Ta

Condensator

Van­wege de zeer goede diëlektrische eigenschappen wordt tantaal(V)oxide (Ta_2­O₅) als diëlektri­cum ge­bruikt voor con­den­satoren en gelijkrichters. Hierdoor is het mogelijk zeer kleine, hoogwaardige condensatoren te maken met een grote capaciteit, die onder andere worden toegepast in satellieten en mobiele telefoons. Voor (grote) condensatoren wordt tantaal in blad- of draadvorm gebruikt.

Vacuümbuisgloeidraad

Tantaallegeringen hebben een hoog smeltpunt, een zeer lage damp­span­ning, een goede geleidbaarheid en zijn zeer sterk. Daardoor zijn ze bijzonder geschikt voor het maken van gloeidraden voor vacuümbuizen (onder andere voor röntgenapparatuur).

Snijgereedschap

Staal gelegeerd met tantaal is bijzonder hard en sterk, ook bij hogere tempe­raturen. Het is bovendien erg corrosie bestendig. Het wordt veel toegepast in snijge­reedschap, zoals chirurgische instrumenten, boren voor tandart­sen en slijpap­paraten. Ook tantaalcarbide, -nitride en -boride worden hiervoor gebruikt.

Cameralens

Het toevoegen van tantaaloxide (Ta₂O₅) aan glas verhoogt de brekingsindex en vermindert de aberratie (vervaging). Dit glas is zeer geschikt voor lenzen van came­ra's en andere optische apparatuur.

Raket

Voor onderdelen van vliegtuigen en raketten, die hard en hittebestendig moeten zijn, worden tantaallegeringen als tantaalstaal en tantaalnikkel gebruikt (met ca. 5 % tantaal).

Brilmontuur, prothese

Ons lichaam verdraagt een legering van tantaal en titaan goed. Het vertoont vrijwel geen verschijnselen van metaalallergie of afstoting. Het materiaal is bijzonder sterk en zeer corrosiebestendig­, en wordt daarom gebruikt voor brilmonturen en protheses.

Meer toepassingen

Als element en in legeringen

• gasturbines (o.a. met Fe, Cu en/of Ni)
• geneeskunde (chirurgie): implantaten, schroeven, krammen en instrumenten
• nucleaire installaties (Ta,Zr)
• uurwerken

In verbindingen

• lichtmodulator                                                           LiTaO₃
• hoogfrequentfilters, o.a. voor radio en TV                LiTaO₃
• oven voor zeer hoge temperatuur                            Ta₂O₅
• polijstmateriaal                                                         TaC

Naam

De naam tantaal is afgeleid van koning Tantalus uit de Griekse mythologie - net zoals het begrip tantaluskwelling. Tantalus, zoon van Zeus, had de toorn van de goden gewekt en moest als straf tot zijn kin in het water staan. Toch kon hij zijn dorst niet lessen, want zodra hij wilde drinken zakte het water buiten zijn bereik.

Met de naam tantaal refereert de ontdekker van het element aan het feit dat het isoleren van tantaal(oxide) zo moeizaam ging dat het een ware Tantaluskwelling was. Bovendien bleek tantaal(V)oxide ook bij lang­durige onderdompeling in een zure oplossing geen zouten te vormen.

Hier en daar wordt tantaal ook met de naam tantalium aangeduid. Dat is niet onlogisch, aangezien veel elementen op -ium eindigen. In dit geval is dat onjuist. De Engelse benaming voor het element is tantalum - dus zonder de i.

Ontdekking

De Zweedse scheikundige en mineraloog Anders Gustaf Ekeberg (foto) ontdekte tantaal in 1802. Hij verkreeg het in de vorm van het oxide, uit een Fins mineraal (tantaliet).

Maar waarschijnlijk had hij zowel niobium als tantaal in zijn monster. Net zoals de Engelse chemicus Charles Hatchett een jaar eerder bij zijn ontdekking van niobium. Hadden Ekeberg en Hatchett hetzelfde element ontdekt, of waren er verschillen? Jaren van verwarring waren het gevolg.

De Engelse chemicus William Hyde Wollaston probeerde het pleit te beslechten en concludeerde in 1809 dat er sprake was van één en hetzelfde oxide. Ten onrechte, zo bleek later. In 1846 beargumenteerde de Duitse chemicus Heinrich Rose dat tantaliet toch twee elementen moest bevatten. Hij stelde voor deze beide te vernoemen naar de kinderen van Tantalys: niobium (naar Niobe) en pelopium (naar Pelops).

Nog eens vijftien jaar later, in de jaren zestig van de negentiende eeuw, kwamen ook andere onderzoekers tot de conclusie dat men met twee elementen van doen had. Het door Hatchett ontdekte element (nummer 41) ging inderdaad niobium heten, maar de naam van Ekebergs element (nummer 73) bleef tantaal.

Het eerste metallisch tantaal werd in 1864 bereid, zowel door de Zweedse chemicus Christian Wilhelm Blomstrand als zijn Zwitserse collega Jean Charles Galissard de Marignac. Zij reduceerden tantaal(V)chloride met waterstof.

Voorkomen

Tantaal staat op plaats 53 in de lijst van meest voorkomende elementen. Het aandeel in de aardkorst bedraagt 2.10^-4% (op basis van gewicht).

De belangrijkste tantaalhoudende mineralen zijn:

• microliet                                  (Na,Ca)₂Ta₂O₆(O,OH,F)
• stibiotantaliet                          SbTaO₄
• tantaliet (foto)                         Fe⁺² Ta₂O₆
• tapioliet                                   (Fe⁺²,Mn⁺²)( Ta,Nb)₂O₆

Ook cassiteriet en monaziet bevatten tantaal, in kleine hoeveelheden.

Winning

De belangrijkste wingebieden­ liggen in Canada, Brazilië, Rusland, de Verenigde Staten van Amerika, Australië, Mozambique, Democratische Republiek Congo, Nige­ria, Oeganda, Thailand, Maleisië, Scandinavië, Finland en Portugal.

Het allereerste, tamelijk onzuivere tantaal werd in 1864 door de Zweedse chemicus Christian Wilhelm Blomstrand bereid. Hij reduceerde tantaal(V)chloride met waterstof. In 1903 maakte de Duitse chemicus Werner von Bolton zuiver tantaal via reductie van het kaliumfluortantalaat (K₂TaF₇) met natrium:
K₂TaF₇ + 5 Na  -->  2 KF  +  5 NaF  +  Ta

Tegenwoordig

Tantaal wordt bereid door het erts, na een aantal fysische bewerkingen, te smelten met loog. Door verhitten ontstaat het pentaoxide, waaruit na toevoegen van kaliumfluoride in waterstoffluoride heptaf­luo­rotantalaat (TaF₇^2-) ontstaat. Na scheiden van tantaal- en niobi­um­verbin­dingen door vloeistof-vloeistofextractie of ionenwisseling, wordt op­nieuw het pentaoxide gevormd.

Het oxide is de vorm waarin tantaal als legeringselement wordt toegepast. Voor de bereiding van metallisch tantaal kan het oxide worden gereduceerd met koolstof of natrium. Ook is het oxide om te zetten in tantaalzouten (bijvoorbeeld het fluori­de), waaruit dan door elektrolyse van het gesmolten zout, of door toevoegen van natrium, tantaal wordt gevormd.

Tantaal kan ook gewonnen worden uit het 'anodeslib' dat overblijft na nikkel- of koperwinning.