Tantalcarbid

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Kristallstruktur
Strukturformel von Tantalcarbid
__ Ta4+     __ C4−
Kristallsystem

kubisch

Raumgruppe

Fm3m (Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225[1]

Gitterkonstanten

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.

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

Vorkommen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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 Darstellung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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]

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kristallstruktur und -form[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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 Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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]

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  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).