Niobium

25 mei 202129 mei 2021 Chemiepedia

Inhoudsopgave

Niobium is een glanzend wit metaal dat een film vormt op het oppervlak wanneer het wordt blootgesteld aan lucht. Hierdoor vertoont het blauwe, groene of gele tinten. Het heeft een breed scala aan toepassingen, van gebruik in hypoallergene sieraden tot straalmotoren tot supergeleidende magneten.

Chemische gegevens

Tabel 1 – gegevens element Niobium
Symbool	Nb
Volledige naam	Niobium
Atoomnummer	41
Atoommassa (g.mol^-1 )	92,906
Groep	Transitiemetalen
Elektronegativiteit (Pauling)	1,6
Dichtheid (g.cm^-3 bij 20 °C)	8,57
Smeltpunt (°C)	2477
Kookpunt (°C)	4744
Vanderwaalsstraal (nm)	0,143
Ionstraal (nm)	0,070 (+5); 0,069 (+4)
Elektronenschil	[Kr]4d⁴5s¹
Elektronen per schil	2, 8, 18, 12, 1
Eerste ionisatiepotentiaal (kJ.mol^-1 )	652
Tweede ionisatiepotentiaal (kJ.mol^-1 )	1380
Derde ionisatiepotentiaal (kJ.mol^-1 )	2416
Ontdekt door	1801 Charles Hatchett

Geschiedenis

Niobium heeft een ingewikkelde geschiedenis. John Winthrop ontdekte in 1734 in Massachusetts een erts en hij stuurde het op naar Engeland. Het mineraal heeft jarenlang in de collectie van het British Museum gelegen tot het in 1801 door Charrles Hatchett werd geanalyseerd. Hij ontdekt een nieuw element in het erts en hij noemde het columbium naar Columbia, de poëtische naam voor Amerika. In 1809 vergeleek de Engelse chemicus William Hyde Wollaston columbiet met een ander mineraal, tantaliet en hij verklaarde dat columbium eigenlijk het element Tantaal was. De twee elementen lijken erg veel op elkaar, ze worden altijd bij elkaar gevonden en ze zijn lastig van elkaar te isoleren.

In 1844 produceerde Heinrich Rose, werkende met monsters van columbiet en tantaliet, twee nieuwe afzonderlijke maar zeer vergelijkbare zuren. Hij noemde ze niobeenzuur en pelopisch zuur. Hij hernoemde het element naar Niobium. Twintig jaar later isoleerde de Zwitserse chemicus Jean Charles Galissard de Marignac metallisch niobium door het chloride te verhitten in een waterstofatmosfeer.

Het element heette in de Verenigde Staten ongeveer 100 jaar lang Columbium (Cb) terwijl het in Europa Niobium heette. In 1949 werd het element door de International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) Niobium genoemd. In ruil ervoor werd Tungsten de officiële naam voor Wolfraam, element 74. Dit element heeft overigens nog steeds het symbool W. Wolfraam werd in de Verenigde Staten Tungsten genoemd. Veel metallurgisten noemen Niobium echter nog steeds Columbium.

Bohr-Rutherford diagram

elektronenschilconfiguratie van 41 Niobium

CC BY-SA 2.0 uk, Link

Isotopen

Tabel 2 – natuurlijke isotopen en abundanties
Nummer	Naam	Symbool	Atoommassa (u)	Abundantie (%)
41	Niobium	⁹³ Nb	92,906378	100

Radioisotopen

Tabel 3 – radioisotopen element niobium
Nuclide	Isotopische massa (u)	Halfwaardetijd
⁸²Nb	81,94313	51 ms
⁸³Nb	82,93671	4,1 s
⁸⁴Nb	83,93357	9,8 s
⁸⁵Nb	84,92791	20,9 s
⁸⁶Nb	85,92504	88 s
⁸⁷Nb	86,92036	3,75 min
⁸⁸Nb	87,91833	14,55 min
⁸⁹Nb	88,91341	2,03 uur
⁹⁰Nb	89,91126	14,60 uur
⁹¹Nb	90,90699	680 jaar
⁹²Nb	91,90719	3,47* 10⁷ jaar
⁹⁴Nb	93,90728	2,03 * 10⁴ jaar
⁹⁵Nb	94,90683	34,991 dagen
⁹⁶Nb	95,90810	23,35 uur
⁹⁷Nb	96,90809	72,1 min
⁹⁸Nb	97,91032	2,86 s
⁹⁹Nb	98,91161	15,0 s
¹⁰⁰Nb	99,91418	1,5 s
¹⁰¹Nb	100,9152	7,1 s
¹⁰²Nb	101,9180	1,3 s
¹⁰³Nb	102,9191	1,5 s
¹⁰⁴Nb	103,9224	4,9 s
¹⁰⁵Nb	104,9239	2,95 s
¹⁰⁶Nb	105,9279	920 ms
¹⁰⁷Nb	106,9303	300 ms
¹⁰⁸Nb	107,9348	0,193 s
¹⁰⁹Nb	108,9376	190 ms
¹¹⁰Nb	109,9424	170 ms
¹¹¹Nb	110,9456	80 ms
¹¹²Nb	111,9508	60 ms
¹¹³Nb	112,9547	30 ms

Weetjes

Niobium is vernoemd naar Niobe, de Griekse godin van de tranen. Zij was de dochter van koning Tantalus. Vanwege de overeenkomsten van het element met Tantaal (vernoemd naar de koning).
Niobium en Tantaal worden nagenoeg altijd samen in de natuur aangetroffen.
De naam Niobium werd in 1950 officieel aangenomen maar in vooral Angelsaksische landen wordt de oude naam Columbium ook nog veel gebruikt.
Bijna al het niobium wordt gewonnen in Canada en Brazilië. De hoeveelheid in de korst van de Aarde wordt geschat op voldoende voor de komende 5 eeuwen.
Er zijn geen serieuze gezondheidseffecten bekend van werken met niobium. Echter enkele verbindingen van niobiumstof kunnen wel leiden tot oog- en huidirritatie. Er zijn ook geen milieueffecten bekend van niobium.
Bijna 80% van het gewonnen niobium wordt gebruikt in de staalindustrie om hoogwaardig laaggelegeerd staal te maken. Het gebruik van niobium in deze legeringen verhoogt de mechanische sterkte, taaiheid en corrossiebestendigheid van het staal.
Andere toepassingen van niobium zijn onder meer in de constructie van pijpleidingen, superlegeringen voor hittebestendige apparatuur waaronder bijvoorbeeld straalmotoren, en in sieraden.
Niobium, wolfraam, molybdeen, tantaal en renium zijn bekend als de 5 vuurvaste metalen. Deze metalen hebben allemaal een zeer hoge weerstand tegen hitte en slijtage.

Huidig onderzoek

Vanwege zijn verscheidenheid aan eigenschappen wordt niobium in verschillende onderzoeksgebieden gebruikt. Een voorbeeld van zo’n onderzoek is het maken van supermagneten. Een van de sterkste supergeleidende magneten ter wereld gebruikt draden van niobiumlegeringen zoals niobium-tin en niobium-titanium. Deze magneet van 2,3 ton is gemaakt van spoelen van drie soorten draden waarvan twee met Niobium. De magneet bereikt een veldsterkte van 32 Tesla (de sterkte van het aardmagnetisch veld aan het oppervlak van de planeet varieert van 30 tot 60 microTesla (30 * 10-6 tot 60 * 10-6 Tesla).

Een toepassing voor een supergeleidende magneet is bij magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) of spectroscopie (MRS). De supergeleidende magneet gebruikt niobium-titanium draadspoelen om een initieel magneetveld te creëren en extra spoelen van niobium-tin draad om een secundair magneetveld te creëren. De twee velden worden gecombineerd om zo een sterker magneetveld te maken dan de meer traditionele niobium-titanium supergeleidende magneet.