Niobium
Niobium ist ein stahlgraues, korrosionsbeständiges, duktiles Schwermetall der 5. Nebengruppe, von dem sich Verbindungen überwiegend mit der Oxidationsstufe +V ableiten. Es kommt als Eisenniobat (Columbit) vor und ist immer mit Tantal vergesellschaftet. Die Trennung der Elemente kann durch fraktionierte Kristallisation der Fluorometallate(V) erfolgen. Aus NbF
lässt sich das Metall durch Reduktion mit Natrium gewinnen. Niobium ist ein wichtiger Legierungsbestandteil bei der Herstellung temperaturbeständiger Werkstoffe.
Eigenschaften des Elements
| Einordnung in das Periodensystem der Elemente und Eigenschaften | Atombau |
| Ordnungszahl: 41 | 41 Protonen 41 Elektronen |
| 5. Periode | 5 besetzte Elektronenschalen |
| V. Nebengruppe | 5 Außenelektronen |
| Elektronenkonfiguration im Grundzustand | Kr 5s14d4 |
| Elektronegativität | 1,6 |
| Ionisierungsenergie in eV | 6,88 |
| häufigste Oxidationszahlen | V |
| Atommasse des Elements in u | 92,91 |
| Atomradius in 10- 1 0m | 1,429 |
| Ionenradius in 10- 1 0m | 0,69 (+5) |
| Aggregatzustand im Normalzustand | fest |
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 | Massen- zahl 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.
