Niob

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

- Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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

Das selten vorkommende Schwermetall hat eine graue Farbe und ist gut schmiedbar. Niob kann aus dem Mineral Niobit gewonnen werden. Es wird hauptsächlich in der Metallurgie verwendet, um Spezialstähle herzustellen und die Schweißbarkeit zu verbessern.

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

Geschichte

Niob 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, ob es sich bei Niob und dem 1802 entdeckten Tantal um unterschiedliche Elemente handelt. Erst 1844 zeigte der Berliner Professor Heinrich Rose, dass Niob- und Tantalsäure unterschiedliche Stoffe sind.

Nicht um die Arbeiten Hatchetts wissend 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 Periodensystes der Elemente 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 in folgenden Mineralen:

Niob und Tantal kommen fast immer verschwistert vor. Von wirtschaftlichem Interesse sind Niobvorkommen in Karbonatiten, in deren Verwitterungsböden sich Pyrochlor angereichert hat. Brasilien und Kanada sind die Hauptproduzenten von niobhaltigen Mineralkonzentraten. Große Erzlager befinden sich auch in Nigeria, in der Demokratischen Republik Kongo und in Russland.

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 Vanadium eine Stelle weiter oben im Periodensystem ist die Stufe +5 am beständigsten.

Verwendung

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 Verwendungen:

Ein 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 II. Niob-Legierungen (mit N, O, Sn, AlGe, Ge) gehören neben Vanadium und Technetium zu den 3 Stoffen (mit 2 Rein-Elementen) die Typ II Supraleiter sind und deren Sprungtemperatur Tc zwischen 16 K(N); 18,05 K(Sn); 23,2 K(Ge) liegt.

Aus Niob gefertigte supraleitende Kavitäten werden in Teilchenbeschleunigern (u.a. XFEL und FLASH am DESY in Hamburg) eingesetzt.

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

Sicherheitshinweise

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.

Weblinks