Tantal

Tantal - chemisches Zeichen Ta, Ordnungszahl 73 - ist ein grau glänzendes, zähes, in reiner Form duktiles, im kubisch-raumzentrierten Gitter kristallisierendes, unedles, durch Passivierung widerstandsfähiges, chemisches Element aus der Gruppe der Übergangsmetalle (Gruppe 5, Vanadiumgruppe).

Übersicht: Allgemeine Daten zum Tantal

Bezeichnung:Tantal Symbol:Ta Ordnungszahl:73 Atommasse:180,94788(2) u Periodensystem-Stellung:6. Periode, 5. Gruppe, d-Block, Übergangselemente. Gruppen-Zugehörigkeit:Vanadium-Gruppe. Entdeckung:1802 - Anders Gustaf Ekeberg. Bedeutung des Namens:Tantalos aus der griechischen Mythologie. Englischer Name:Tantalum CAS-Nummer:7440-25-7 InChI-Key:GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N

Das Tantal-Atom

Das Ta-Atom - und damit das chemische Element Tantal - ist eindeutig durch die 73 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Tantal-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Tantal-Isotope bzw. Tantal-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Tantal-Vorkommen bestehen aus einem Isotopengemisch mit zwei verschiedenen Nukliden; die relative Atommasse wird daher mit 180,94788(2) u angegeben.

Elektronenkonfiguration

Symbol

Kurzform

[Xe] 4f¹⁴ 5d³ 6s²

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE des Tantals auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Ta-Atom zu trennen.

1. IE:

7,54957 eV

2. IE:

3. IE:

4. IE:

5. IE:

6. IE:

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Tantal-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p_1/2	2p_3/2
67416	11682	11136	9881

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p_1/2	3p_3/2	3d_3/2	3d_5/2
2708	2469	2194	1793	1735

NI	NII	NIII	NIV	NV	NVI	NVII
4s	4p_1/2	4p_3/2	4d_3/2	4d_5/2	4f_5/2	4f_7/2
563,4	463,4	400,9	237,9	226,4	23,5	21,6

OI	OII	OIII	OIV	OV
5s	5p_1/2	5p_3/2	5d_3/2	5d_5/2
69,7	42,2	32,7

Weitere Daten

Atomradius:200 pm (berechnet)
145 pm (empirisch, nach Slater) Kovalente Radien:170(8) pm (nach Cordero et al.)
146 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
126 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
119 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.) Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:10,85 cm³ mol^-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ω_K: 0,952; ω_L1: 0,144; ω_L2: 0,28; ω_L3: 0,251 Coster-Kronig-Übergänge:F₁₂: 0,118; F₁₃: 0,328; F₂₃: 0,134 Termsymbol:4F_3/2

Ionenradius

Ionenradien der Ta(III)-, Ta(IV)- und Ta(V)-Kationen in pm:

Ion	KoZ	I_effektiv	I_kristall	Anmerkungen
Ta³⁺ Ta⁴⁺ Ta⁵⁺	6 6 6	72 68 64	86 82 78

Spektrallinien des Tantals

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Tantals mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Chemische Daten

Elektronegativität:1,50 nach Pauling
1,34 nach Allen
4,11 eV nach PearsonElektronaffinität:0,323(12) eV bzw. 31(2) kJ mol^-1Oxidationsstufen:+5

Standardpotentiale

Normalpotential des Tantals:

E⁰ (V)	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox
-0,750	+ V	Tantal(V)-oxid	Ta₂O₅ + 10 H⁺	+ 10 e^-	⇔	2 Ta (s) + 5 H₂O	Tantal	0
-0,6	+ III	Tantal(III)-Kation	Ta³⁺	+ 3 e^-	⇔	Ta (s)	Tantal	0
-0,45	+ V	Tantalheptafluorid-Dianion	TaF₇^2-	+ 5 e^-	⇔	Ta + 7 F^-	Tantal	0

Material- und physikalische Eigenschaften des Tantals

Die nachfolgende Übersicht führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen metallischen α-Tantals auf.

Schmelzpunkt:3017 °C Schmelzenthalpie (molar):36,57 kJ mol^-1 Siedepunkt:5455 °C Verdampfungsenthalpie:753 kJ mol^-1 Wärmekapazität:25,36 J mol^-1 K^-1 (molar)
0,14 J g^-1 K^-1 (spezifisch) Debye-Temperatur:246 K Thermische Leitfähigkeit:57,5 W m^-1 K^-1 Wärmeausdehnung:6,3 μm m^-1 K^-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:7,61 × 10⁶ A V^-1 m^-1 Elektrischer Widerstand:131 nΩ m bei 20 °C Dichte:16,69 g cm^-3 bei 20 °C
15 g cm^-3 (flüssig, am Schmelzpunkt) Elastizitätsmodul:185,7 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):200 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,0050 GPa^-1 300 K Poisson-Zahl:0,34 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:kubisch-raumzentriert - bcc Gitterkonstanten:a = 330,58 pm Raumgruppe:lm3m - Nr. 229 Härte:nach Mohs: 6,5
nach Vickers: 0,873 GPa
nach Brinell: 0,8 GPa
nach Brinell (neu): 0,441 - 1,224 GPa (geglüht) Magnetismus:paramagnetisch Magnetische Suszeptibilität:1,8 × 10^-4 cm³ mol^-1 Schallgeschwindigkeit:3400 m s^-1 bei 20 °C Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol^-1 (Feststoff, Kristall)
782,0 kJ mol^-1 (gasförmig) Gibbs Freie Enthalpie:739,3 kJ mol^-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:41,5 J mol^-1 K^-1 (Feststoff, Kristall)
185,2 J mol^-1 K^-1 (gasförmig)

Neben der α-Modifikation ist auch das metastabile β-Tantal bekannt, das eine tetragonale Kristallstruktur mit den Gitterparametern a = 1019,4 pm und c = 531,3 pm (Raumgruppe P42/mnm) besitzt und sich bei der Schmelzelektrolyse von Tantalfluorid bildet.

Externe Informationsangebote

Gruppenelemente - Informationen

Übergangsmetalle
Übergangsmetalle Gruppen 3-12; Innere Übergangsmetalle. Universität Marburg - Format: PDF

Vanadium-Gruppe
Vorlesungsmaterialien: Chemie der Metalle. Universität Freiburg

Einzelne Verbindungen

Tantal und Tantalverbindungen
Datenbank-Suchformular: Eigenschaften, Sicherheitsdaten und Produktdaten von Vanadium und Vanadiumverbindungen

Chemische Reaktionen

Übergangsmetall-katalysierte Reaktionen
Vorlesungsskript. Universität des Saarlandes - Format: PDF

Synthese, Herstellung, Produktion

Übergangsmetalle
Skript: Gewinnung und Reinigung der Übergangsmetalle - Format: PDF

Übergangsmetalle
Gewinnung und Reinigung. FH Münster - Format: PDF

Mineralogie

Tantalhaltige Minerale
Informationen zum Tantal und den Tantalmineralien. Mineralienatlas

Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 15.05.2020.

Permalink: https://www.internetchemie.info/chemische-elemente/tantal.php