Niobium

Eigenschaften des Elements

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in bei 25 °C	8,55
Härte nach Mohs und Brinell	4; 73,5 · 107
Schallgeschwindigkeit in	3480
Schmelztemperatur in °C	2420
spezifische Schmelzwärme in	392,78
Siedetemperatur in °C	4900
spezifische Verdampfungswärme in	7498,4
Standardentropie S0 in
Wärmeleitfähigkeit in bei 27 °C	53,7
spezifische Wärmekapazität in	0,265
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3
spez. elektrischer Widerstand in	12,80
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)	0,001 9

Niobiumspäne

Isotope des Elements

Niobium ist ein anisotopes Element, es kommt in der Natur nur in Form eines einzigen stabilen Isotops vor. Daneben sind 28 radioaktive, kurzlebige Isotope hergestellt worden. Einige sind beispielhaft in der folgenden Tabelle mit aufgeführt.

Ordnungszahl Z	Massenzahl A	Atommasse in u	Häufigkeit in %	Art der Strahlung und Energie in MeV	Halbwertszeit
41	93	57,935 342	100%
	94	59,930 787	künstlich	β : 0,5	2 · 104a
	95	60,931 056	künstlich	β : 0,2	35 d
	96	61,928 342	künstlich	β : 0,7	24 h

Energieniveauschema

Weitere Eigenschaften

Niobium ist ein ziemlich weiches, gut schmied- und walzbares Schwermetall. In reinem Zustand glänzt es hellgrau. Durch geringe Verunreinigungen mit Sauerstoff, Kohlenstoff oder Stickstoff wird es sehr hart und spröde und kann dann nur noch bei Rotglut bearbeitet werden. Es hat eine sehr hohe Schmelz- und Siedetemperatur. Niobium gehört zur Vanadiumgruppe, ist elektropositiv und gilt aufgrund seiner negativen Normalpotenziale als unedles Element. Infolge von Passivierung durch Bildung einer dünnen, aber dichten Oxidschicht, ist es dennoch chemisch sehr beständig und wird von den meisten Säuren, einschließlich Königswasser, bei Raumtemperatur nicht angegriffen. Oberhalb von 200 °C löst sich die Oxidschicht auf und wird dann von allen Säuren angegriffen. In Pulverform kann Niobium sich spontan entzünden. Mit den meisten Nichtmetallen reagiert Niobium bei höheren Temperaturen, eine Ausnahme bildet Fluor, welches es schon bei Raumtemperatur angreift.

Entdeckung

Der englische Chemiker CHARLES HATCHETT (1765-1847) entdeckte 1801 im Mineral Columbit das Oxid eines bis dahin unbekannten Elements und nannte es Columbium. HEINRICH ROSE (1795-1864) wies 1844 nach, dass es sich bei dem Element Columbium um zwei Elemente handelte, das eine, Tantal, war von ANDREAS GUSTAF EKEBERG (1767-1813) bereits entdeckt worden, dem anderen gab er den Namen Niob, wegen seiner engen Verwandtschaft zu Tantal. 1866 gelang es G. de MARIGNAC erstmals, die beiden Elemente durch fraktionierte Kristallisation der Alkali-Doppelfluoride voneinander zu trennen. Durch die Reduktion des Niobium(V)-chlorids mit Wasserstoff erhielt BLOMSTRAND (1826-1897) im selben Jahr elementares Niobium. WERNER von BOLTON (1826-1912) erhielt reines Niobium 1907 durch die Reduktion von Kaliumpentafluorooxoniobat(V) mit Natrium.

Vorkommen/Herstellung

Niobium steht an 34. Stelle der Elementhäufigkeit und gehört damit zu den seltenen Elementen auf der Erde. In der Natur tritt Niobium nie elementar auf. Es kommt in sehr geringen Konzentrationen und immer zusammen mit Tantal in Erzen vor (z. B. in Form isomorpher Niobate und Tantalate). Die größten Niobiumreserven befinden sich in Brasilien, hier wird auch die größte Menge produziert. Andere wichtige Vorkommen befinden sich in Kanada, den GUS-Staaten, Mittelafrika, Malaysia und Australien. Columbit ist das Ausgangsmaterial für die technische Herstellung von Niobium. Die Abtrennung des Metalls erfolgt in einer Flüssig-Flüssig-Extraktion. Niobium wird nach der Überführung in Niobium(V)-oxid durch Reduktion mit Kohlenstoff bei ca. 2 000 °C in Pulverform gewonnen. Danach wird es zu Barren gesintert. Auch bei der Zinngewinnung fallen größere Niobiummengen an. Durch Elektronenstrahlschmelzen erhält man hochreines Niobium.

Verwendung

Niobium wird vorwiegend als Legierungskomponente für rostfreie Stähle verwendet, z. B. Ferro Niobium und Ferro Niobiumtantal. Hochtemperaturlegierungen mit außergewöhnlicher Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit setzt man zur Herstellung von Gasturbinen sowie im Flugzeug- und Raketenbau ein. Hochreines tantalfreies Niobium wird auch als Hüllenmaterial für Kernbrennstäbe benutzt.

Wichtige Verbindungen

Dazu sind besonders zu zählen das Oxid Nb2O5 und die Pentahalogenide NbX.

Bau

Niob kristallisiert in einem kubisch-raumzentrierten Metallgitter.