Niob

Niob (nach Niobe - der Tochter des Tantalos -, im engl. oft auch Columbium) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Nb und Ordnungszahl 41.

Eigenschaften

Zirkonium - Niob - Molybdän

V
Nb
Ta

[Kr]4d⁴5s¹

Periodensystem

Allgemein

Name, Symbol, Ordnungszahl

Niob, Nb, 41

Serie

Übergangsmetalle

Gruppe, Periode, Block

5, 5, d

Dichte, Mohshärte

8570 kg/m³, 6

Aussehen

grau metallisch

Atomar

Atomgewicht

92,90638 amu

Atomradius (berechnet)

145 (198) pm

Kovalenter Radius

137 pm

van der Waals-Radius

k. A.

Elektronenkonfiguration

[Kr]4d⁴ 5s¹

e^- 's pro Energieniveau

2, 8, 18, 12, 1

Oxidationszustände (Oxid)

5, 3 (leicht sauer)

Kristallstruktur

kubisch raumzentriert

Physikalisch

Aggregatzustand (Magnetismus)

fest (__)

Schmelzpunkt

2750 K (2477 °C)

Siedepunkt

5017 K (4744 °C)

Molares Volumen

10,83 · 10^-6 m³/mol

Verdampfungswärme

696,6 kJ/mol

Schmelzwärme

26,4 kJ/mol

Dampfdruck

0,0755 Pa bei 2741 K

Schallgeschwindigkeit

3480 m/s bei 293,15 K

Verschiedenes

Elektronegativität

1,6 (Pauling-Skala)

Spezifische Wärmekapazität

265 J/(kg · K)

Elektrische Leitfähigkeit

6,93 · 10⁶/m Ohm

Wärmeleitfähigkeit

53,7 W/(m · K)

1. Ionisierungsenergie

652,1 kJ/mol

2. Ionisierungsenergie

1380 kJ/mol

3. Ionisierungsenergie

2416 kJ/mol

4. Ionisierungsenergie

3700 kJ/mol

5. Ionisierungsenergie

4877 kJ/mol

6. Ionisierungsenergie

9847 kJ/mol

7. Ionisierungsenergie

12100 kJ/mol

Stabilste Isotope

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP
⁹¹Nb	{syn.}	680 a	ε	1,253	⁹¹Zr
⁹²Nb	{syn.}	3,47·10⁷ a	ε β^-	2,006 0,356	⁹²Zr ⁹²Mo
⁹³Nb	100 %	Nb ist stabil mit 52 Neutronen
Meta	{syn.}	16,13 a	IT	0,031	⁹³Nb
⁹⁴Nb	{syn.}	20300 a	β^-	2,045	⁹⁴Mo
⁹⁵Nb	{syn.}	34,975 d	β^-	0,926	⁹⁵Mo

NMR-Eigenschaften

	⁹³Nb
Kernspin	9/2
gamma / rad/T	6,539 · 10⁷
Empfindlichkeit	0,482
Larmorfrequenz bei B = "4",7 T	48,9 M Hz

SI-Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt,
sofern nicht anders angegeben.

Das selten vorkommende Schwermetall hat eine graue Farbe und ist gut schmiedbar. Niob kann aus dem Mineral Niobit gewonnen werden. Seine Hauptverwendung findet es in der Metallurgie zur Herstellung von Spezialstählen und zur Verbesserung der Schweißbarkeit.

Der Entdeckung des Elementes in dem Mineral Columbit, heute Niobit genannt, verdankt es seinen Namen.

Inhaltsverzeichnis

1 Bemerkenswerte Eigenschaften

Bemerkenswerte Eigenschaften

Niob ist ein grau glänzendes, duktiles Schwermetall. Es überzieht sich nach längerer Lagerung an Luft mit einer bläulich schimmernden oxidischen Haut, die als Passivschicht (Schutzschicht) wirkt. Von den meisten Säuren wird es daher nicht angegriffen. Nur Flusssäure und heiße konzentrierte Schwefelsäure korrodieren metallisches Niob. In heißen Alkalien ist Niob ebenfalls unbeständig, da sie die Passivschicht auflösen. Bemerkenswert ist, dass Niob noch bei 9,2 K supraleitend ist.

Das chemische Verhalten des Niobs ist fast identisch dem des Tantals, das im Periodischen System direkt unter Niob steht.

Eine Mechanische Bearbeitung von Niob muss wegen seiner Unbeständigkeit an Luft auch bei Raumtemperatur unter Schutzgasatmosphäre erfolgen. Bei Temperaturen oberhalb von 200 °C beginnt es (durchgängig?) zu oxidieren. Bekannt sind die Oxidationsstufen -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Wie beim kleineren Bruder Vanadium ist die Stufe +5 am beständigsten.

Anwendungen

Niob wird als Legierungszusatz für rostfreie Stähle, Sonderedelstähle und Nichteisenlegierungen verwendet, da sich Niob-legierte Werkstoffe durch eine erhöhte mechanische Festigkeit auszeichnen. Solcherart veredelte Stähle werden häufig im Rohrleitungsbau (Pipeline construction) eingesetzt. Als starker Karbidbildner wird Niob auch in Schweißzusatzwerkstoffen zum Abbinden von Kohlenstoff zulegiert.

Andere Anwendungen:

Eine niedriger Einfangquerschnitt für thermische Neutronen führt zu Anwendungen in der Nukleartechnik.
Herstellung niobstabilisierter Schweißelektroden als Schweißzusatz für Edelstähle, Sonderedelstähle und Nickelbasislegierungen.
Wegen seiner bläulichen Farbe wird es für Körperschmuck und zur Herstellung von Schmuckwaren genutzt.
Nennenswerte Mengen werden als Ferroniob und Nickelniob in der metallurgischen Industrie zur Herstellung von Superlegierungen (Nickel-, Cobalt- und Eisenbasislegierungen) eingesetzt. Hieraus werden statische Teile für stationäre und fliegende Gasturbinen, Raketenteilen und hitzebeständige Komponenten für den Ofenbau hergestellt.
Niob wurde als Ersatz des teureren Tantals in der Kondensator-Herstellung erprobt. (Text Nb als Dielektrikum nachtragen)

Unterhalb von 9,3 K ist reines Niob supraleitend Typ I. Allerdings gehören Niob-Legierungen (mit N, O, Sn, AlGe, Ge) gehört neben Vanadium und Technetium zu den 3 Stoffen (mit 2 Rein-Elementen) die Type II Supraleiter sind und deren Sprungtemperatur Tc zwischen 16 K(N); 18,05 K(Sn); 23,2 K(Ge) liegt.

Zur Erzeugung hoher Magnetfelder (bis ca. 20 T) werden supraleitende Magnete mit Drähten aus Niob-Zinn und Niob-Titan eingesetzt.

Geschichte

Niob (Griechische Mythologie: Niobe?, Tochter des Tantalus) wurde 1801 durch Charles Hatchett entdeckt. Hatchett fand Niob in Columbiterz, das um 1700 von John Winthrop, dem ersten Gouverneur von Connecticut nach England verschickt wurde. Er gab dem Element die Bezeichnung Columbite. Bis Mitte des 19. Jahrhunderts war ungeklärt, dass es sich bei Niob und dem 1802 entdeckten Tantal um unterschiedliche Elemente handelt. Erst 1844 zeigte der Berliner Professor Heinrich Rose, dass Niob- und Tantalsäuren unterschiedliche Stoffe sind.

Nicht wissend von den Arbeiten Hatchetts gab Rose dem entdeckten Element den Namen Niob. 1864 gelang Christian Blomstrand die Herstellung von metallischem Niob durch Reduktion von Niobchlorid mit Wasserstoff in der Hitze. 1866 bestätigte Charles Marignac Tantal als eigenständiges Element.

Erst nach 100 Jahren kontroverser Auseinandersetzungen legte die International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) 1950 Niob als offizielle Bezeichnung des 41. Elementes des PSE fest. Während sich dieser Sprachgebrauch im offiziellen Bereich weitgehend durchgesetzt hat, wird im angelsächsischen Sprachbereich von vielen Metallurgen, Werkstoffanbietern und im privaten Bereich immer noch die Bezeichnung Columbium und das Kurzzeichen Cb verwandt.

Vorkommen

Als freies Element ist Niob unbekannt, es kommt nur in gebundener Form vor, zum Beispiel als:

Niobit (Fe, Mn)(Nb, Ta)₂)O₆])
Niobit-Tantalit [(Fe, Mn)(Ta, Nb)₂)O₆]
Pyrochlor (NaCaNb₂O₆F), und
Euxenit [(Y, Ca, Ce, U, Th)(Nb, Ta, Ti)₂O₆].

Niob und Tantal kommen fast immer verschwistert vor. Bekannte Niobvorkommen enthalten carbonatites? (Kohlenstoff-Silikat-Gestein) und Pyrochlor. Brasilien und Kanada sind die Hauptproduzenten von niobhaltigen Mineralkonzentraten. Große Erzlager befinden sich auch in Nigeria, in der Demokratischen Republik Kongo und in Russland.

Vorsichtsmaßnahmen

Niobhaltige Verbindungen sind schwer wahrzunehmen. Das Element gilt zwar als nicht toxisch, jedoch irritiert metallischer Niobstaub Augen und Haut. Niobstaub ist zudem leicht entzündlich.

Eine physiologische Funktion ist unbekannt.