Tantal ist ein chemisches Element der fünften Nebengruppe im Periodensystem, mit dem Symbol Ta und der Ordnungszahl 73. Es ist ein seltenes Übergangsmetall, das heute in vielen verschiedenen Bereichen Verwendung findet.

Entdeckung & Namensgebung

Tantal wurde 1802 von Anders Gustav Ekeberg in einem Tantalit-Erz in Finnland entdeckt. Benannt wurde Tantal nach der griechischen Mythologie des Tantalos, da sich das von Ekeberg abgetrennte Tantal-V-Oxid in keiner Säure löste, von der es umgeben war.

Genauso wie Tantalos von Wasser umgeben war, das er aber nicht trinken konnte. Was in der Mythologie eine Bestrafung ist, wird bei Tantal als ideale Eigenschaft beschrieben, denn es entsteht ein Schutzschild, das Tantal robust und allergiefrei macht.

Physikalische Eigenschaften

  • Aggregatzustand: fest
  • Schmelztemperatur: 3000°C
  • Siedetemperatur: 6000°C
  • Kristallstruktur: kubisch-raumzentriert
  • Zugfestigkeit: 240 MPa
  • Dichte: 16,65 g/cm3 (bei 20 °C)

Mit ca. 3000°C besitzt Tantal den höchsten Schmelzpunkt aller Elemente – nach Wolfram, Kohlenstoff und Rhenium. Bei Einlagerungen von Kohlenstoff oder Wasserstoff steigt der Schmelzpunkt deutlich weiter an.

Durch seine hohe Duktilität lässt sich das Metall sehr gut dehnen und mechanisch verarbeiten, auch, wenn dies etwas aufwendig ist. Allerdings wird die Verarbeitung erschwert, je mehr Kohlenstoff und Wasserstoff beigemengt werden. Bei einer Sprungtemperatur von 4,3 Kelvin wird Tantal zum Supraleiter.

Chemische Eigenschaften

  • Oxidationszustände: 5
  • Oxide: leicht sauer
  • Elektronegativität: 1,5

Da Tantal kein Edelmetall ist, reagiert es unter hohen Temperaturen mit Nichtmetallen. Bei Raumtemperatur ist es jedoch durch Tantal-V-Oxid geschützt und ist dadurch passiviert, was ihm eine hohe Korrosionsbeständigkeit verleiht.

Auch in den meisten Säuren lässt sich Tantal nicht lösen, mit Ausnahme von Flusssäure, Oleum und Salzschmelzen. Als Pulver ist Tantal sehr leicht entzündbar. Außerdem ist reines Tantal allergiefrei und gesundheitlich unbedenklich, weswegen es auch in der Medizintechnik und als Schmuck verwendet wird.

Allerdings gibt es einige Tantal-Verbindungen, die Hinweise auf krebsauslösendes Verhalten zeigen. Bisher sind 30 Isotope und 26 Kernisomere von Tantal bekannt.

Aussehen

Tantal ist ein lilagraues/graphitgraues und glänzendes Schwermetall. Das eher dunklere Erscheinungsbild hat etwas ganz besonderes an sich und harmoniert hervorragend mit anderen Materialien.

Materialauswahl
Tantal

Härte: Wie hart ist Tantal?

Tantal ist extrem hart, schwer und robust mit einer Vickershärte von 60-120 HV und einer Mohshärte von 6,5. Es ist eindeutig härter als Silber und Gold, und ist damit im festen Zustand nicht so einfach verformbar.

Mohshärte im Vergleich:

tantal härte im vergleich
Die Härte von Tantal im Vergleich

Beständigkeit: Wie kratzfest ist Tantal?

Tantal ist hart, robust und sehr beständig. Daher weist es weniger Auffälligkeiten durch äußerliche Einflüsse auf als manch andere Metalle. Wie bei jedem Material, kann sich jedoch auch hier die Oberfläche durch viel Belastung langsam verändern, was jedoch deutlich geringer ausfällt.

Was macht Tantal so attraktiv?

Seltenheit

Attraktiv wirkt Tantal vor allem wegen seiner besonderen Eigenschaften und seiner Seltenheit. Dass Tantal eines der seltensten Elemente im Sonnensystem ist, wirkt sehr reizvoll.

Verträglichkeit

Besonders ist auch, dass es im festen Zustand eine Schutzschicht bildet, die es daran hindert mit seiner Umgebung zu reagieren. Deswegen wird Tantal oft für medizinische Implantate verwendet – für Tantal Schmuck bedeutet dies, dass reines Tantal allergiefrei ist und somit, auch nach langjährigem Tragen, keine gesundheitlichen Probleme verursacht.

Farbe und Designmöglichkeiten

Die besonders dunkle Farbe macht Tantal ebenfalls attraktiv. Das Metall lässt sich mit Edelmetallen verbinden und somit lassen sich kleine, mehrfarbige und kontrastreiche Kunstwerke erschaffen. Tantal zu verarbeiten ist zwar aufwendig, funktioniert aber sehr gut.

Robustheit

Außerdem ist Tantal beständig und hart, weswegen es ebenfalls ansprechend wirkt. Es ist robuster als manch andere Metalle und zeigt im Laufe der Jahre nur wenig Abnutzungserscheinungen.

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Wo findet man Tantal?

Vorkommen

Tantal ist sehr selten und kommt nur in einer Menge von 2ppm in der Erdkruste, und 8ppm in der Erdhülle vor. Des weiteren gibt es das Metall nicht in der Reinform, sondern nur als Erz in Verbindung mit anderen Mineralien, wie Niob. Die Hauptförderregionen für Tantal befinden sich in DR Kongo, Ruanda, Brasilien und Australien.

Gewinnung

Zuallererst muss Tantal von Niob getrennt werden, was ziemlich schwer ist, da die beiden Metalle sehr ähnliche Eigenschaften aufweisen. Dazu wird das Erz in Flusssäure gelöst und alle unlöslichen Bestandteile abgefiltert. Danach wird die Lösung mit Methylisobutylketon versetzt, wodurch die Niob- und Tantalkomplexe in ihre organische Phase übergehen – während andere Metalle als Flüssigkeit zurückbleiben.

Niob und Tantal sind somit von anderen Elementen abgetrennt. Wird nun Wasser hinzugegeben, löst sich der Niobkomplex darin erneut, während das Tantal im Methylisobutylketon allein zurückbleibt.

Tantal vs. Niob

Die Eigenschaften von Tantal sind denen von Niob sehr ähnlich. Beide Metalle treten in der Natur meist zusammen als Erze auf und sind schwer voneinander zu trennen. Bis Mitte des 19. Jahrhunderts wurden beide für dasselbe Element gehalten, bis bewiesen werden konnte, dass es sich um zwei verschiedene Metalle handelt.

Einen großen Unterschied gibt es jedoch in der Dichte, die bei Niob geringer (8,57 g/cm3 bei 20 °C) ist als bei Tantal (16,65 g/cm3 bei 20 °C). Niob ist nach Niobe benannt, die in der griechischen Mythologie Tantalos‚ Tochter ist.

Verwendung von Tantal

  • Durch seine hohe Permittivität und elektrische Leitfähigkeit wird Tantaloxid in der Mikroelektronik zum Bau kleiner Kondensatoren mit hoher Kapazität verwendet, die für den Bau von Mobiltelefonen und Automobilen genutzt werden.
  • Da Tantal durch seine Schutzschicht nicht mit Körpergeweben und -Flüssigkeiten reagiert, und somit allergiefrei und ungiftig ist, wird es auch in der Medizintechnik eingesetzt. Hier wird es für medizinische Instrumente und Implantate, wie z.B. Prothesen, verwendet.
  • Wegen seiner Beständigkeit findet es auch in der chemischen Industrie Verwendung. Hier werden meist Legierungen genutzt und in Wärmetauschern und Pumpen angewandt. Ebenso wie für Laborgeräte und Kathoden.
  • Außerdem wird Tantal auch für Schmuck verwendet, da es durch sein dunkles Erscheinungsbild auffällt, und sich durch seine Duktilität leicht verarbeiten lässt.

Was kostet Tantal?

Für Tantal gibt es keinen festen Preis. Die Kosten müssen mit dem jeweiligen Anbieter besprochen werden. Jedoch lässt sich beobachten, dass Tantal inzwischen teurer geworden ist und man mit einem Preis zwischen 100-300 Euro pro Kilogramm rechnen kann.

Tantal ist zwar kein Edelmetall, ist aber durch seine Seltenheit und seine besonders vorteilhaften Eigenschaften wertvoll. Durch seine Eigenschaften wird Tantal immer beliebter und wichtiger in vielen verschiedenen Industrien, darunter auch die Schmuckbranche, in der Tantal noch relativ neu ist.