Tantal
ist ein chemisches Element mit dem Symbol Ta und der Ordnungszahl 73. Es ist ein selten vorkommendes, duktiles, graphitgraues, glänzendes Übergangsmetall. Tantal wird vorwiegend für Kondensatoren mit hoher Kapazität bei gleichzeitig geringer Größe verwendet. Da das Metall ungiftig und in Bezug auf Körperflüssigkeiten inert ist, wird es auch für Implantate, etwa für Knochennägel, eingesetzt.
Benannt ist es nach Tantalos, einer Figur aus der griechischen Mythologie. Diesen Namen wählte man, um auf das Unvermögen anzuspielen, auch bei großer Menge an Säure nichts von dieser aufnehmen zu können. Erst 1844 gelang es zu beweisen, dass es zwei unterschiedliche Elemente in Columbit- und Tantalit-Erzen gibt, wobei das leichtere, im Columbit vorkommende, nach Niobe, der Tochter des Tantalos, Niob genannt wurde.
Vorkommen
Tantal ist mit einem Gehalt von 2 ppm in der kontinentalen Erdkruste bzw. 8 ppm in der Erdhülle ein seltenes Element auf der Erde. Im Sonnensystem ist Tantal sogar das seltenste stabile Element. Tantal kommt nicht gediegen, sondern nur in Form seiner Verbindungen in verschiedenen Mineralen vor. Auf Grund der Ähnlichkeit der beiden Elemente enthalten Tantalerze stets Niob und umgekehrt.
2011 entfielen geschätzte 40-50 % des weltweiten Tantalabbaus auf die Demokratische Republik Kongo, wobei bis zu 80% nach Ruanda geschmuggelt und von dort offiziell exportiert wurden.. 2007 waren dagegen noch Australien mit 850 Tonnen und Brasilien mit 250 Tonnen die wichtigsten Förderländer von Tantalerzen. Daneben findet man Coltan auch in Kanada und verschiedenen afrikanischen Ländern wie Äthiopien und Mosambik. In den Medien bekannt geworden sind die Vorkommen im Osten der Demokratischen Republik Kongo, die im Kongokrieg 1996–2008 stark umkämpft waren und in den nachfolgenden bewaffneten Konflikten weiterhin eine wichtige Rolle spielen.
Globale Tantalförderung
Einige Tantalerze wie Tantalit und Coltan, sowie deren Derivate wurden 2012 von der US-amerikanischen Börsenaufsicht SEC als so genanntes Konfliktmineral eingestuft, dessen Verwendung für Unternehmen gegenüber der SEC berichtspflichtig ist. Als Grund hierfür werden ebendiese Produktionsorte im Osten des Kongo angeführt, die von Rebellenkontrolliert werden und so im Verdacht stehen, bewaffnete Konflikte mit zu finanzieren.K 2 [ T a F 7 ] + 5 N a ⟶ T a + 5 N a F + 2 K F {\displaystyle \mathrm {K_{2}[TaF_{7}]+5\ Na\longrightarrow Ta+5\ NaF+2\ KF} }
Physikalische Eigenschaften
Tantal ist ein deutlich lilagraues, stahlhartes (Vickershärte: 60–120 HV), hochschmelzendes Schwermetall, das in den meisten seiner Eigenschaften dem Niob ähnelt. Es kristallisiert in einer kubisch-raumzentrierten Kristallstruktur. Mit einem Schmelzpunkt von etwa 3000 °C[35] besitzt Tantal den höchsten Schmelzpunkt aller Elemente nach Wolfram, Kohlenstoff und Rhenium. Ist im Metall nur eine geringe Menge Kohlenstoff oder Wasserstoff eingelagert, steigt der Schmelzpunkt deutlich an. Während reines Tantal duktil ist und sich stark dehnen lässt (Zugfestigkeit: 240 MPa), verändern schon kleine Mengen Beimengungen an Kohlenstoff oder Wasserstoff die mechanische Festigkeit deutlich. Das Material wird spröde und schwer zu verarbeiten.
Chemische Eigenschaften
Tantal ist ein unedles Metall und reagiert bei hohen Temperaturen mit den meisten Nichtmetallen, wie Sauerstoff, den Halogenen oder Kohlenstoff. Bei Raumtemperatur ist das Metall allerdings durch eine dünne Schicht aus Tantal(V)-oxid geschützt und damit passiviert. Eine Reaktion findet erst ab einer Temperatur von etwa 300 °C statt. Als Pulver 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. Das Metall in kompakter Form ist 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. Unter Laborbedingungen verursacht der Umgang mit Tantal und seinen Verbindungen normalerweise keine Probleme. Elementares Tantal wie auch Tantalverbindungen sind nicht toxisch.
Verwendung
Der größte Teil des Tantals (weltweite Jahresproduktionsmenge 1.400 t) wird für sehr kleine Kondensatoren mit hoher Kapazität verwendet. 2007 wurden 60 % des Tantals für die Herstellung von Kondensatoren gebraucht. Diese Tantal-Elektrolytkondensatoren werden überall in der modernen Mikroelektronik, beispielsweise für Mobiltelefone und im Automobilbau, eingesetzt. Die Wirkung beruht auf der selbst in sehr dünner Ausführung noch stabilen und sicher isolierenden Tantaloxidschicht auf der Oberfläche der aufgewickelten Tantalfolie. Da Tantal nicht giftig ist und nicht mit Körpergewebe oder -flüssigkeiten reagiert, wird elementares Tantal für medizinische Implantate und Instrumente eingesetzt. Es werden beispielsweise Knochennägel, Prothesen, Klammern und Kieferschrauben aus Tantal gefertigt.