Tantalcarbid
| Kristallstruktur | |||||||
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| __ Ta4+ __ C4− | |||||||
| Kristallsystem |
kubisch | ||||||
| Raumgruppe |
Fm3m (Nr. 225)[1] | ||||||
| Gitterparameter | |||||||
| Allgemeines | |||||||
| Name | Tantalcarbid | ||||||
| Verhältnisformel | TaC | ||||||
| Kurzbeschreibung |
braunes Pulver oder goldfarbener kristalliner Feststoff[2] | ||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||
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| Eigenschaften | |||||||
| Molare Masse | 192,959 g·mol−1 | ||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||
| Dichte |
13,9 g·cm−3[3] | ||||||
| Schmelzpunkt | |||||||
| Siedepunkt |
5500 °C[3] | ||||||
| Löslichkeit |
nahezu unlöslich in Wasser[3] | ||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||
Tantalcarbid ist eine intermetallische Verbindung aus Tantal und Kohlenstoff mit der Summenformel TaC.
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[5] und 1962 durch Clifford Frondel beschrieben. Seine ursprüngliche Bezeichnung „Tantalum carbide“ wandelte Hugo Strunz 1966 in die bis heute gültige Form Tantalcarbid ab.[6]
Gewinnung und Darstellung
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.[7]
Tantalcarbid als Mineral
Tantalcarbid ist aufgrund seines natürlichen Vorkommens von der International Mineralogical Association (IMA) als Mineral anerkannt[8] und wird in der Systematik der Minerale nach Strunz (9. Auflage) als Elementmineral in der Abteilung „Metallische Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen“ geführt, wo er zusammen mit Khamrabaevit und Niobocarbid die „Tantalcarbidgruppe“ mit der System-Nr. 1.BA.20 in der Unterabteilung der Carbide bildet (8. Auflage: I/A.09). Die im englischsprachigen Raum ebenfalls geläufige Systematik der Minerale nach Dana führt das Mineral unter der System-Nr. 01.01.19.04 (Elemente: metallische Elemente außer der Platingruppe).
Eigenschaften
Kristallstruktur und -form
Tantalcarbid kristallisiert 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, kubische Kristalle mit metallischem Glanz.
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) und ist damit wiederum höher als jener von Hafniumcarbid.
Tantalcarbid besitzt mit einer Mohshärte von 6,5 bis 7[9] fast die Härte von Quarz und ist mit einer Dichte von 13,9 g·cm−3[3] 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.[7]
Verwendung
Aufgrund seiner hohen Härte zählt Tantalcarbid zu den Hartmetallen und wird vor allem zur Herstellung von Schneidwerkzeugen und Beschichtung von Triebwerksdüsen verwendet.
Einzelnachweise
- ↑ 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.
- ↑ Heinrich Remy: Lehrbuch der Anorganischen Chemie Band I + II, Leipzig 1973.
- ↑ a b c d e f g Datenblatt Tantalcarbid bei Alfa Aesar (Seite nicht mehr abrufbar).
- ↑ Datenblatt Tantalcarbid bei Sigma-Aldrich (PDF).
- ↑ Mineralienatlas: Tantalcarbid und Mindat: Tantalcarbide
- ↑ M. H. Hey: Twenty-fourth list of new mineral names. In: Mineralogical Magazine, Band 36 (Dezember 1966), S. 1126–1164 (PDF 1,8 MB; Tantalcarbid S. 29, Tantalum carbide S. 30)
- ↑ a b Georg Brauer: Handbuch der präparativen anorganischen Chemie. 3., umgearb. Auflage. Band 3. Enke, Stuttgart 1981, ISBN 3-432-87823-0, S. 1475.
- ↑ IMA/CNMNC List of Mineral Names; March 2014 (PDF 1,5 MB).
- ↑ 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.