Neue Grenzen Erforscht

Tantal ist ein chemisches Element mit dem Symbol Ta und der Atomzahl 73. Der Name Tantal, das früher unter der Bezeichnung Tantalium bekannt war, stammt von Tantalus, einer Figur aus der griechischen Mythologie.[3] Tantal ist ein seltenes, hartes, blaugraues, glänzendes und stark korrosionsbeständiges Übergangsmetall. Es gehört der Gruppe der Refraktärmetalle an, die als kleinere Bestandteile eine breite Anwendung in Legierungen finden. Dank seiner chemischen Trägheit ist Tantal ein wertvolles Element für Laborgeräte und ein Ersatz für Platin. Gegenwärtig wird Tantal aber hauptsächlich für Kondensatoren von elektronischen Geräten wie Handys, DVD-Player, Video-Game-Systeme und Computer verwendet. Tantal, und dessen chemischer Verwandter Niob kommen in den Mineralien Tantalit, Kolumbit und Coltan (einem Gemisch aus Kolumbit und Tantal) vor.

Tantal ist dunkelfarbig (blaugrün), dicht, duktil, sehr hart, leicht zu bearbeiten und besitzt eine starke Wärme- und elektrische Leitfähigkeit. Das Metall ist bekannt für seine Korrosionsbeständigkeit gegen Säuren; in der Tat widersteht Tantal bei Temperaturen unter 150°C fast vollständig den normalerweise aggressiven Königswasser-Angriffen. Es kann gelöst werden durch Fluorwasserstoffsäure oder Fluoridion und Schwefeltrioxid enthaltende Säurelösungen, sowie durch eine Kaliumhydroxidlösung. Der hohe Schmelzpunkt von Tantal von 3017 °C (Siedepunkt bei 5458 °C) wird nur von den Metallen Wolfram, Rhenium und Osmium, sowie von Kohlenstoff übertroffen.

Tantal existiert in zwei kristallinen Phasen, alpha und beta. Die Alpha-Phase ist relativ duktil und weich; sie weist eine kubisch-raumzentrierte Struktur auf (Raumgruppe Im3m, Gitterkonstante a = 0.33058 nm), Knoop-Härte 200–400 HN, elektrischer Widerstand 15–60 µΩּcm. Die Beta-Phase ist hart und brüchig; ihre Kristallsymmetrie ist tetragonal (Raumgruppe P42/mnm, a = 1.0194 nm, c = 0.5313 nm), Knoop-Härte 1000–1300 HN, relativ hoher elektrischer Widerstand von 170–210 µΩּcm. Die Beta-Phase ist metastabil und wird nach Erhitzen der Alpha-Phase auf 750–775 °C erreicht. Tantal in unverarbeitetem Zustand existiert fast ausschließlich in Alpha-Phase, während die Beta-Phase als dünner Film vorkommt, den man durch Magnetron-Sputtern, chemische Dampfphasenabscheidung oder elektrochemische Abscheidung aus einer eutektischen Salzschmelzlösung erhält.

Tantal bildet Oxide in den Oxidationszuständen +5 (Ta2O5) und +4 (TaO2). Der stabilste Oxidationszustand ist +5, Tantalpentoxid. Tantalpentoxid ist das Ausgangsmaterial für diverse Tantalverbindungen. Die Verbindungen kommen durch Lösen des Pentoxids in basischen Hydroxidlösungen oder durch Schmelzen in anderen Metalloxiden zustande. Beispiele dafür sind Lithiumtantalat (LiTaO3) und Lanthantantalat (LaTaO4). Im Lithiumtantalat kommt das Tantalation TaO−3 nicht vor; dagegen weist dieser Teil der Formel eine Verkettung des TaO7−6 Oktaeders mit einem dreidimensionalen Perovskite Rahmen auf; während das Lanthantantalat tetraedrische TaO3−4 Ionengruppen aufweist.

Tantalfluoride können zur Trennung von Niob verwendet werden.[19] Tantal bildet Halogenverbindungen in den Oxidationszuständen +5, +4, und +3 vom Typ TaX5, TaX4, und TaX3, auch wenn Core-Komplexe und unterstöchiometrische Verbindungen ebenso bekannt sind. Tantalpentafluorid (TaF5) ist ein weißer Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 97.0 °C und Tantalpentachlorid (TaCl5) ist ein weißer Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 247,4 °C. Tantalpentachlorid hydrolisiert in Wasser und reagiert mit zusätzlichem Tantal bei hohen Temperaturen, indem es das schwarze und stark hygroskopische Tantaltetrachlorid (TaCl4) bildet. Während Trihalogenverbindungen durch Reduktion von Pentahalogenen mit Wasserstoff entstehen, existieren keine Dihalogenverbindungen. Eine Tantaltellurlegierung bildet Quasikristalle. Von Tantalverbindungen in Oxidationszuständen von −1 wurde 2008 berichtet.

Ähnlich wie im Fall der meisten anderen Refraktärmetalle sind die härtesten bekannten Tantalverbindungen dessen stabile Nitride und Karbide. Tantalcarbid (TaC) ist wie das häufiger angewendete Wolframcarbid ein sehr hartes Keramik, das für Schneidewerkzeuge verwendet wird. Tantal(III)-Nitrid wird als dünner Isolierfilm bei einigen mikroelektrischen Fertigungsprozessen verwendet. Chemiker des Los Alamos National Laboratory in den USA haben ein Tantal-Carbid-Graphit-Verbundmaterial entwickelt, das eines der härtesten synthetisch hergestellten Materialien aller Zeiten ist. Koreanische Forscher haben eine amorphe Tanta-Wolfram-Kupfer-Legierung entwickelt, die biegsamer und 2-3 Mal widerstandsfähiger als herkömmliche Stahllegierungen ist. Es existieren zwei Tantalaluminide, TaAl3 und Ta3Al. Diese sind stabil, feuerfest und reflektierend und wurden als Beschichtungen von Infrarotwellen-Spiegel vorgeschlagen.