Tantal

Tantal, chemisches Symbol Ta, grau glänzendes metallisches Element mit der Ordnungszahl 73, das zusammen mit Vanadium, Niob und Dubnium in der fünften Nebengruppe des Periodensystems steht.

Tantal wurde 1802 von dem schwedischen Chemiker und Mineralogen Anders Gustaf Ekeberg entdeckt. Er benannte das Element nach König Tantalus aus der griechischen Mythologie. Denn Tantalpentoxid bildet mit Säuren kein Salz, so dass es „unter der Säure schmachten muss und seinen Durst nicht löschen kann wie Tantalus in der Unterwelt”. Da sich Tantal und das 1801 entdeckte Niob (benannt nach Tantalus’ Tochter Niobe) chemisch sehr ähneln, nahm man lange Zeit an, dass beide identisch seien. Erst der deutsche Chemiker Heinrich Rose wies 1844 nach, dass es sich um zwei verschiedene Elemente handelt; das wurde 1866 von dem französischen Chemiker Charles de Marignac bestätigt. Bereits 1815 konnte der schwedische Chemiker Jöns Jakob Freiherr von Berzelius Tantal in elementarer, aber verunreinigter Form darstellen. Die Erzeugung von reinem Tantalmetall gelang erstmals 1903 dem deutschen Chemiker Werner von Bolton.

In der Natur kommt Tantal nahezu ausschließlich als Isotop Tantal 181 (99,99 Prozent) vor, nur ein geringer Anteil entfällt auf das leicht radioaktive Tantal 180 (0,01 Prozent). Künstlich erzeugen ließen sich bisher mehr als 30, meist radioaktive Isotope (¹⁵⁶Ta-¹⁸⁸Ta). Tantal tritt in der Natur nur in Verbindungen auf, häufig in Erzen gemeinsam (vergesellschaftet) mit Niob. Wichtige tantalhaltige Minerale sind Columbit ((Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆) und Tantalit ((Fe,Mn)Ta₂O₆). Ein Gemisch aus Columbit und bis zu 45 Prozent Tantalit wird auch Coltan genannt. Tantalit kann bis zu 80 Prozent Ditantalpentaoxid oder Tantalpentoxid (Ta₂O₅) enthalten. Unter den Elementen der Erdkruste steht Tantal an 51. Stelle.

Reines Tantalmetall ist grau glänzend und lässt sich gut schmieden, walzen und ziehen. Schon durch geringe Verunreinigungen wird das Metall brüchig und spröde. Tantal schmilzt bei 2 996 °C und siedet bei 5 425 °C. Es besitzt eine Dichte von 16,6 Gramm pro Kubikzentimeter und eine Atommasse von 180,948 u. Unterhalb -269 °C wird Tantal supraleitend.

An der Luft ist ein massiver Block aus Tantal beständig, Tantalpulver (pyrophor) hingegen verbrennt mit dem Luftsauerstoff zu Tantalpentoxid (Ta₂O₅). Von Nichtmetallen wie den Halogenen, Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff wird Tantal bei sehr hohen Temperaturen oxidiert. Die meisten Säuren greifen das Element nur wenig an, weil sich auf der Metalloberfläche eine schützende Oxidschicht bildet (siehe Passivierung); sie verhindert eine Weiterreaktion. Dagegen lösen heiße, konzentrierte Schwefelsäure und Flusssäure (siehe Fluor) das Metall auf. Auch durch eine Schmelze mit Alkalihydroxiden wird Tantal in wasserlösliche Salze überführt. In seinen Verbindungen tritt Tantal mit den Oxidationsstufen -3 bis +5 auf; am stabilsten ist die Stufe +5. Beispiele dafür sind das hellgelbe Tantalpentachlorid (TaCl₅) und das weiße Ditantalpentaoxid oder Tantalpentoxid (Ta₂O₅); von Letzterem abgeleitet sind die Tantalate(V) ([Ta₂O₇]^4-).

Tantal wird in Form von Legierungen (mit Wolfram) u. a. zur Herstellung korrosionsfester Werkstoffe verwendet, die man z. B. zum Bau von Anlagen der chemischen Industrie oder zur Auskleidung von Brennkammern in Flugzeug- oder Raketentriebwerken benötigt. Außerdem nutzt man diese Werkstoffe zur Produktion von Medizinzubehör (u. a. Pinzetten, Kanülen, Klammern, Zahnbohrer), zur Fertigung von Spinndüsen in der Textilindustrie. Wegen seiner guten elektrischen Leiteigenschaften und Hitzebeständigkeit wird Tantal ferner zur Herstellung von miniaturisierten Kondensatoren in elektronischen Schaltkreisen, z. B. in Computern oder Handys, oder für Gleichrichter in Niederspannungsschaltkreisen, etwa Eisenbahnsignalanlagen, verwendet. Tantallegierungen sind weiterhin Ausgangsmaterial für Thermoelemente und Supraleiter. Bedeutend ist auch die Verarbeitung von Ferrotantal, einer Eisenlegierung (bis zu 60 Prozent Tantal), zu Spezialstählen.