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Tantalcarbid

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[3]
Gefahrensymbol
Achtung
H- und P-Sätze H: Entzündbarer Feststoff.
P: Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen und anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen.[3]

Tantalcarbid ist eine intermetallische Verbindung aus Tantal und Kohlenstoff mit der Summenformel TaC.

Kristallstruktur
Strukturformel von Tantalcarbid
_ Ta4+ 0 _ C4−
Kristallsystem kubisch
Raumgruppe Fm3m (Nr. 225)[1]
Gitterparameter 445 pm (entspricht 4,45 Å)[1]
Allgemeines
Name Tantalcarbid
Verhältnisformel TaC
Kurzbeschreibung braunes Pulver oder goldfarbener kristalliner Feststoff[2]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Extern 12070-06-3
EG-Nummer 235-118-3
ECHA-InfoCard Extern 100.031.914
Eigenschaften
Molare Masse 192,959 g/mol
Aggregatzustand fest
Dichte 13,9 g·cm−3[3]
Schmelzpunkt 3880 °C[3]
Siedepunkt 5500 °C[3]
Löslichkeit nahezu unlöslich in Wasser[3]

Vorkommen

Tantalcarbid wurde bisher erst einmal als natürliche Bildung in der „Aurorinsky Mine“ (Avrorinskii, Avorinskiy) am Fluss Aktai im Barantschinski-Massiv in der russischen Oblast Swerdlowsk (Ural) entdeckt[4] und 1962 durch Clifford Frondel beschrieben. Seine ursprüngliche Bezeichnung „Tantalum carbide“ wandelte Hugo Strunz 1966 in die bis heute gültige Form Tantalcarbid ab.[5]

Tantalcarbid als Mineral

Natürliche Vorkommen von Tantalcarbid waren bereits vor der Gründung der International Mineralogical Association (IMA) bekannt. Tantalcarbid ist daher als sogenanntes grandfathered Mineral als eigenständige Mineralart anerkannt.[6]

Gemäß der Systematik der Minerale nach Strunz (9. Auflage) wird Tantalcarbid unter der System-Nummer 1.BA.20 (Elemente – Metallische Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen – Carbide – Tantalcarbidgruppe)[7] beziehungsweise in der veralteten 8. Auflage unter I/A.09 (Metalle und intermetallische Legierungen (ohne Halbmetalle)) eingeordnet. Die vorwiegend im englischsprachigen Raum verwendete Systematik der Minerale nach Dana führt das Element-Mineral unter der System-Nr. 01.01.19.04 (Elemente: Metallische Elemente außer der Platingruppe – Osbornitgruppe, Carbide und Nitride).[8]

In der Natur konnte Tantalcarbid bisher ausschließlich in Form von mikrokristallinen Körnern bis etwa 0,2 mm Größe gefunden werden.[9]

Gewinnung und Darstellung

Tantalcarbid wird durch Umsetzung von Tantalpulver mit Flammruß

{\displaystyle \mathrm {Ta+C\longrightarrow TaC} }

oder Reduktion von Tantalpentoxid mit Kohlenstoff hergestellt. Aus diesem Grund muss metallisches Tantal durch Reduktion mit Wasserstoff, Alkali- oder Erdalkalimetallen erzeugt werden.

Kleine Mengen Tantalcarbid können aus Tantal-Drähten bei Temperaturen über 2500 °C in einer Wasserstoff-Atmosphäre mit Zusatz geringer Mengen von Kohlenwasserstoffen (z.B. Toluol, Methan, Acetylen) erhalten werden.[10]

Eigenschaften

Kristallstruktur und -form

Tantalcarbid kristallisiert isostrukturell mit Niobocarbid[11] im kubischen Kristallsystem in der Raumgruppe Fm3m (Raumgruppen-Nr. 225) mit dem Gitterparameter a = 4,45 Å sowie 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[1] Die Kristallstruktur von Tantalcarbid entspricht der Natriumchlorid-Struktur.

Das Carbid ist undurchsichtig und entwickelt gelblichgraue bis bronzefarbene, kubische Kristalle mit metallischem Glanz.[12]

Physikalische Eigenschaften

Tantalcarbid ist chemisch inert und löst sich nur in Fluss- oder Schwefelsäure. Es besitzt einen der höchsten Schmelzpunkte aller bekannten Stoffe mit 3880 °C – nur Tantalhafniumcarbid hat einen noch höheren Schmelzpunkt. Ist das Material unterstöchiometrisch mit der Formel TaC0,89, so steigt der Schmelzpunkt auf knapp 4270 K (4000 °C).

Die Angaben zur Härte von Tantalcarbid sind widersprüchlich. Je nach Quelle besitzt die Verbindung TaC entweder eine Mohshärte von 6[13] bzw. 6,5 bis 7[14] oder 9 bis 10[15]. Anderen Quellen zufolge hat Tantalcarbid eine Vickershärte (Mikrohärte HV0,05) von 1800,[16] was einer Mohshärte von etwa 8,5 bis 9 entspräche.

Mit einer Dichte von 13,9 g·cm−3[3] ist Tantalcarbid fast zweimal so dicht wie Stahl.

Neben TaC ist auch noch die intermetallische Phase Ta2C bekannt, welches eine Schmelztemperatur von 3500 °C und eine Dichte von 15 g·cm−3 besitzt.[10]

Verwendung

Aufgrund seiner hohen Härte zählt Tantalcarbid zu den Hartmetallen und wird vor allem zur Herstellung von Schneidwerkzeugen und Beschichtung von Triebwerksdüsen verwendet.

Einzelnachweise

  1. ↑ Hochspringen nach: a b c Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. Chemical-structural Mineral Classification System. 9. Auflage. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 47 (englisch).
  2. ↑ Heinrich Remy: Lehrbuch der Anorganischen Chemie Band I + II, Leipzig 1973.
  3. ↑ Hochspringen nach: a b c d e f g Datenblatt Extern Tantalum carbide, 99.5% (metals basis) bei Thermo Fisher Scientific
  4. ↑ Fundortliste für Tantalcarbid Extern Mineralienatlas (deutsch) und bei Extern Mindat (englisch).
  5. ↑ M. H. Hey: Twenty-fourth list of new mineral names. In: Mineralogical Magazine. Band 36, Dezember 1966, S. 1126–1164.
  6. ↑ Malcolm Back, William D. Birch, Michel Blondieau und andere: Extern The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: 2024. (PDF; 3,4 MB) In: cnmnc.main.jp.
  7. ↑ Ernest H. Nickel, Monte C. Nichols: Extern IMA/CNMNC List of Minerals 2009. (PDF; 1,82 MB) In: cnmnc.main.jp. IMA/CNMNC, Januar 2009 (englisch).
  8. ↑ David Barthelmy: Extern Minerals Arranged by the New Dana Classification. 01.01.19 Osbornite group carbides and nitrides. In: webmineral.com. (englisch).
  9. ↑ Tantalcarbide. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (englisch, Extern handbookofmineralogy.org [PDF; 127 kB.
  10. ↑ Hochspringen nach: a b Georg Brauer (Hrsg.) u.a.: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band III, Ferdinand Enke, Stuttgart 1981, ISBN 3-432-87823-0, S. 1475.
  11. ↑ Extern Tantalcarbide. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy.
  12. ↑ Extern Tantalcarbid. In: Mineralienatlas Lexikon. Extern Geolitho Stiftung,
  13. ↑ Friedrich Klockmann : Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. Hrsg.: Paul Ramdohr, Hugo Strunz. 16. Auflage. Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 398 (Erstausgabe: 1891).
  14. ↑ Stefan Weiß: Das große Lapis Mineralienverzeichnis. Alle Mineralien von A – Z und ihre Eigenschaften. Stand 03/2018. 7., vollkommen neu bearbeitete und ergänzte Auflage. Weise, München 2018, ISBN 978-3-921656-83-9.
  15. ↑ Extern Tantalcarbid im Lexikon der Chemie. In: spektrum.de.
  16. ↑ Martin Bertau, Armin Müller, Peter Fröhlich, Michael Katzberg: Industrielle Anorganische Chemie. 4., vollständig überarbeitete und aktualisierte Auflage. John Wiley & Sons, Weinheim 2013, ISBN 978-3-527-33019-5, S. 623
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Basierend auf einem Artikel in: Extern Wikipedia.de
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 18.05. 2024