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41 |
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Dichte (g/cm3): |
8,570 |
6 |
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92,90638 |
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Atomradius (berechnet) in pm: |
145 (198) |
3, 5 |
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1,6 |
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[Kr]4d45s1 |
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2477°C (2750 K) |
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4744°C (5017 K) |
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natürl. Häufigkeit: |
11 ppm |
Niob ist ein metallisches Element in der 5. Nebengruppe des Periodensystems. Als anisotopes Element hat Niob neben 93Nb keine weiteren natürlichen Isotope. Man kennt jedoch noch künstliche Isotope (86Nb bis 103Nb) mit Halbwertszeiten zwischen 1,5 Sekunden und 3*107 Jahren, von denen 95Nb (35 Tage) als Radionuklid Verwendung gefunden hat. In seinen Verbindungen tritt Niob in den Oxidationsstufen +2, +3, +4 und +5 auf, wobei +5 am häufigsten und beständigsten ist. Niob ist chemisch verwandt mit Tantal und Vanadium. Die normalen Oxide der Elemente Vanadium, Niob, Tantal sind Säurebildner, daher bezeichnet man sie auch als saure Erden oder Erdsäuren.
Niob ist ein luftbeständiges, hellgraues, auf polierten Flächen weiß glänzendes, walzbares und schmiedbares Metall, das kubisch raumzentriert kristallisiert. Es wird von allen Säuren, sogar Königswasser, mit Ausnahme von heißer konz. Schwefelsäure und Flußsäure nicht aufgelöst. Erhitzen an Luft oberhalb 300°C führt zur Oxidation und, auch Wasserstoff bzw. Stickstoff werden oberhalb 250°C bzw. 300°C unter Bildung von sehr spröden festen Lösungen absorbiert, weshalb die Bearbeitung von Niob bei erhöhten Temperatur unter Edelgasatmosphäre oder im Vakuum erfolgen muss.
Niob ist für die menschliche Physiologie nicht essentiell (der Mensch enthält ca. 0,8mg Nb pro kg). Das Metall verhält sich gegen Körperflüssigkeiten völlig indifferent. Niobverbindungen gelten als toxisch (physiologische Funktionen bisher wenig bekannt). Eingeatmete Niob-Verbindungen werden besonders in den Knochen und der Leber angereichert.
Etwa 0,002% der obersten Erdkruste dürften aus Niob bestehen, das in der Häufigkeitsliste an 34. Stelle zwischen Neodym und Blei steht. Man trifft Niob an vielen Orten verstreut, aber selten in größeren Mengen angereichert. Es gibt etwa 60 Niob-Mineralien, vorwiegend Mischoxide, z.B. Columbit bzw. niobreicher Niobit, vielfach zusammen mit Zinnstein in Seifen abgelagert. Mit Tantal, Mangan, Seltenen Erden u.a. vergesellschaftet ist Niob in Pegmatiten und pneumolitischen Gängen als Pyrochlor enthalten, dem heute wichtigsten Rohstoff.
Zu rund 90% wird Niob in Form von Ferroniob durch direkte aluminothermische Reduktion von Erzkonzentraten gewonnen. Zur Herstellung von Niob-Metall erfolgt vorher die Abtrennung von Tantal aus dem in einem Schwefelsäure-Flußsäure-Gemisch gelösten Erzkonzentrat durch Flüssig-Flüssig-Extraktion mittels Methylisobutylketon (MIBK). Das freie Niob erhält man technisch durch elektrochemische Reduktion der komplexen Fluoride K2(NbOF5) sowie durch chemische Reduktion dieser Fluoride mit Natrium bei 800°C oder den aus ihnen zugänglichen Oxiden Nb2O5 mit Kohlenstoff bei 1700-2300°C. Höchstreines Niob erhält man durch wiederholtes Elektronenstrahlschmelzen .
Niob wird hauptsächlich in Form von Ferroniob und Ferro-Niob-Tantal zur Herstellung von Baustählen und hochwarmfesten Stählen verwendet. Besondere Bedeutung haben in neuerer Zeit die höherfesten, niedriglegierten (High-strength, Low-alloy = HSLA-) Stähle mit bis zu 1% Niob erlangt, vor allem im Automobilbau ((FeNb-, FeNbTa-Stähle), für Hochspannungsmasten, Offshore-Plattformen, Brücken und Rohrleitungen. Niob ist Bestandteil zahlreicher Superlegierungen, die wegen ihrer hohen Wärmefestigkeit in Gasturbinen und Triebwerken von Düsenflugzeugen eingesetzt werden. Mit Niob-Wolfram-Thermoelementen kann man Temperaturen um 2000°C exakt messen. Uran-Niob-Legierungen finden im Reaktorbau Anwendung und Zirkonium-Niob-Legierungen zur Umhüllung von Kernbrennstäben, Niob-Zinn (Nb3Sn) zeigt bei Kühlung mit flüssigem Helium Supraleitung und verliert diese Eigenschaft auch nicht in extrem starken Magnetfeldern. Außerdem sind noch weitere Supraleiter mit Niob bekannt (Nb3Cu; Nb/Ti; Nb/Zr). Einige Niobate, meist in der Perowskit-Struktur, sind ferroelektrisch und werden kommerziell gezüchtet. Die häufigsten Anwendungen sind z.B. elektronische Verzögerungsstrecken in PAL-Farbfernsehern oder die optische Frequenzverdoppelung von Lasern.
Niob wurde 1801 von Hatchett in einem Mineral (mit Tantaloxid vergesellschaftetes Niob-Oxid) entdeckt, das von Connecticut nach England gesandt worden war. Nach dem amerikan. (columbian) Fundort des Minerals wurde das Element Columbium genannt. Die Reinherstellung gelang 1864 durch Erhitzen des Chlorids in einer Wasserstoff-Atmosphäre. Der Name Niob geht auf Rose (1844) zurück (Niobe ist die Tochter des Tantalos), der das reine Chlorid isolierte. Dieser Name wurde 1949 durch die IUPAC als offizielle Bezeichnung des Elementes (lat. Form: Niobium) angenommen.
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