהם מאז 1911, בריכוזים הגבוהים פי 100 מאשר ריכוז הוונדיום במי הים הסובבים אותם. מספר מינים של פטריות צוברים ונדיום (עד 500 מ"ג לק"ג משקל יבש). האנזים ברומו-פרוקסידאז התלוי בוונדיום מייצר תרכובות אורגנו-ברום במספר מינים של אצות ימיות.

ידוע כי גם חולדות ואפרוחים זקוקים לוונדיום בכמויות קטנות מאוד, ומחסור בו גורם להאטת הצמיחה ולפגיעה ברבייה. ונדיום הוא תוסף תזונה שנוי במחלוקת יחסית, המשמש בעיקר להגברת הרגישות לאינסולין ולפיתוח גוף. ונדיל סולפט עשוי לשפר את בקרת הגלוקוז אצל אנשים עם סוכרת מסוג 2. בנוסף, דקאוונדאט ואוקסו-ונדאטים הם צורות בעלות פוטנציאל לפעילויות ביולוגיות רבות, אשר שימשו ככלי להבנת תהליכים ביוכימיים שונים.

## רעילות ואמצעי זהירות
ונדיום טהור אינו ידוע כרעיל. עם זאת,  (Vanadium pentoxide) גורם לגירוי חמור בעיניים, באף ובגרון. דווח כי  (VOSO4) ארבע-ערכי רעיל לפחות פי 5 מוונדיום תלת-חמצני (V2O3) תלת-ערכי. מנהל הבטיחות והגיהות בתעסוקה בארצות הברית (OSHA) קבע גבול חשיפה של 0.05 מ"ג למ"ק עבור אבק ונדיום פנטאוקסיד ו-0.1 מ"ג למ"ק עבור אדי ונדיום פנטאוקסיד באוויר במקום העבודה עבור יום עבודה של 8 שעות ושבוע עבודה של 40 שעות. המכון הלאומי לבטיחות וגיהות בתעסוקה בארצות הברית (NIOSH) המליץ על רמה של 35 מ"ג למ"ק של ונדיום ככזו הנחשבת למסוכנת באופן מיידי לחיים ולבריאות (IDLH), כלומר, כזו שעלולה לגרום לבעיות בריאותיות קבועות או למוות. תרכובות ונדיום נספגות בצורה דלה דרך מערכת העיכול. שאיפה של ונדיום ותרכובותיו גורמת בעיקר להשפעות שליליות על מערכת הנשימה. עם זאת, נתונים כמותיים אינם מספיקים כדי לגזור מינון ייחוס לשאיפה תת-כרונית או כרונית. השפעות אחרות דווחו לאחר חשיפה דרך הפה או בשאיפה על מדדי דם, כבד, התפתחות נוירולוגית, ואיברים אחרים בחולדות.

קיימות ראיות מועטות לכך שוונדיום או תרכובותיו הם רעלנים למערכת הרבייה או טרטוגנים. במחקר של ה-NTP דווח כי ונדיום פנטאוקסיד הוא מסרטן בחולדות זכרים ובעכברים זכרים ונקבות באמצעות שאיפה, אם כי פרשנות התוצאות הוטלה בספק לאחרונה. פוטנציאל הסרטניות של ונדיום לא נקבע על ידי הסוכנות להגנת הסביבה של ארצות הברית (EPA). עקבות ונדיום בסולר הם מרכיב הדלק העיקרי בקורוזיה בטמפרטורה גבוהה. במהלך הבעירה, הוונדיום מתחמצן ומגיב עם נתרן וגופרית, מה שמניב תרכובות  עם נקודות התכה נמוכות עד 530 מעלות צלזיוס, התוקפות את שכבת הפסיבציה של הפלדה והופכות אותה לפגיעה לקורוזיה. תרכובות הוונדיום המוצקות גורמות גם לשחיקה של רכיבי מנוע.

לניאוביום אין תפקיד ביולוגי ידוע. בעוד שאבק ניאוביום מגרה את העיניים והעור ומהווה סכנת אש פוטנציאלית, ניאוביום יסודי בכמויות גדולות יותר הוא אינרטי מבחינה פיזיולוגית (ולכן היפואלרגני) ובלתי מזיק. הוא משמש לעיתים קרובות בתכשיטים ונבדק לשימוש בכמה שתלים רפואיים. ניאוביום ותרכובותיו נחשבים לרעילים במידה מועטה. חשיפה לטווח קצר וארוך לניאובאטים ולניאוביום כלוריד, שני חומרים כימיים מסיסים במים, נבדקה בחולדות. חולדות שטופלו בהזרקה בודדת של ניאוביום פנטכלוריד או ניאובאטים הראו מינון קטלני חציוני (LD50) שבין 10 ל-100 מ"ג לק"ג. במתן דרך הפה הרעילות נמוכה יותר; מחקר בחולדות הניב LD50 של 940 מ"ג לק"ג לאחר שבעה ימים.

תרכובות המכילות טנטלום נדירות במעבדה. המתכת ותרכובותיה גורמות לעיתים רחוקות לפציעה, וכאשר הן גורמות לכך, מדובר בדרך כלל בפריחות. המתכת היא בעלת תאימות ביולוגית גבוהה ומשמשת לשתלים רפואיים וציפויים, ולכן תשומת הלב מופנית לרוב ליסודות אחרים או לאופי הפיזי של התרכובת הכימית. אנשים יכולים להיחשף לטנטלום במקום העבודה באמצעות שאיפה, מגע עם העור או מגע עם העיניים. מנהל הבטיחות והגיהות בתעסוקה (OSHA) קבע את הגבול החוקי (גבול חשיפה מותר) לחשיפה לטנטלום במקום העבודה כ-5 מ"ג למ"ק לאורך יום עבודה של 8 שעות. המכון הלאומי לבטיחות וגיהות בתעסוקה (NIOSH) קבע גבול חשיפה מומלץ (REL) של 5 מ"ג למ"ק לאורך יום עבודה של 8 שעות וגבול לטווח קצר של 10 מ"ג למ"ק. ברמות של 2,500 מ"ג למ"ק, טנטלום נחשב למסוכן באופן מיידי לחיים ולבריאות.

## ראו גם
*הטבלה המחזורית
*קבוצה (כימיה)

## קישורים חיצוניים

## הערות שוליים

קטגוריה:קבוצת יסודות
קטגוריה:מתכות מעבר עמידות