Periodensystem: Tantal

Das grau glänzende Schwermetall ähnelt dem Niob und besitzt eine sehr hohe Schmelztemperatur, nur Wolfram, Rhenium und Osmium übertreffen es darin. Verunreinigungen mit Kohlenstoff oder Wasserstoffeinlagerungen erhöhen den Schmelzpunkt. Tantalcarbid TaC übertrifft mit einer Schmelztemperatur von 3983 °C sogar den Diamanten. Reines Tantal ist gut dehnbar und kann gut zu Blechen und Drähten gewalzt werden. Durch die Aufnahme von Wasserstoff oder von Stickstoff wird es aber hart und brüchig. Tantal kristallisiert in der kubischen Kristallform. Das künstlich hergestellte Tantalkristall auf dem Foto oben zeigt würfelförmige und oktaedrische Strukturen.

Tantal ist relativ unedel. An der Luft überzieht es sich mit einer schützenden Oxidschicht und ist daher gegen die meisten Säuren und Laugen widerstandsfähig. Die blauschillernden Farben beim Erhitzen des Metalls mit einem Brenner werden durch dünne Oxidschichten verursacht. Diese sind auch für den leicht lilagrauen Glanz des kompakten Metalls verantwortlich. Tantalpulver verbrennt nach dem Entzünden mit einem Brenner an der Luft mit heller Flamme zu Tantal(V)-oxid. Die Oxide des Tantals bilden mit Wasser eine saure Lösung und werden als saure Erden bezeichnet. Flusssäure, heiße rauchende Schwefelsäure, geschmolzene Alkalihydroxide und erhitztes Chlor, Fluor, Brom, sowie heißer Schwefel können Tantal angreifen.

Das elementare Tantal und auch das Tantal(V)-oxid haben nur ein geringes toxisches Potenzial. Das Freisetzen und Einatmen von Stäuben ist aber auf jeden Fall zu vermeiden.

Häufigkeit selten

In der Natur tritt Tantal nie elementar auf. Ein wichtiges Tantalerz ist das Mischmineral Columbit, in dem Tantal stets mit Nioberzen vergesellschaftet ist. Bedeutende Vorkommen der Tantalerze liegen zum Beispiel in Australien, Brasilien, Ruanda, Kongo oder Kanada.

1802 analysierte der schwedische Chemiker Anders Gustaf Ekeberg (1767–1813) Minerale von der finnischen Insel Kimitoön und aus dem schwedischen Ytterby. Aus den Mineralen isolierte er ein Oxid, in dem er ein neues Element vermutete. Er benannte es mit dem Namen Tantalum in Anlehnung an die griechische Sagenwelt: Ekeberg schrieb dazu 1803: „Das neue Metall nenne ich Tantalum, theils dem Gebrauche zufolge, welcher Name aus der Götterlehre gut heißt, theils auf sein Unvermögen, mitten im Überflusse von Säure etwas von derselben anzunehmen und gesättigt zu werden, anzuspielen..." [Lit. 146] Dem Tantalpentoxid ist die Bürde auferlegt, dass es wie Tantalos – mitten in einem Teich stehend – seinen Durst nicht löschen kann und mit Säuren nicht reagiert.

Schon 1801 hatte der englische Mineraloge Charles Hatchett (1765–1847) in London aus einem Flusssand aus Massachusettes ein neues Oxid isoliert. Das darin vermutete Element nannte er Columbium zu Ehren von Christoph Kolumbus. Das im Flusssand enthaltene Mineral benannte er Columbit. William Hyde Wollaston (1766–1828) verglich 1809 die beiden gewonnenen Oxide von Hatchett und Ekeberg und kam zum Schluss, dass darin das gleiche Element enthalten sei. Diese Meinung setzte sich dann zwischenzeitlich durch. Es kamen aber auch Zweifel auf, ob es sich überhaupt um ein neues Element handelt. Der deutsche Chemiker Heinrich Rose (1795–1864) untersuchte Minerale der Columbit-Tantalit-Serie aus den USA und aus Bayern. Im Jahr 1846 isolierte er daraus ein hydratisiertes Oxid, das er „Niobsäure“ nannte. Er entdeckte, dass sich die „Niobsäure“ von der „Tantalsäure“ (hydratisiertes Tantalpentoxid) chemisch unterscheidet. Rose benannte das neue Element Niobium (Niob) nach Niobe, der Tochter des griechischen Sagenkönigs Tantalos. [Lit. 7, 138]

Die Entdeckung des Elements Tantal

Anders Gustaf Ekeberg (links) entdeckte 1802 als erster das vermutete Element in zwei Mineralen.
J.J. Berzelius (Mitte) stellte 1815 unreines Tantal her, das wahrscheinlich mit Niob vermischt war.
Heinrich Rose (rechts) unterschied 1846 Tantal und Niob als zwei verschiedene Elemente.

1866 konnte der Schweizer Chemiker Jean Charles Galissard de Marignac (1817–1894) in Genf die beiden Verbindungen aus einem Gemisch chemisch voneinander abtrennen und bewies damit endgültig, dass sie sich chemisch unterscheiden und dass sie aus zwei verschiedenen Elementen aufgebaut sind. Sehr unreines Tantal erzeugte J.J. Berzelius (1779–1848) schon im Jahr 1815 aus Kaliumheptafluorotantalat und Kalium. Es dauerte bis zum Jahr 1903, bis Werner von Bolton (1868–1912) durch eine Reduktion von Kaliumheptafluorotantalat mit Natrium relativ reines Tantal darstellen konnte. Ab 1905 kamen dann Glühlampen mit Tantalfaden als Ersatz für die Kohlefadenlampen auf den Markt. In den folgenden Jahren setzten sich aber die Glühlampen mit einem Faden aus Wolfram durch. Ab 1922 erfolgte der Einsatz von Tantal in Gleichrichtern und ein Jahr später in Elektronenröhren für Radios.

Die Tantal-Niob-Erze werden zunächst durch Flotation angereichert und dann mit Schwefel- oder Flusssäure aufgeschlossen. Früher erfolgte die Abtrennung der Tantalsalze von den Niobsalzen nach dem Marignac-Verfahren durch fraktionierte Destillation der Fluoride, heute gelingt die Trennung durch Lösungsmittelextraktion mit Tribenzylamin oder Methylisobutylketon. Das Metall kann man durch eine Reduktion von Tantalpentoxid mit Kohle bei sehr hohen Temperaturen gewinnen:

Das erhaltene Tantalpulver wird gereinigt und anschließend zu Barren gepresst.

Aufgrund der chemischen Beständigkeit wird das Tantal im chemischen Apparatebau zur Auskleidung von Reaktoren oder in Pumpen und Wärmeaustauschern eingesetzt. Ferner dient es zur Herstellung von Laborgeräten, Tiegeln, Spateln und Schalen. In der chirurgischen Medizintechnik dient es als Werkstoff für Knochennägel, Gelenkimplatate, Klammern und Schrauben, ferner auch für chirurgische Instrumente und Zahnarztbohrer. Tantal-Niob-Stähle eignen sich als hitzebeständige Werkstoffe in Raketentriebwerken. Tantalcarbid TaC ist ein extrem harter Werkstoff für die Herstellung von Schneidwerkzeugen. In der Elektronik wird Tantal für Tantal-Kondensatoren oder Gleichrichter verwendet.