Tantal ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Ta und der Ordnungszahl 73.
Es ist ein selten vorkommendes, hartes, blaugraues, glänzendes Übergangsmetall mit hoher Korrosionsbeständigkeit.
Tantal wird verwendet für die Herstellung von medizinischen Instrumenten und Implantaten, da es nicht mit Körpergeweben und -flüssigkeiten reagiert.
| Allgemein | |||||||||||||||||||||||||||||||
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| Name, Symbol, Ordnungszahl | Tantal, Ta, 73 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Serie | Übergangsmetalle | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Gruppe, Periode, Block | 5 (VB), 6 , d | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Dichte, Mohshärte | 16650 kg/m3, 6.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Aussehen | grau blau | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomar | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomgewicht | 180.9479 amu | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomradius (berechnet) | 145 (200) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalenter Radius | 138 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
| van der Waals-Radius | k.A. | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [Xe]4f14 5d3 6s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| e- 's pro Energieniveau | 2, 8, 18, 32, 11, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxidationszustände (Oxid) | 5 (leicht sauer) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Kristallstruktur | kubisch raumzentriert | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Physikalisch | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Aggregatzustand (Magnetismus) | fest | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 3290 K (3017°C) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Siedepunkt | 5731 K (5458°C) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Molares Volumen | 10.85 ×10-3 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Verdampfungswärme | 743 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzwärme | 31.6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Dampfdruck | 0.776 Pa bei 3269 K | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Schallgeschwindigkeit | 3400 m/s bei 293.15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Verschiedenes | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativität | 1.5 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Spezifische Wärmekapazität | 140 J/(kg*K) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektrische Leitfähigkeit | 7.61 106/m Ohm | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | 57.5 W/(m*K) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. Ionisierungsenergie | 761 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. Ionisierungsenergie | 1500 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Most stabil/Notable Isotopes | |||||||||||||||||||||||||||||||
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| SI-Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt, sofern nicht anders angegeben. |
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Bemerkenswerte Eigenschaften
Tantal ist grau, schwer, duktil, sehr hart, leicht zu bearbeiten, hervoragend beständig in Säuren und ein guter Wärme- und Stromleiter. Uber 150°C ist Tantal meist vollkommen beständig in Flusssäure, sauren Fluoridlösungen und freiem Schwefeltrioxid. Nur Wolfram und Rhenium haben einen höheren Schmelzpunkt.
Vorkommen
Fast ausschließlich in Afrika und Australien. Im Kongo, Südafrika, Namibia
als in Pegmatite eingelagerte Minerale Columbit und Tantalit. trivial Coltan.
Die Konzentration ist sehr gering. Der größte Teil des heute verwendeten Tantals stammt aus Australien.
Ein technisch außerordentlich wichtige Quelle sind tantalhaligen Schlacken aus der Zinnverhüttung. In den 1980 stellten sie die größte Tantalquelle dar.
Herstellung
Die Trenung von Niob und Tantal ist aufgrund des ähnlichen Verhaltens der beiden Elemente sehr aufwendig.
Großtechnisch stehen mehrere Wege offen :
- Elektrolyse von geschmolzenem Kaliumfluorotantalat
- Reduktion von Kaliumfluorotantalat mit Natrium
- Reaktion von Tantalkarbid mit Tantaloxid
Verwendung
Hauptsächlich für sehr kleine Kondensatoren mit hoher Kapazität.
Diese Kondensatoren werden überall in der modernen Mikroelektronik verwendet.
Ebenso wird Tantal zur Herstellung von hochschmelzenden und hochfesten Legierungen eingesetzt. Als Legierungszusatz wird es zur Herstellung karbidhaltiger Werkzeug- und Schneidstähle, zur Herstellung von Superlegierungen für den Einsatz in Gasturbinen, für Ausrüstungskomponenten in der chemischen Prozessindustrie, Komponenten in Nuklearreaktoren und für Raketenteile verwendet. Als duktile Legierung kann Tantal zu Feindraht gezogen werden.
Wegen seiner Immunität und nicht irritierenden Eigenschaften gegenüber Körpergeweben wird Tantal für medizinische Implatate und Instrumente eingesetzt. Tantaloxid wird für Spezialgläser mit einem hohen Brechungsindex z.B. für Kameralinsen verwendet.
Metallisches Tantal wird auch für Komponenten im Vakuumofenbau verwendet.
Geschichte
Tantal (Tantalos, griechische Mythologie) wurde 1802 in Schweden durch Anders Gustav Ekeberg aus finnischen Mineralien in Form seines Oxides entdeckt und elementar 1815 von J. J. Berzelius durch Reduktion des Fluorids mit Kalium dargstellt. Lange Zeit hielt man Niob und Tantal für identisch. Erst 1844 konnte Heinrich Rose das unterschiedliche Verhalten von Niob- und Tantalsäure zeigen. 1903 gelang die Darstellung von duktilem und relativ reinem metallischen Tantal (Werner von Bolton). Tantaldraht diente bis zur Einführung von Wolframdraht als Glühfaden in elektr. Glühbirnen.
Verbindungen
Tantalpentoxid Ta2O5
Vorsichtsmaßnahmen
Tantalhaltige Verbindungen kommen selten vor. Unter Laborbedingungen verursacht der Umgang mit ihnen normalerweise keine Probleme. Sie sollten aber als hochtoxisch eingestuft werden. Es gibt Hinweise auf krebsauslösendes Verhalten von Tantalverbindungen. Von Tantalpulver und -staub geht eine hohe Feuer- und Explosionsgefahr aus.