Tantal

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP
¹⁷⁷Ta	{syn.}	56,56 h	ε	1,166	¹⁷⁷Hf
¹⁷⁸Ta	{syn.}	2,36 h	ε	1,910	¹⁷⁸Hf
¹⁷⁹Ta	{syn.}	1,82 a	ε	0,110	¹⁷⁹Hf
¹⁸⁰Ta	{syn.}	8,125 h	ε β^-	0,854 0,708	¹⁸⁰Hf ¹⁸⁰W
^180mTa	0,012 %	>1,2 · 10¹⁵ a	ε β^- IT	0,929 0,783 0,075	¹⁸⁰Hf ¹⁸⁰W ¹⁸⁰Ta
¹⁸¹Ta	99,988 %	Ta ist stabil mit 108 Neutronen
¹⁸²Ta	{syn.}	114,43 d	β^-	1,814	¹⁸²W
¹⁸³Ta	{syn.}	5,1 d	β^-	1,070	¹⁸³W

NMR-Eigenschaften

	¹⁸¹Ta
Kernspin	7/2
gamma / rad/T	3,202 · 10⁷
Empfindlichkeit	0,036
Larmorfrequenz bei B = 4,7 T	23,9 M Hz

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen.

Tantal ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Ta und der Ordnungszahl 73.
Es ist ein selten vorkommendes, hartes, graphitgraues, glänzendes Übergangsmetall mit hoher Korrosionsbeständigkeit bei Normaltemperatur. Bei höheren Temperaturen reagiert das Metall dagegen heftig mit fast allen Gasen unter Versprödung, zum Teil unter Feuererscheinung. Feinverteiltes Tantal(pulver) ist stark pyrophor und verbrennt unter starker Licht- und Hitzeentwicklung, ähnlich Magnesium. Tantal wird für die Herstellung von medizinischen Instrumenten und Implantaten verwendet, da es nicht mit Körpergeweben und -flüssigkeiten reagiert.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte

2 Vorkommen

3 Gewinnung und Darstellung

4 Eigenschaften

5 Verwendung

6 Sicherheitshinweise

7 Verbindungen

8 Weblinks

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 dargestellt. Lange Zeit hielt man Niob und Tantal für identisch. Erst 1844 konnte Heinrich Rose das unterschiedliche Verhalten von Niob- und Tantalsäure zeigen. Seinen Namen erhielt es in Anlehnung an die griechische Mythologie, da es unter der Säure "schmachten muss und seinen Durst nicht löschen kann, wie Tantalos in der Unterwelt". (Weil Ta2O5 mit Säuren keine Salze bildet.) 1903 gelang die Darstellung von duktilem und relativ reinem metallischen Tantal (Werner von Bolton). Tantaldraht diente bis zur Einführung von Wolframdraht als Glühfaden in elektrischen Glühbirnen.

Vorkommen

Fast ausschließlich in Afrika und Australien. Im Kongo, Südafrika und Namibia als in Pegmatite eingelagerte Minerale Columbit und Tantalit, trivial als Coltan bezeichnet. Die Tantalkonzentration ist sehr gering. Der größte Teil des heute verwendeten Tantals stammt aus Australien.

Eine technisch außerordentlich wichtige Quelle ist tantalhaltige Schlacke aus der Zinnverhüttung. In den achtzigern stellten sie die größte Tantalquelle dar.

Gewinnung und Darstellung

Die Trennung von Niob und Tantal ist aufgrund des ähnlichen Verhaltens der beiden Elemente sehr aufwändig.

Großtechnisch stehen mehrere Wege offen:

Elektrolyse von geschmolzenem Kaliumfluorotantalat
Reduktion von Kaliumfluorotantalat mit Natrium
Reaktion von Tantalkarbid mit Tantaloxid
Magnetsandtrennung nach Verwirbelung mit Tarantuatnitriumsulfatsapphoren

Das reine Metall wird unter pulvermetallurgisch aufbereitet, Hochvakuum gesintert und geschmolzen. Geschweißt wird das Metall aufgrund seiner hohen Reaktivität unter Hochvakuum oder Reinargon.

Eigenschaften

Tantal ist dunkelgrau, schwer, weich, leicht mechanisch zu bearbeiten, und ein mäßig guter Wärme- und Stromleiter. Unter 150 °C ist Tantal durch Schutzschichtbildung beständig in den meisten Säuren. Unbeständig jedoch in Flußsäure, sauren Fluoridlösungen und freiem Schwefeltrioxid. Nur Wolfram und Rhenium haben einen höheren Schmelzpunkt. Legieren lässt sich Tantal sehr gut mit Wolfram, und anderen hochschmelzenden Metallen. Gar nicht legiert sich Tantal zum Beispiel mit Kupfer.

Verwendung

Hauptsächlich für sehr kleine Kondensatoren mit hoher Kapazität. Diese Elekrolytkondensatoren werden überall in der modernen Mikroelektronik, zum Beispiel beim Bau von Mobiltelefonen verwendet. Die Wirkung beruht auf der selbst in sehr dünner Ausführung noch stabilen und sicher isolierenden oxidischen Deckschicht auf der Oberfläche der aufgewickelten Tantalfolie -- je dünner die Schicht zwischen den Elektroden ist, desto höher wird die Kapazität bei gleichbleibender Folienfläche, zudem hat Tantaloxid eine extrem hohe Permittivität, die ebenfalls die Kapazität erhöht.

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.

Einsatz findet das Metall in der Chemischen Industrie, im Spezialapparatebau in Form einer 95 % Legierung mit Wolfram zur Festigkeitssteigerung.

Wegen seiner Immun-Neutralität und nicht reizenden Eigenschaften gegenüber Körpergeweben wird Tantal für medizinische Implatate und Instrumente eingesetzt. Tantaloxid wird für Spezialgläser mit einer hohen Brechzahl, beispielsweise für Kameralinsen verwendet. Metallisches Tantal wird auch für Komponenten im Vakuumofenbau verwendet.

Tantal eignet sich auch als Strahlenschutzmaterial zum Schutz vor Ionisierender Strahlung.

Sicherheitshinweise

Tantalhaltige Verbindungen kommen selten vor. Unter Laborbedingungen verursacht der Umgang mit ihnen normalerweise keine Probleme. Tantal und seine Verbindungen sind nicht toxisch. Es gibt aber vage Hinweise auf krebsauslösendes Verhalten von Tantalverbindungen. Von Tantalpulver und -staub geht eine hohe Feuer- und Explosionsgefahr aus.

Verbindungen

Tantalpentoxid Ta₂O₅ ein weißes Pulver, das zur Herstellung hochlichtbrechender Gläser und spezieller Kristallmaterialien verwendet wird.