Niobium: Het element

Niobium is een zeldzaam, buigzaam, kneedbaar, grijs-metallic metaal. (blauwachtig als het geoxideerd is). Het werd ontdekt door Charles Hatchett in 1801 in de erts colombiet. In Amerika werd (en nog) de naam columbia en in Europa de naam niobium gebruikt. In 1950 werd de naam niobium genormaliseerd. Niobium is strategisch belangrijk omdat het wordt gebruikt in de nucleaire-, defensie-, gasdistributie en elektronica-industrie, vaak als een legering van ijzer, maar ook als zgn "superlegeringen", die opereren bij hoge temperaturen in turbines van straalmotoren. Niobium gekenmerkt door hittebestendigheid, lage thermische uitzetting, hoge thermische geleidbaarheid, goede elektrische geleidbaarheid, corrosieweerstand en slijtvastheid, hoge dichtheid en stralingsabsorptie.

Algemene eigenschappen van het element niobium

Chemische eigenschappen van het element niobium

Fysische eigenschappen van het element niobium

Mechanische eigenschappen van niobium

Voorkomen niobium ertsen

Niobium komt niet vrij in de natuur voor. De meest voorkomende vormen zijn de mineralen columbiet (niobiet), pyrochloor en euxeniet. Mineralen waarin niobium voorkomt bevatten meestal ook tantalium. De grootste niobium-producerende landen zijn Canada, Brazilië, Nigeria, Congo en Rusland. Wereldproductie bedraagt ongeveer 30.000 ton per jaar.

Bereiding element niobium

Vrijmaking van niobium is niet eenvoudig. Niobium ertsen bevatten altijd niobium en tantaal die chemisch praktisch gelijk zijn en dus moeilijk te scheiden. De ertsen bestaan v.n.l. uit de verbindingen Nb2O5 en Ta2O5 die samen met NaOH gesmolten worden. Er ontstaat dan niobaat en tantalaat, de zouten van nioob- en tantaalzuur H3NbO4 en H3TaO4, deze worden in water opgelost en aangezuurd, waardoor de zuren neerslaan. We lossen ze op in waterstoffluoride HF. Na toevoeging van kaliumfluoride KF kristalliseren de zouten K2NbOF.H2O en K2TaF2 uit. De laatste is moeilijk en de eerste is gemakkelijk in water oplosbaar en die eigenschap wordt gebruikt om beide verbindingen te scheiden. Door reductie met koolstof of natrium worden daarna hieruit de metalen niobium en tantaal gewonnen. Beide metalen worden beneden 100 °C, niet aangetast door zuren, maar zijn niet bestand tegen sterk basische oplossingen en oxideren boven 400 °C.

Eigenschappen niobium

• Van alle geleidende elementen wordt niobium bij de hoogste temperatuur (9,3 K) supergeleidend.
• Het metaal oxideert aan de lucht bij 200 °C, maar ook als het bewerkt wordt bij gematigde temperatuur moet het in een beschermende atmosfeer geplaatst worden,omdat het de neiging heeft om te reageren met zuurstof, koolstof, halogenen, stikstof en zwavel.
• Het metaal is bestand tegen zuren, maar wordt aangetast door hete, geconcentreerde zuren en door logen en oxidatiemiddelen.

Reactie van niobium met lucht

Niobium niet met lucht reageren onder normale omstandigheden. Het oppervlak van niobium metaal wordt beschermd door een dunne oxidelaag. aantasting boven 400°C.

Reactie van niobium met water

Niobium niet reageren met water onder normale omstandigheden. Het oppervlak van niobium metaal wordt beschermd door een dunne oxidelaag.

Reactie van niobium met halogenen

Niobium gaat met halogenen reageren indien we opwarmen tot niobium (V) ontstaat die halogeniden vormt. Niobium reageert met fluor F2, met chloor Cl2, met broom Br2, en jood I2 , tot resp. witte niobium(V)fluoride, gele niobium(V)chloride, oranje niobium(V )bromide, en bronskleurige niobium(V)jodide.

Reactie van niobium met zuren

Niobium wordt niet aangetast door de meeste zuren bij kamertemperatuur, maar lost op in waterstoffluoride HF, en in een mengsel van HF en salpeterzuur HNO3.

Reactie van niobium met basen

Niobium metaal is in hoge mate bestand tegen aantasting door gesmolten alkali, maar zal toch heel langzaam oplossen.

Toepassingen niobium

• De belangrijkste toepassing van niobium is bij de productie van sommige roestvrije staalsoorten.
• In nucleaire installaties voor het afvangen van losse neutronen.
• De blauwachtige kleur maakt het een gewild metaal voor sieraden zoals armbanden, oorbellen en body piercings.
• Niobium wordt in combinatie met nikkel en kobalt gebruikt in legeringenvoor raketmotoren, straalmotoren en andere installaties die grote temperatuursverschillen te verwerken krijgen.
• Niobium wordt gebruikt voor de productie van hoge-temperatuur-legeringen. Kleine hoeveelheden niobium geven grotere sterkte aan metalen, met name ook bij lage temperaturen.
• Niobium carbide wordt gebruikt in (snij)gereedschapstalen.
• Het wordt gebruikt in roestvrij staal legeringen voor kernreactoren, raketten, snijgereedschap, pijpleidingen, supermagneten en lasstaven.
• Niobium- tin en niobium- titanium legeringen worden gebruikt als draden voor supergeleidende magneten die zeer sterke magnetische velden produceren. Niobium wordt gebruikt in zuivere vorm voor supergeleidende structuren voor deeltjesversnellers.
• Niobium legeringen worden gebruikt in chirurgische implantaten, omdat ze niet met menselijk weefsels reageren.

Invloed niobium op milieu en gezondheid

• Metallisch niobium speelt geen rol in de biologie, maar in poedervorm irriteert het ogen en huid en kan het brandgevaarlijk zijn. Veel niobium verbindingen zijn giftig, maar er zijn geen meldingen van vergiftigingen.
• Planten vertonen over het algemeen slechts sporen van niobium, hoewel sommige mossen en korstmossen 0,45 ppm niobium kunnen bevatten.
• Planten groeien zonder aanwijsbare problemen in de buurt van niobium afzettingen.
• Er zijn geen negatieve milieu-effecten gerapporteerd.