Тантал (Ta, лат. tantalium) прелазни је метал VB групе са атомским бројем 73.[5][6] Име је добио по личности из грчке митологије — Танталу.[7] Тантал је ретки, тврди, плаво-сиви, сјајни прелазни метал, изразито отпоран на корозију. Спада у групу ватросталних метала, који су доста кориштени као споредне компоненте у легурама. Хемијска инертност тантала чини га врло вредном супстанцом за израду лабораторијске опреме као и замену за платину. Данас се овај метал користи за танталске кондензаторе у електронској опреми као што су мобилни телефони, ДВД уређаји, системи видео-игара и рачунара. Тантал, увек као пратња хемијски сличног елемента ниобијума, јавља се у минералима танталиту, колумбиту као и колтану (мешавини колумбита и танталита).
Тантал је открио Андерс Екеберг у Шведској 1802. године.[8][9] Годину раније, Чарлс Хачет је открио елемент колумбијум.[10] Године 1809. енглески хемичар Вилијам Хајд Воластон упоредио је оксиде изведене из оба елемента, колумбијума (колумбит) са густином од 5,918 g/cm3, те тантала (танталит) чија густина износи 7,935 g/cm3. Закључио је да су та два оксида, и поред разлика у измереној густина, била иста. Одлучио је да задржи назив тантал за тај елемент.[11] Након што је Фридрих Велер потврдио Воластонова мерења, тадашњи научници су закључили да су колумбијум и тантал заправо исти хемијски елемент. Међутим, овај закључак је 1846. оповргнуо немачки хемичар Хајнрих Росе, који је тврдио да у узорку танталита има два елемента. Дао им је имена по деци митолошког Тантала: ниобијум (према Ниоби, божици суза) и пелопијум (према Пелопу).[12][13] Касније је претпостављени елемент „пелопијум” идентификован као мешавина тантала и ниобијум, а доказано је да је ниобијум заправо колумбијум којег је већ 1801. открио Хачет.
Тек 1864. Христијан Вилхелм Бломстранд[14] и Анри Атјен Сент-Клер Девил су недвосмислено доказали да постоје разлике између тантала и ниобијума, што је такође утврдио и Луј Ж. Труст, који је 1865. одредио емпиријске формуле за неке од њихових једињења.[14][15] Каснија потврда дошла је 1866. од швајцарског хемичара Жан Шарла Галисар де Маригњака,[16] који је такође доказао да се ради о само два елемента. Међутим, ова открића нису зауставила неке научнике које су све до 1871. објављивали чланке о такозваном илменијуму.[17] Де Маригњак је први добио метални облик тантала 1864. када је редуковао тантал-хлорид загрејавајући га у атмосфери водоника.[18] Први истраживачи су успевали да добију само нечисти тантал, а први релативно чисти дуктилни метал добио је Вернер фон Болтон 1903. у Шарлотенбургу (Берлин). Све док га није заменио волфрам, жице начињене од металног тантала су се користиле као филаменти за сијалице.[19]
Назив за елемент тантал изведен је из истоименог митолошког бића, оца Ниобе из грчке митологије. У предању стоји да је он након смрти кажњен да стоји у води до кољена а изнад главе му расте прекрасно воће, а обоје га вечито мучи. (Ако се сагне да пије воду, она се повуче испод нивоа до којег он може досегнути, а ако покуша убрати воће, гране се подигну изнад његовог досега).[20] Екеберг је написао „Овај метал којег називам тантал... делимично као алузију на немогућност метала да, када је уроњен у киселину, не апсорбира је и постане засићена”.[21]
Деценијама, комерцијална технологија за раздвајање тантала од ниобијума укључивала је фракцијску кристализацију калијум хептафлуоротанталата из калијум оксипентафлуорниобат монохидрата. Тај процес је развио де Маригњак 1866. године. Ова метода је превазиђена а данас се користи издвајање (екстракција) растварача из раствора тантала који садрже флуориде.[15]
Тантал је тамни (плаво-сиви),[22] густи, дуктилни, веома тврди метал, лако обрадив и изузетно добро проводи топлоту и електричну струју. Метал је познат по својој отпорности на корозију помоћу киселина; заправо на температурама испод 150 °C, тантал је готово у потпуности „имун” на напад, обично врло агресивне, царске воде. Може се растварати у флуороводичној киселини или киселим растворима који садрже флуоридни јон и сумпор-триоксид, као и у растворима калијум хидроксида. Висока тачка топљења тантала од 3017 °C (тачка кључања 5458 °C) премашује већину елемената осим волфрама, ренијума, осмијума (код метала) и угљеника.
Овај метал постоји у две кристалне фазе: алфа и бета. Алфа фаза је релативно дуктилнија и мекша; има просторно-центрирану кубичну структуру (просторна група, Im3m, константа решетке a = 0,33058 nm), тврдоћу по Кнупу 200 до 400 HN а специфични електрични отпор 15–60 µΩּcm. Бета фаза је тврђа и крхкија; њена кристална симетрија је тетрагонална (просторна група P42/mnm, константе решетке a = 1,0194 nm и c = 0,5313 nm), тврдоћу по Кнупу 1000 до 1300 HN и релативно велики специфични електрични отпор од 170 до 210 µΩּcm. Међутим, бета фаза је метастабилна те прелази у алфа фазу након загрејавања на 750–775 °C. Тантал у већим комадима готово у потпуности се састоји из алфа фазе, док се бета фаза појављује обично у виду танких слојева добијених процесима катодног распршавања (енгл. sputtering), хемијске диспозиције паром (CVD) или електрохемијском диспозицијом из еутектичних раствора истопљених соли.[23]
Тантал гради оксиде у којима је у оксидационим стањима +5 (Ta2O5) и +4 (TaO2).[24] Најстабилније оксидационо стање тантала је +5, као што је то случај код тантал-пентоксида.[24] Ово једињење је почетни материјал за добијање неколико других једињења тантала. Једињења се добијају растварањем пентоксида у базним хидроксидним растворима или њиховим растарањем са другим металним оксидима. Неки од примера су литијум-танталат (LiTaO3) и лантан-танталат (LaTaO4). Код литијум-танталата, не јавља се танталатни јон TaO−3, уместо њега овај део формуле се представља везама октаедралног TaO7−6 који гради тродимензионални оквир перовскита, док лантан-танталат садржи усамљене тетраедарске TaO3−4 групе.[24]
Флуориди тантала се могу искористити за њихово одвајање од ниобијума.[25] Тантал гради халогена једињења у оксидационим стањима +5, +4 и +3 типа TaX5, TaX4 и TaX3, мада су познати и вишејезгарни комплекси и субстехиометријска једињења.[24][26] Тантал-пентафлуорид (TaF5) јесте бела супстанца чија је тачка топљења 97,0 °C док је тантал-пентахлорид (TaCl5) такође бео, али с тачком топљења од 247,4 °C. Тантал-пентахлорид се хидролизује водом и реагује с додатним танталом при повишеним температурама дајући црни и веома хигроскопни тантал-тетрахлорид (TaCl4). И док се трихалиди могу добити редукцијом пентахалида с водоником, дихалиди уопште не постоје.[24] Легуре тантала и телур граде квазикристале.[24] Године 2008. су откривена једињења тантала чија оксидациона стања се крећу и до -1.[27]
Као што је то случај и код већине других ватросталних метала, најтврђа позната једињења тантала су његови стабилни нитриди и карбиди. Тантал-карбид, Tac, као и много више кориштени волфрам-карбид, је веома тврди керамички материјал, кориштен такође за израду алата за сечење. Тантал(III)-нитрид се користи као танки филм-изолатор у неким процесима производње микроелектронских компоненти.[28] Хемичари при Националној лабораторији у Лос Аламосу, САД, развили су композитни материјал од тантал-карбида и графита, који је прозван најтврђим материјалом икад синтетисаним. Корејски истраживачи развили су аморфну легуру од тантала, волфрама и бакра, која је много флексибилнија и два до три пута јача од обичних челичних легура.[29] Постоји и два тантал-алуминида: TaAl3 и Ta3Al. Они су врло стабилни, ватростални и рефлективни, а постоји идеја[30] о њиховој употреби као огледала за инфрацрвене таласе.
Тантал у природи се састоји из два изотопа: 180mTa (са уделом од 0,012%) и 181Ta (99,988%). Изотоп 181Ta је стабилан. За изотоп 180mTa (m означава метастабилно стање) се претпоставља да се распада на три начина: изомерском транзицијом на основно стање 180Ta, бета распадом на 180W или захватом електрона на 180Hf. Међутим, радиоактивност овог нуклеарног изомера никад није потврђена нити измерена, а постављена је само доња граница његовог времена полураспада од 2,0 × 1016 година.[31]
Основно стање изотопа 180Ta има време полураспада од само 8 сати. 180mTa је једини нуклеарни изомер који се јавља у природи (не рачунајући радиогенске и космогенске краткоживе нуклиде). Такође је и најређи изотоп у свемиру, ако се рачуна елементарна распрострањеност тантала и изомерски удео 180mTa у природној смеси изотопа (ни овде се не рачунају радиогенски и космогенски краткоживећи нуклиди).[32] Тантал се теоретски проучавао као материјал за радиоактивну атомску „прљаву бомбу” (иако је кобалт много познатији материјал за ту хипотетску намјену). У таквој бомби спољна љуска направљена од 181Ta би била изложена интензивној радијацији високоенергетског неутронског тока из хипотетске експлозије нуклеарне бомбе. На тај начин тантал би прешао (трансмутирао) у радиоактивни изотоп 182Ta, чије време полураспада износи 114,4 дана производећи гама-зраке са отприлике 1,12 MeV (милиона електрон-волти) енергије по атому, што би знатно повећало радиоактивност нуклеарног отпада насталог после експлозије током неколико месеци. Такве "прљаве" бомбе никад нису направљене нити тестиране, барем у мери да није јавно објављено, а засигурно никад нису кориштене као оружје.[33]
Тантал се може употребљавати као материјал за мете за снопове убрзаних протона, који се користе за добијање разних краткоживећих изотопа попут 8Li, 80Rb и 160Yb.[34]