Tantal / Tantalum

Tantal wurde 1802 von Anders Gustav Ekeberg in Schweden entdeckt. Bei der Arbeit mit verschiedenen Erzen trennte er ein sehr beständiges Tantal-Oxid ab, das sich in keiner Säure lösen ließ. Benannt ist das Element nach Tantalos, einer Figur der griechischen Mythologie. Diesen Namen wählte der Forscher, um auf das Unvermögen, auch bei großer Menge an Säure nichts von dieser aufnehmen zu können, anzuspielen.

Nach der Entdeckung des neuen Elements wurde von verschiedenen Chemikern versucht, Tantal auch in elementarer Form herzustellen. Der erste, der elementares Tantal durch Reduktion von Kaliumheptafluorotantalat mit Kalium darstellte, war Jöns Jakob Berzelius im Jahr 1824 . Allerdings bestand sein Metall nur zu 50 % aus Tantal.

Der erste Forscher, der reines Tantal herstellen konnte, war Werner von Bolton. Er erreichte dies 1903 durch die Reduktion der glühenden Oxide unter Vakuum und durch das Schmelzen von unreinem Tantal im Vakuum und elektrischem Flammenbogen.

Tantal ist ein deutlich lilagraues, glänzendes, stahlhartes und hochschmelzendes Schwermetall, das in vielen seiner Eigenschaften dem Niob ähnelt. Es kristallisiert kubisch-raumzentriert.

Mit einem Schmelzpunkt von etwa 3000 °C besitzt Tantal den höchsten Schmelzpunkt aller Elemente nach Wolfram, Kohlenstoff, Rhenium und Osmium. Ist im Metall nur eine geringe Menge Kohlenstoff oder Wasserstoff eingelagert, steigt der Schmelzpunkt sogar noch deutlich an.

Während elementares Tantal duktil ist und sich stark dehnen lässt , verändern schon kleine Zugaben von Kohlenstoff oder Wasserstoff die mechanische Festigkeit deutlich. Das Material wird spröde kann nur schwer verarbeitet werden. Diese Eigenschaft wird besipielsweise bei der herstellung von Tantalpulver ausgenutzt. Zuerst wird es mit Wasserstoff beladen und somit versprödet, danach zerkleinert und bei höherer Temperatur durch Ausheizen wieder vom Wasserstoff befreit.

Unterhalb einer Sprungtemperatur von 4,3 Kelvin wird Tantal zum Supraleiter.

Bei Tantal handelt es sich um ein unedles Metall, dass bei hohen Temperaturen mit den meisten Nichtmetallen, wie Sauerstoff, den Halogenen oder Kohlenstoff reagiert. Bei Raumtemperatur ist Tantal jedoch durch eine dünne Schicht aus Tantal(V)-oxid geschützt. Eine Reaktion findet somit erst ab einer Temperatur von ca. 300 °C statt. In Pulverform ist es ein entzündbarer Feststoff, der durch kurzzeitige Einwirkung einer Zündquelle leicht entzündet werden kann und dann nach deren Entfernung weiterbrennt. Die Entzündungsgefahr ist umso größer, je feiner der Stoff verteilt ist. In kompakter Form ist es nicht brennbar.

In den meisten Säuren ist Tantal wegen der Passivierung nicht löslich, sogar Königswasser vermag das Metall nicht zu lösen. Angegriffen wird Tantal nur von Flusssäure, Oleum (einer Mischung von Schwefelsäure und Schwefeltrioxid) und Salzschmelzen.

2007 wurden 60% der weltweiten Jahresproduktionsmenge von 1.400 t zur herstellung von Kondensatoren verwendet. Diese Tantal-Elektrolytkondensatoren werden beispielsweise in der modernen Mikroelektronik, für Mobiltelefone und im Automobilbau, eingesetzt.

Aufgrund der Verträglichkeit gegenüber des menschlichen Organismus wird elementares Tantal ebenso für medizinische Instrumente und Implantate eingesetzt. So werden zum Beispiel Prothesen, Klammern, Knochennägel, und Kieferschrauben aus Tantal gefertigt.

Auch in der chemischen Industrie wird auf Tantal gesetzt. Wegen seiner hohen Beständigkeit dient es unteranderem als Auskleidungsmaterial für Reaktionskessel und wird für Wärmeaustauscher und Pumpen verwendet.

Superlegierungen, die bei dem Bau von Flugzeugtriebwerken und Turbinen eingesetzt werden, enthalten bis zu 9% Tantal. Die Zugabe zu einer Nickel-Superlegierung erhöh die Festigkeit des Materials bei hohen Temperaturen.

Elementares Tantal und Tantal(V)-oxid haben nur ein sehr geringes toxisches Potenzial. Das Freisetzen und Einatmen von Stäuben ist aber auf jeden Fall trotzdem zu vermeiden.
In Pulverform ist es ein entzündbarer Feststoff, der durch kurzzeitige Einwirkung einer Zündquelle leicht entzündet werden kann und dann nach deren Entfernung weiterbrennt. Die Entzündungsgefahr ist umso größer, je feiner der Stoff verteilt ist. In kompakter Form ist es nicht brennbar.