Tantalcarbid ist eine intermetallische Verbindung aus Tantal und Kohlenstoff mit der Summenformel TaC.
| 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 (0 °C, 1000 hPa). | |||||||||||||
Vorkommen
BearbeitenTantalcarbid 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
BearbeitenNatürliche 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
BearbeitenTantalcarbid 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.[10]
Eigenschaften
BearbeitenKristallstruktur und -form
BearbeitenTantalcarbid 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
BearbeitenTantalcarbid 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
BearbeitenAufgrund seiner hohen Härte zählt Tantalcarbid zu den Hartmetallen und wird vor allem zur Herstellung von Schneidwerkzeugen und Beschichtung von Triebwerksdüsen verwendet.
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ 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).
- ↑ Heinrich Remy: Lehrbuch der Anorganischen Chemie Band I + II, Leipzig 1973.
- ↑ a b c d e f g Datenblatt Tantalum carbide, 99.5% (metals basis) bei Alfa Aesar, abgerufen am 6. Dezember 2019 (Seite nicht mehr abrufbar).
- ↑ Fundortliste für Tantalcarbid Mineralienatlas (deutsch) und bei Mindat (englisch), abgerufen am 8. September 2021.
- ↑ 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).
- ↑ Malcolm Back, Cristian Biagioni, William D. Birch, Michel Blondieau, Hans-Peter Boja und andere: The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: July 2024. (PDF; 3,6 MB) In: cnmnc.units.it. IMA/CNMNC, Marco Pasero, Juli 2024, abgerufen am 13. August 2024 (englisch).
- ↑ Ernest H. Nickel, Monte C. Nichols: IMA/CNMNC List of Minerals 2009. (PDF; 1,9 MB) In: cnmnc.units.it. IMA/CNMNC, Januar 2009, archiviert vom am 29. Juli 2024; abgerufen am 30. Juli 2024 (englisch).
- ↑ David Barthelmy: Minerals Arranged by the New Dana Classification. 01.01.19 Osbornite group carbides and nitrides. In: webmineral.com. Abgerufen am 21. September 2020 (englisch).
- ↑ Tantalcarbide. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (englisch, handbookofmineralogy.org [PDF; 127 kB; abgerufen am 21. September 2020]).
- ↑ 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.
- ↑ Tantalcarbide. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 8. September 2021 (englisch).
- ↑ Tantalcarbid. In: Mineralienatlas Lexikon. Geolitho Stiftung, abgerufen am 21. September 2020.
- ↑ 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).
- ↑ 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.
- ↑ Tantalcarbid im Lexikon der Chemie. In: spektrum.de. Abgerufen am 21. September 2020.
- ↑ 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. in der Google-Buchsuche – Tabelle 6.28: Eigenschaften metallischer Carbide).