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

Kristallstruktur
Strukturformel von Tantalcarbid
__ Ta4+     __ C4−
Kristallsystem

kubisch

Raumgruppe

Fm3m (Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/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 12070-06-3
EG-Nummer 235-118-3
ECHA-InfoCard 100.031.914
Wikidata Q426498
Eigenschaften
Molare Masse 192,959 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

13,9 g·cm−3[3]

Schmelzpunkt

3880 °C[3]

Siedepunkt

5500 °C[3]

Löslichkeit

nahezu unlöslich in Wasser[3]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [3]
02 – Leicht-/Hochentzündlich

Achtung

H- und P-Sätze H: 228
P: 210​‐​241​‐​280​‐​240​‐​370+378 [3]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Inhaltsverzeichnis

VorkommenBearbeiten

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 MineralBearbeiten

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 gefunden werden.

Gewinnung und DarstellungBearbeiten

Tantalcarbid wird durch Umsetzung von Tantalpulver mit Flammruß

 

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.[9]

EigenschaftenBearbeiten

Kristallstruktur und -formBearbeiten

Tantalcarbid kristallisiert isostrukturell mit Niobocarbid[10] im kubischen Kristallsystem in der Raumgruppe Fm3m (Raumgruppen-Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/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.[11]

Physikalische EigenschaftenBearbeiten

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) und ist damit wiederum höher als jener von Hafniumcarbid.

Die Angaben zur Härte von Tantalcarbid sind widersprüchlich. Je nach Quelle besitzt die Verbindung TaC entweder eine Mohshärte von 6[12] bzw. 6,5 bis 7[13] oder 9 bis 10[14]. Anderen Quellen zufolge hat Tantalcarbid eine Vickershärte (Mikrohärte HV0,05) von 1800,[15] 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 ein Schmelztemperatur von 3500 °C und eine Dichte von 15 g·cm−3 besitzt.[9]

VerwendungBearbeiten

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

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. 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.
  2. Heinrich Remy: Lehrbuch der Anorganischen Chemie Band I + II, Leipzig 1973.
  3. a b c d e f g Datenblatt Tantalcarbid bei AlfaAesar, abgerufen am 9. Februar 2010 (PDF) (JavaScript erforderlich).
  4. Fundortliste für Tantalcarbid Mineralienatlas und bei Mindat
  5. M. H. Hey: Twenty-fourth list of new mineral names. In: Mineralogical Magazine. Band 36, Dezember 1966, S. 1126–1164 (minersoc.org [PDF; 1,9 MB; abgerufen am 24. Februar 2018] Tantalcarbid S. 29, Tantalum carbide S. 30).
  6. IMA/CNMNC List of Mineral Names; November 2017 (PDF 1,67 MB).
  7. IMA/CNMNC List of Mineral Names; 2009 (PDF 1,8 MB, Tantalcarbide siehe S. 276).
  8. Webmineral – Minerals Arranged by the New Dana Classification. 01.01.19 Osbornite group carbides and nitrides
  9. 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.
  10. Mindat – Tantalcarbide.
  11. Mineralienatlas: Tantalcarbid
  12. 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).
  13. Stefan Weiß: Das große Lapis Mineralienverzeichnis. Alle Mineralien von A – Z und ihre Eigenschaften. 6. vollkommen neu bearbeitete und ergänzte Auflage. Weise, München 2014, ISBN 978-3-921656-80-8.
  14. Tantalcarbid im Lexikon der Chemie auf spektrum.de
  15. 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 (6.5.4 Carbide der IV. Nebengruppe. (Tabelle 6.28: Eigenschaften metallischer Carbide) in der Google-Buchsuche).