Tantal

Eigenschaften des Elements

Einordnung in das Periodensystem
der Elemente und Eigenschaften
Atombau
Ordnungszahl: 7373 Protonen
73 Elektronen
6. Periode6 besetzte Elektronenschalen
V. Nebengruppe5 Außenelektronen
Elektronenkonfiguration im GrundzustandXe 6s24f1 45d3
Elektronegativität1,5
Ionisierungsenergie in eV7,89
häufigste OxidationszahlenV
Atommasse des Elements in u180,95
Atomradius in 10- 1 0m1,43
Ionenradius in 10- 1 0m0,64 (+5)
Aggregatzustand im Normalzustandfest

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in Bild bei 25 °C16,6
Härte nach Mohs und nach Brinell6,5; 44,2...122,4 · 107
Schallgeschwindigkeit in Bild3400
Schmelztemperatur in °C3000
spezifische Schmelzwärme in Bild173,53
Siedetemperatur in °C5430
spezifische Verdampfungswärme in Bild4161,92
Standardentropie S0 in Bild 
Wärmeleitfähigkeit in Bild bei 27 °C57,5

spezifische Wärmekapazität in Bild

0,145
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3 Bild 
spez. elektrischer Widerstand in Bild0,1245
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre,
Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)
0,000 8

Bild
Tantal

Isotope des Elements 

Natürlich vorkommendes Tantal is ein Gemisch aus einem stabilen Isotop und Spuren eines kurzlebigen, radioaktiven Isotops. Obwohl das Isotop 181 kurzlebig ist, kommt es in der Natur immer noch vor, da es immer wieder, vermutlich durch die Einwirkung kosmischer Neutronenstrahlung auf das stabile Isotop 180, entsteht.

Ordnungs-
zahl Z
Massen-
zahl A
Atommas-
se in u
Häufigkeit
in %
Art der Strahlung
und Energie in MeV
Halb-
wertszeit
73180179,9470,012%β Bild, γ8,15 h
 181180,94899,988%  

Weitere Eigenschaften

Tantal ist ein hellgrau glänzendes, ziemlich hartes Schwermetall. Es ist sehr zäh, elastisch und lässt sich in reiner Form gut dehnen und walzen. Die mechanischen Eigenschaften des Tantals kommen denen von mittleren Stahlsorten gleich. Es gehört zu den Metallen mit der höchsten Schmelz- und Siedetemperatur. Die Aufnahme von Wasserstoff oder Stickstoff erhöht die Härte und Sprödigkeit des Metalls. Tantal gehört zur Vanadiumgruppe. In seinen Verbindungen bildet es fast alle Oxidationsstufen von -III bis V aus, wobei die Stufe V die stabilste und wichtigste ist. Angesichts seines negativen Normalpotenzials ist Tantal ein unedles Metall. An Luft bildet sich sofort eine schützende Oxidschicht, welche das Metall vollständig überzieht. Es ist aufgrund dieser Oxidschicht gegen die meisten Säuren und Basen, auch gegen Königswasser, widerstandsfähig. Angegriffen wird es nur von Flusssäure, heißer konzentrierter Schwefelsäure und schmelzenden Alkalien. Von Sauerstoff wird Tantal zu Tantal(V)-oxid oxidiert. Mit Fluor reagiert es bei Zimmertemperatur, mit Chlor, Brom und Schwefel erst bei Temperaturen über 130 °C. Tantal ist in der Lage, bereits bei Zimmertemperatur Wasserstoff, bei über 300 °C Sauerstoff aufzunehmen.

Entdeckung

1802 entdeckte und isolierte der schwedische Chemiker ANDREAS GUSTAF EKEBERG Tantal in Form des Oxids. Er nannte das neue Element nach dem griechischen Sagenkönig Tantalos. 1814 schlug BERZELIUS das chemische Symbol «Ta» vor. Reines Tantal wurde erst 100 Jahre später hergestellt, durch Reduktion von Kaliumheptafluorotantalat mit Natrium.

Vorkommen/Herstellung

Tantal steht an 41. Stelle der Elementhäufigkeit, es kommt selten vor. Elementar tritt es in der Natur nie auf, ausschließlich in Verbindungen; in geringen Konzentrationen ist es weit verbreitet. Meist kommt es mit Niob in Form von Niobaten und Tantalaten vor. Die Hauptvorkommen liegen in Australien, Brasilien, Uganda, Nigeria, Kongo, Kanada, GUS-Staaten u. a. Die technische Herstellung des Tantals erfolgt nach Anreicherung der Erze durch Flotation. Es folgt der Aufschluss auf nasschemischem Weg mit konzentrierter Fluss- und Schwefelsäure, mithilfe von Salzschmelzen oder Chlorierung. Die Abtrennung des Tantals vom Niob erfolgt durch Lösungsmittelextraktion mit Tribenzylamin oder durch Destillation der Pentachloride. Das Metall erhält man entweder durch Reduktion des Kaliumheptafluorotantalats mit Natrium, durch Schmelzflusselektrolyse oder durch Reduktion des Pentaoxids mit Kohle.

Verwendung

Tantal wird aufgrund seiner chemischen Widerstandsfähigkeit und Festigkeit im chemischen Apparatebau verwendet bzw. zur Auskleidung chemischer Reaktoren, Wärmeaustauscher u. a. benutzt. In der Elektroindustrie wird es zur Herstellung von Kathoden in Röntgen- und Elektronenröhren, Tantalgleichrichtern und -kondensatoren, Isotopbatterien sowie als Getter in Elektronenröhren verwendet. Als Werkstoff für Gelenkimplantate, Knochennägel, Kieferschrauben, Pinzettenspitzen etc. wird es in der Medizin angewendet.

Wichtige Verbindungen

Zu den wichtigen Verbindungen sind zu zählen die Oxide (z. B. Ta2O5) sowie die Pentahalogenide TaX5.

Bau

Tantal kristallisiert in einem kubisch-raumzentrierten Metallgitter.

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