Tantal ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Ta und der Ordnungszahl 73.
Es ist ein selten vorkommendes, duktiles, 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.

Geschichte

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" - Ta₂O₅ löst sich nicht in Säuren.

1903 gelang die Darstellung von duktilem und relativ reinem metallischen Tantal durch 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. Bis zu achtzig Prozent des heute verwendeten Tantals stammen aus dem Kongo.

Eine technisch außerordentlich wichtige Quelle ist tantalhaltige Schlacke aus der Zinnverhüttung. In den 1980ern stellte 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

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

Eigenschaften

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Tantal ist dunkelgrau, schwer, weich und mechanisch leicht zu bearbeiten. Es leitet Wärme und Strom mäßig gut. Unter 150 °C ist Tantal durch Schutzschichtbildung beständig gegen die meisten Säuren; Ausnahmen sind Flußsäure, saure Fluoridlösungen und freies Schwefeltrioxid. Nur Wolfram und Rhenium haben einen höheren Schmelzpunkt. Legieren lässt sich Tantal sehr gut mit Wolfram und anderen hochschmelzenden Metallen; nicht legieren läßt es sich zum Beispiel mit Kupfer.

Verwendung

Tantal wird hauptsächlich für sehr kleine Kondensatoren mit hoher Kapazität verwendet. Diese Elektrolytkondensatoren 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 gleich bleibender Folienfläche, zudem hat Tantaloxid eine extrem hohe Permittivität, die ebenfalls die Kapazität erhöht.

Ebenso wird elementares 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. Tantal kann wegen seiner Duktilität 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 elementares 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 in der Hochvakuumtechnik und im Vakuumofenbau verwendet.

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

Die guten technischen Eigenschaften, die vielfältige Verwendbarkeit und die sich daraus ergebende hohe Nachfrage, sowie die problematische Liefersituation, ließen den Preis für Tantal in den letzten Jahren explodieren, so daß heute mit aktuellen Preisen von weit über 1000 €/kg zu rechnen ist.

Sicherheitshinweise

Tantalhaltige Verbindungen kommen selten vor. Unter Laborbedingungen verursacht der Umgang mit ihnen normalerweise keine Probleme. Elementares Tantal und seine Verbindungen sind nicht toxisch. Es gibt aber vage Hinweise auf krebsauslösendes Verhalten einiger Tantalverbindungen. Von Tantalpulver und -staub geht wie auch bei anderen fein verteilten Metallen eine hohe Feuer- und Explosionsgefahr aus. Zur Feuergefahr neigen auch Tantalkondensatoren in der E-Technik im Falle eines Fehlers oder einer (geringen) Überbelastung.

Verbindungen

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

Weblinks

• http://www.periodensystem.info/elemente/tantal.htm
• Bild in der Elementesammlung von Pniok.de

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