Tantal – Steckbrief
- Symbol
- Ta
- Ordnungszahl
- 73
- Atommasse
- 180,948 u
- Periode
- 6
- Gruppe
- 5
- Kategorie
- Übergangsmetall
- Elektronenkonfiguration
- [Xe] 4f¹⁴ 5d³ 6s²
- Elektronegativität
- 1,5
- Atomradius
- 209 pm
- Valenzelektronen
- 5
- Aggregatzustand (Standardbedingungen)
- fest
- Schmelzpunkt
- 3017 °C
- Siedepunkt
- 5458 °C
- Dichte
- 16,4 g/cm³
- Entdeckt
- 1802
Tantal ist ein graublaues, dichtes und zähes Übergangsmetall mit der Ordnungszahl 73. Es widersteht fast allen Säuren, und aus seinem Oxid baut man winzige Kondensatoren, die in Smartphones und Notebooks stecken. Der Name erinnert an Tantalos, eine Gestalt der griechischen Sage, denn sein Oxid nahm aus Säuren nichts auf, so wie Tantalos im Wasser nicht trinken konnte. Das Erz Coltan ist durch den Abbau in Krisengebieten bekannt geworden.
Stellung im Periodensystem
Vorkommen und Gewinnung
Tantal kommt nicht als reines Metall vor. Wichtigstes Erz ist Tantalit, ein Eisen-Mangan-Mineral mit Tantal, das fließend in das niobreiche Columbit übergeht. Das Gemisch heißt im Handel Coltan. Wichtige Förderländer sind die Demokratische Republik Kongo, Ruanda, Brasilien und Australien.
Der Abbau von Coltan hat einen schlechten Ruf. Im Osten des Kongo geschieht er zum Teil in kleinen, schlecht gesicherten Gruben, und der Handel hat bewaffnete Gruppen mitfinanziert. Tantal gehört deshalb wie Zinn, Wolfram und Gold zu den sogenannten Konfliktmineralien. Ein Gesetz in den USA und eine Verordnung der EU verpflichten bestimmte Unternehmen zu Sorgfaltspflichten in der Lieferkette, damit ihre Rohstoffe nicht zur Finanzierung von Gewalt beitragen.
Entdeckt wurde das Element 1802 vom schwedischen Chemiker Anders Gustaf Ekeberg in Mineralen aus Schweden und Finnland. Den Namen wählte er, weil sich das Oxid in Säuren nicht löste, obwohl es davon umgeben war. Das erinnerte ihn an Tantalos, der im Wasser stand und nicht trinken konnte. Bald darauf hielt man Tantal und Niob für dasselbe Element, denn beide sind sich chemisch zum Verwechseln ähnlich. Erst um die Mitte des 19. Jahrhunderts wies Heinrich Rose nach, dass es zwei Elemente sind. Zur Trennung nutzt man heute Extraktionsverfahren aus Lösungen in Flusssäure.
Eigenschaften und Reaktionen
Tantal steht in Periode 6 und Gruppe 5, unter dem Niob aus Periode 5. Die Elektronenkonfiguration ist [Xe] 4f¹⁴ 5d³ 6s², die Elektronegativität beträgt 1,5. Das Metall hat eine Dichte von 16,4 g/cm³, schmilzt bei 3017 °C und siedet bei 5458 °C. Es ist damit mehr als doppelt so schwer wie Stahl. Niob und Tantal haben fast gleich große Atome, und das erklärt, warum sie sich so ähnlich verhalten. Verantwortlich ist die Lanthanoidenkontraktion: Entlang der Lanthanoide schrumpfen die Atome, und das gleicht den Größenzuwachs durch die zusätzliche Elektronenschale aus.
Tantal ist gut dehnbar und lässt sich zu Blech und feinem Draht verarbeiten. In Verbindungen hat es meist die Oxidationszahl plus fünf. An der Luft überzieht sich das Metall mit einer dichten, farblosen Schicht aus Tantalpentoxid, Ta₂O₅. Sie schützt so gut, dass bei Raumtemperatur selbst Salzsäure, Salpetersäure und Königswasser nichts ausrichten. Angegriffen wird Tantal von Flusssäure und von heißen, starken Laugen. Bei hoher Temperatur nimmt das Metall Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff auf und wird spröde.
Die Oxidschicht lässt sich elektrisch aufbauen. Das Oxid isoliert hervorragend und hat eine hohe Dielektrizitätskonstante. Genau diese Kombination macht Tantal für Kondensatoren so wertvoll.
Verwendung in Alltag und Technik
Der größte Teil des Tantals geht in die Elektronik. Ein Tantalkondensator besteht aus porösem Tantalpulver, das zu einem Körper gesintert und mit Tantaloxid überzogen wird. Die riesige Oberfläche und die hauchdünne Isolierschicht speichern viel Ladung auf kleinstem Raum. Solche Bauteile arbeiten zuverlässig und lange, deshalb stecken sie in Smartphones, Notebooks, Kameras, Autoelektronik und Hörgeräten, aber auch in Herzschrittmachern. Lithiumtantalat-Kristalle dienen in Filtern für den Funkverkehr von Mobiltelefonen.
Gefragt ist Tantal auch in der Chemietechnik. Behälter, Wärmetauscher und Auskleidungen aus Tantal halten heißen, aggressiven Säuren stand, bei denen selbst Edelstahl versagen würde.
Sehr wichtig ist Tantal auch in der Medizin. Der Körper verträgt das Metall ausgezeichnet, und es ist im Röntgenbild gut zu erkennen. Daraus fertigt man Schädelplatten, Klammern, Markierungen und poröse Teile von Gelenkimplantaten, in die Knochen einwächst. Hinzu kommen Superlegierungen für Düsentriebwerke, Hartmetalle mit Tantalcarbid und Beschichtungsmaterial für die Halbleiterfertigung.
Kurz gefragt
Welche Ordnungszahl hat Tantal (Ta)?
Häufige Fragen
Warum heißt Tantal so?
Der Name stammt von Tantalos, einem König der griechischen Sage, der zur Strafe bis zum Kinn im Wasser stand und doch nie trinken konnte. Ekeberg sah darin ein Bild für das Metalloxid, das sich in Säuren nicht auflöste.
Was ist Coltan?
Coltan ist ein Handelsname für ein Erzgemisch aus Columbit und Tantalit, aus dem man Niob und vor allem Tantal gewinnt. Weil ein Teil davon aus Konfliktregionen stammt, achten Hersteller zunehmend auf geprüfte Lieferketten und Recycling.
Wie unterscheiden sich Tantal und Niob?
Beide stehen in derselben Gruppe, haben fast gleich große Atome und kommen im selben Erz vor. Tantal ist aber fast doppelt so dicht und schmilzt höher. Es dominiert bei Kondensatoren, während Niob vor allem in Stahl und Supraleitern gebraucht wird.