Element 73 · Overgangsmetaal

Tantaal (Ta)

Tantaal (Ta) is het element met atoomnummer 73, een zwaar, blauwgrijs overgangsmetaal dat vrijwel niet door zuren wordt aangetast. Het grootste deel gaat naar kleine condensatoren in smartphones, laptops en auto-elektronica. Omdat het lichaam tantaal goed verdraagt, wordt het ook in implantaten gebruikt. Het erts coltan heeft een beruchte reputatie, omdat de winning in Centraal-Afrika conflicten heeft gefinancierd.

Tantaal in cijfers
SymboolTa
Atoomnummer73
Atoommassa180,95 u
CategorieOvergangsmetaal
Groep5
Periode6
Blokd-blok
Fase bij 20 °Cvast
Smeltpunt3017 °C
Kookpunt5458 °C
Dichtheid16,69 g/cm³
Elektronenconfiguratie[Xe] 4f14 5d3 6s2
Elektronen per schil2, 8, 18, 32, 11, 2
Elektronegativiteit (Pauling)1,5
Oxidatiegetallen+5
Ontdekt1802 door Anders Gustaf Ekeberg
Engelse naamTantalum

Eigenschappen van tantaal

Tantaal is een dicht, taai en goed vervormbaar metaal met een van de hoogste smeltpunten: 3017 °C, alleen wolfraam, renium, osmium en koolstof zitten hoger. Zijn grote kracht is de corrosiebestendigheid. Een flinterdun laagje tantaalpentoxide (Ta2O5) beschermt het metaal zo goed dat zelfs koningswater het bij kamertemperatuur niet aantast; alleen fluorwaterstofzuur en hete, sterke basen krijgen er vat op. Dat oxidelaagje is ook een uitstekende isolator, die je elektrochemisch heel gelijkmatig kunt laten groeien, de basis van tantaalcondensatoren. In verbindingen heeft tantaal meestal oxidatiegetal +5. Chemisch lijkt het sterk op niobium, het element erboven in groep 5, en beide komen samen voor. Natuurlijk tantaal bestaat bijna volledig uit tantaal-181; het kleine aandeel tantaal-180m is de zeldzaamste natuurlijke kernvorm die als stabiel geldt: niemand heeft het ooit zien vervallen.

Naam. Tantaal is vernoemd naar Tantalus uit de Griekse mythologie, die tot zijn kin in het water stond maar nooit kon drinken, net zoals tantaaloxide in zuur 'niet drinkt': het lost niet op.

Atoombouw en plaats in het periodiek systeem

Tantaal staat in periode 6 en groep 5 van het periodiek systeem, in het d-blok.

Een neutraal atoom heeft 73 protonen in de kern en 73 elektronen, verdeeld over 6 schillen: 2, 8, 18, 32, 11, 2. Het periodenummer (6) is gelijk aan het aantal schillen.

Buren in het systeem: links/ervoor: Hafnium (Hf, 72); rechts/erna: Wolfraam (W, 74); erboven in dezelfde groep: Niobium (Nb); eronder in dezelfde groep: Dubnium (Db).

Andere elementen in groep 5: Vanadium, Niobium, Dubnium.

Voorkomen

Tantaal komt met ongeveer 2 milligram per kilogram aardkorst voor, vooral in het mineraal tantaliet en in columbiet-tantaliet, beter bekend als coltan. Belangrijke producenten zijn de Democratische Republiek Congo, Rwanda, Brazilië, Australië en Nigeria. Na concentratie wordt het erts opgelost in fluorwaterstofzuur, waarna tantaal en niobium via extractie worden gescheiden. Het metaal ontstaat door kaliumheptafluorotantalaat met natrium te reduceren. Ook recycling van elektronica levert tantaal op. Australië had ooit de grootste tantaalmijn ter wereld, bij Greenbushes.

Toepassingen

  • Tantaalcondensatoren zijn klein maar kunnen veel lading opslaan, en zitten daardoor in vrijwel elke smartphone, laptop en spelcomputer.
  • Omdat het lichaam tantaal niet afstoot, wordt het gebruikt in botschroeven, schedelplaten, stents en hechtclips.
  • Chemische fabrieken gebruiken tantaal voor warmtewisselaars en vaten die bestand moeten zijn tegen agressieve zuren.
  • Tantaal zit in superlegeringen voor turbinebladen van straalmotoren en in snijgereedschap als tantaalcarbide.
  • Lenzen met tantaaloxide hebben een hoge brekingsindex en worden in camera's gebruikt.

Veelgestelde vragen

Wat is coltan?

Coltan is een donker erts dat bestaat uit de mineralen columbiet en tantaliet. Het is de belangrijkste bron van tantaal. Een groot deel komt uit Oost-Congo, waar winning soms gewapende groepen financiert. Daarom geldt tantaal in de EU en de VS als conflictmineraal waarvan bedrijven de herkomst moeten nagaan.

Waarom zit tantaal in je telefoon?

In een smartphone zitten tientallen piepkleine tantaalcondensatoren die stroom bufferen en stabiliseren. Tantaal is daarvoor geschikt omdat er een extreem dun en gelijkmatig isolerend oxidelaagje op gemaakt kan worden. Zo kun je veel capaciteit kwijt in een minuscuul onderdeel.

Verder lezen