Tantalum is synthesized in stars mainly through the s-过程 (slow neutron capture) occurring in low- to medium-mass AGB stars (asymptotic giant branch), with a significant contribution from the r-过程 (rapid neutron capture) during explosive events such as supernovae. As a heavy element with an odd atomic number (Z=73), it is less abundant than its even-numbered neighbors (hafnium-72 and tungsten-74) according to the Oddo-Harkins rule. Tantalum-181, its only stable natural isotope, is mainly produced by the s-process, but some short-lived radioactive isotopes of tantalum are produced exclusively by the r-process.
钽在宇宙中的丰度（按原子数计）约为氢的8.0×10⁻¹³倍，使其丰度约为铪的两倍，是最稀有的重元素之一。在太阳系中，钽的丰度与金和铂相近。钽-181是唯一稳定的天然同位素，占天然钽的99.988%，而钽-180m（亚稳态同质异能素）占剩余的0.012%。
在恒星大气中探测钽极为困难，因其含量稀少。然而，通过Ta I和Ta II的光谱线，已在一些富含慢中子捕获过程元素的恒星中探测到钽。恒星中钽与铪（Ta/Hf）的比值可提供中子捕获核合成条件的信息，因为这两种相邻元素具有相似的核行为，但化学性质不同，这会影响它们在恒星光谱中的观测。
钽在钽-钨（Ta-W）定年体系中扮演着重要角色。钽-182是一种现已灭绝的放射性同位素（半衰期为114.43天），会衰变为钨-182。这一计时体系对于测定太阳系极早期事件至关重要，因为钽和钨在行星核形成过程中具有截然不同的地球化学行为：钽是亲石元素（偏好硅酸盐），而钨是亲铁元素（偏好金属）。陨石和月球样品中的钨-182异常现象，使得科学家能够测定地球核的形成时间以及太阳系最初几百万年内行星体的分化过程。
Tantalum is named after the Greek mythological figure 坦塔罗斯, king of Lydia punished by the gods for stealing their nectar and ambrosia. According to the myth, Tantalus was condemned to stand in a lake whose water receded when he tried to drink, and under a fruit tree whose branches rose when he tried to eat, leaving him in eternal thirst and hunger. The name was chosen by the discoverer Anders Gustaf Ekeberg to evoke the inability of tantalum oxide to absorb acids and dissolve, remaining "insatiable" like Tantalus in the myth.
Tantalum was discovered in 1802 by the Swedish chemist 安德斯·古斯塔夫·埃克贝里 (1767-1813) at Uppsala University. Ekeberg was analyzing minerals from Sweden and Finland when he isolated a new oxide insoluble in acids. He named this oxide "tantalite" after the myth of Tantalus, and the corresponding element "tantalum". Ekeberg was already deaf at the time of his discovery, but this did not prevent him from making major contributions to mineral chemistry.
几十年来，钽一直与同期发现的另一种元素——铌（当时称为钶）相混淆。1809年，英国化学家威廉·海德·沃拉斯顿宣称钽和钶是同一元素。直到1846年，德国化学家海因里希·罗泽才证明它们是两种不同的元素，并将其分别命名为铌和钯（后者后来被证实是钽和铌的混合物）。这种混淆一直持续到1866年，瑞士化学家让-查尔斯·加利萨德·德·马里尼亚克通过复合氟化物的分步结晶法，最终将这两种元素彻底分离。
纯钽金属的分离极其困难。早期尝试仅能制得含杂质的粉末。直到1903年，德国化学家维尔纳·冯·博尔顿才通过电解还原熔融氟钽酸钾（K₂TaF₇）成功制得具有延展性的钽金属。这一方法为钽的工业应用铺平了道路。20世纪20年代，该工艺得到改进，得以生产用于白炽灯丝的钽丝。
钽在地壳中的平均浓度约为1.7 ppm（百万分之一），比铀更稀有，但比金更丰富。纯钽没有显著矿床，它总是与其他元素结合存在于复杂矿物中。主要矿石包括：
全球钽的年产量约为1800至2000吨。主要生产国包括卢旺达、刚果民主共和国、巴西、中国和埃塞俄比亚。由于钽的稀缺性和战略应用价值，它是一种昂贵的金属，典型价格为每公斤200至400美元（在供应紧张时价格更高）。需求主要来自电子行业（电容器）和高温合金领域。
钽（符号Ta，原子序数73）是第六周期的过渡金属，位于元素周期表第5族（原VB族），与钒、铌同族。其原子含73个质子，通常有108个中子（对应唯一稳定同位素\(\,^{181}\mathrm{Ta}\)），以及73个电子，电子排布为[Xe] 4f¹⁴ 5d³ 6s²。该排布在5d亚层有三个电子，这是第5族过渡金属的特征。
钽是一种灰蓝色、有光泽、密度极高（16.4 g/cm³）且具有优异导热和导电性能的延展性金属。其熔点极高（3017 °C），属于难熔金属。钽在室温下具有体心立方（BCC）晶体结构，呈顺磁性且热膨胀系数低。其硬度适中，但可通过机械加工或合金化提高。
钽最显著的特性是其卓越的耐腐蚀性。在室温下，它几乎呈惰性：不与空气反应（得益于保护性Ta₂O₅氧化层），能抵抗大多数酸（包括王水），仅受氢氟酸、热浓碱溶液及某些熔盐侵蚀。这种非凡的化学惰性源于其表面形成的极其稳定、致密且具保护性的Ta₂O₅氧化层。
Tantalum melts at 3017 °C (3290 K) - one of the highest melting points among metals - and boils at 5458 °C (5731 K). Its electrical conductivity is good (about 13% that of copper) and its thermal conductivity is moderate. Tantalum retains its mechanical properties at high temperatures, making it a valuable material for high-temperature applications.
Melting point of tantalum: 3290 K (3017 °C) - 3rd highest among metals after tungsten and rhenium.
Boiling point of tantalum: 5731 K (5458 °C).
Density: 16.4 g/cm³ - very dense, comparable to gold.
Crystal structure at room temperature: Body-centered cubic (BCC).
Corrosion resistance: Exceptional, almost inert at room temperature.
| 同位素 / 符号 | 质子（Z） | 中子（N） | 原子质量（u） | 天然丰度 | 半衰期/稳定性 | 衰变 / 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 钽-180 — \(\,^{180}\mathrm{Ta}\,\) | 73 | 107 | 179.947466 u | ≈ 0.012% | 1.2×10¹⁵ 年 | 核亚稳态同质异能素（180mTa）。唯一已知的天然同质异能素，极为罕见。 |
| 钽-181 — \(\,^{181}\mathrm{Ta}\,\) | 73 | 108 | 180.947996 u | ≈ 99.988% | 稳定 | 钽的唯一稳定同位素，几乎代表所有天然钽。 |
| 钽-182 — \(\,^{182}\mathrm{Ta}\,\) | 73 | 109 | 181.950152 u | 合成 | 约114.43天 | 放射性（β⁻）。天然灭绝同位素，在宇宙化学中用于钽-钨定年。 |
注意：:
Electron shells: 电子如何在原子核周围组织.
钽有73个电子，分布在六个电子壳层中。其电子排布为[Xe] 4f¹⁴ 5d³ 6s²，其中4f亚层完全填满（14个电子），5d亚层有三个电子。该排布也可写作：K(2) L(8) M(18) N(18) O(32) P(5)，或完整形式：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d³ 6s²。
K壳层 (n=1): contains 2 electrons in the 1s subshell. This inner shell is complete and very stable.
L壳层（n=2）: contains 8 electrons distributed as 2s² 2p⁶. This shell is complete, forming a noble gas configuration (neon).
M壳层 (n=3): contains 18 electrons distributed as 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. This complete shell contributes to electronic screening.
N壳层（n=4）: contains 18 electrons distributed as 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. This shell forms a stable structure.
O壳层（n=5）: contains 32 electrons distributed as 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d³. The completely filled 4f subshell and the three 5d electrons give tantalum its transition metal properties.
P壳层 (n=6): contains 5 electrons in the 6s² and 5d³ subshells.
Tantalum effectively has 5 价电子: two 6s² electrons and three 5d³ electrons. Tantalum exhibits several oxidation states, but the most stable and common is +5. In this state, tantalum loses its two 6s electrons and three 5d electrons to form the Ta⁵⁺ ion with the electronic configuration [Xe] 4f¹⁴. This ion has a completely filled 4f subshell and is diamagnetic.
钽也可以形成较低氧化态（+4、+3、+2、+1、0，甚至在某些配合物中为-1和-3）的化合物，但这些化合物稳定性较差且通常具有还原性。例如，TaCl₅（五氯化钽）是+5态最常见的化合物，而TaCl₄（四氯化钽）代表+4态，且对空气敏感。因此，钽的化学性质主要由+5态主导，在此状态下其化学性质与铌（Nb⁵⁺）相似，但离子尺寸略小且路易斯酸性更强。
金属钽在室温空气中极为稳定，因其表面会形成一层保护性的Ta₂O₅氧化膜。在高温（超过300°C）下，它会逐渐氧化：4Ta + 5O₂ → 2Ta₂O₅。五氧化二钽是一种白色、高度稳定、化学惰性的固体，具有高介电常数（κ ~ 25）。正是这种氧化物赋予了钽卓越的耐腐蚀性。细粉状的钽可能具有自燃性。
钽对水和蒸汽几乎呈惰性，即使在高温下也是如此。它能抵抗大多数酸类，包括浓盐酸、浓硫酸（最高150°C）、浓硝酸，甚至王水。仅会被以下物质显著侵蚀：
这种卓越的耐腐蚀性使其成为化工设备的理想材料。
钽在中等温度下与卤素反应生成五卤化物：2Ta + 5F₂ → 2TaF₅；2Ta + 5Cl₂ → 2TaCl₅。五氯化钽（TaCl₅）是一种极易吸湿的白色固体，用作化学气相沉积和有机合成的前驱体。钽在高温（>300 °C）下与氮反应生成氮化钽（TaN），与碳反应生成碳化钽（TaC，已知最耐高温的材料之一，熔点约3880 °C），与氢反应生成氢化物（TaH）。
钽最显著的特性，除了其耐腐蚀性外，是其卓越的生物相容性。钽完全具有生物相容性：无毒、不会引起过敏反应，也不会干扰生物过程。此外，其氧化物Ta₂O₅也具有生物相容性，并形成一层稳定的薄膜，不会在体液中溶解。这些特性，加上其机械强度和精密加工能力，使钽成为医疗植入物的理想材料。
钽最重要的应用是用于电子电容器。钽电容器约占全球钽金属消耗量的50%。它们几乎在所有电子设备中都是必不可少的：手机、电脑、医疗设备、汽车系统等。其受欢迎的原因在于其优异的综合性能：高体积容量、稳定性、可靠性以及宽工作温度范围。
钽电容器是使用钽金属作为阳极的电解电容器。阳极由烧结钽粉（以最大化表面积）或钽箔制成。通过阳极氧化形成的薄层氧化钽（Ta₂O₅）作为电介质。阴极通常是二氧化锰（MnO₂）或导电聚合物。这种结构使得在很小的体积内实现非常高的电容成为可能。
钽电容器特别用于：
钽是已知的最具生物相容性的材料之一，在医疗应用中具有多项优势：
一项重要的发展是多孔钽（Trabecular Metal™），它模仿了松质骨的结构。这种材料的孔隙率约为75-80%，允许骨骼在植入物内部生长（骨整合）。多孔钽植入物特别用于翻修关节假体（更换失败的植入物），在这些情况下骨固定较为困难。
由于其卓越的耐腐蚀性，钽被用于制造处理腐蚀性化学品的设备。
钽常被用作较廉价金属（钢、铜）的涂层，或与玻璃结合（钽化玻璃）以降低成本。
钽是用于高温应用的镍基、钴基和铁基高温合金中的重要合金元素。它能改善：
这些合金用于燃气轮机叶片（航空、发电）、燃烧室以及空间推进系统。
碳化钽（TaC）及含钽的碳化钨合金用于高性能切削工具。钽可提高工具的耐磨性、热硬度和抗变形能力。此类工具用于加工钢材、铸铁及高温合金。
钽金属及其不溶性化合物（如Ta₂O₅氧化物）具有极低的化学毒性。钽被认为具有生物惰性且无毒。钽粉末可能引起机械性刺激（如同任何细粉末），但无特定毒性效应。可溶性钽化合物（如氟钽酸钾K₂TaF₇）具有中等毒性，主要通过刺激作用表现。
钽的卓越生物相容性已通过其在医学领域数十年的广泛安全应用得到证实。深入研究显示其无致癌、致突变或致畸作用。钽植入物可在患者体内终身留存而不引发不良反应。
与钽相关的主要环境和社会问题涉及其提取，特别是在刚果民主共和国（DRC）和非洲大湖地区的钶钽铁矿（coltan）开采。这些问题包括：
作为回应，诸如经合组织针对冲突地区矿产供应链的《尽职调查指南》以及"无冲突冶炼厂计划"等认证项目已相继出台，以确保负责任的采购。
钽被广泛回收，估计回收率为20-30%。回收来源包括：
由于钽的高昂价格，回收在经济上具有吸引力，并有助于减轻采矿压力。然而，含钽废料的收集和分类仍面临挑战，尤其是对于小型电子设备而言。
职业性钽暴露主要发生在矿山、加工厂、电子和医疗设备制造商以及使用钽设备的行业。需遵循金属粉尘的标准防护措施。大多数国家未设定钽的职业暴露限值，但适用重金属粉尘的一般建议（总粉尘通常为5-10 mg/m³）。
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