| Niob 41Nb | ||||||
| engl. Niobium (nach „Niobe“, der Tochter des Tantalos) | ||||||
|
||||||
     
|
| Physikalisch-chemische Eigenschaften |
||||||
Das grau glänzende Niob ähnelt dem Tantal, es hat eine sehr hohe Schmelztemperatur.
Ein markanter Unterschied zum Tantal ist die wesentlich geringere
Dichte. Niob weist eine ähnliche Festigkeit wie Stahl auf. Das reine Metall kann man aufgrund seiner geringen Härte
aber noch gut verarbeiten. Durch geringe Verunreinigungen mit Kohlenstoff wird der Schmelzpunkt erhöht, und das Metall wird wesentlich härter und spröder. Niob kristallisiert in der kubisch-raumzentrierten Kristallklasse.
Niob ist ein relativ unedles Element. Trotzdem ist es an der Luft sehr beständig, da sich eine schützende Oxidschicht bildet, die das Metall vor weiterer Korrosion schützt. Das farbige Schillern, das beim Erhitzen eines kompakten Stücks mit dem Brenner auftritt, wird durch hauchdünne Oxidschichten auf der Metalloberfläche verursacht. Niobpulver ist pyrophor und kann sich von selbst entzünden. Mit Sauerstoff reagiert glühendes Niobpulver zu Niob(V)-oxid: 
2 Nb2O5 ΔHR = −3802 kJ/mol Das kompakte Metall
wird
bei Zimmertemperatur von den meisten Säuren nicht
angegriffen. Nach dem Erhitzen vermögen jedoch fast alle
Säuren das Metall zu zersetzen.
Bei höheren Temperaturen reagiert es auch mit den meisten
Nichtmetallen
wie Stickstoff oder Kohlenstoff, mit Wasserstoff und mit Chlor:
2 Nb + 5 Cl2
2 NbCl5 ΔHR = −1596 kJ/mol
Die Oberfläche des Niobs kann durch elektrochemisches Dekorieren farbig gestaltet werden. Das Verfahren nennt sich Oxigraphie. Dabei wird eine dünne Interferenz-Oxidschicht auf dem Metall angebracht. Je nach Spannung entstehen verschiedene Farben. Diese lassen sich besonders beim Niob in vielen Variationen erzeugen.
|
| Toxikologie |
Das
elementare Niob und auch das Niob(V)-oxid haben nur ein geringes toxisches
Potenzial. Das Freisetzen und Einatmen von Stäuben ist aber auf jeden
Fall zu vermeiden. |
| Vorkommen |
|||
| Häufigkeit weniger häufig Niob kommt in der Erdhülle etwas häufiger wie Blei oder Tantal vor. Elementar findet man es in der Natur nicht. Das bedeutendste Nioberz
ist das Mischmineral Columbit,
in dem vor allem Eisen-, Niob- und
Tantalverbindungen vorkommen. Die wichtigsten Vorkommen liegen
in Kanada, Russland, Kongo, Nigeria, Uganda, Thailand, Malaysia und
Australien.
|
| Geschichte |
|||
1801
untersuchte der englische Mineraloge Charles Hatchett (1765–1847) in London
columbithaltigen Flusssand aus Massachusettes und gewann daraus ein
neues Oxid, das er zunächst Columbium nannte. 1802 isolierte der schwedische Chemiker Anders Gustaf Ekeberg (1767–1813) aus Mineralen der Tantalit-Columbit-Reihe ein Oxid, in dem er das Element Tantal vermutete. William Hyde Wollaston (1766–1828) verglich 1809 die beiden gewonnenen Oxide von Hatchett und Ekeberg und kam zum Schluss, dass darin das gleiche Element enthalten sei. Diese Meinung vertrat man, bis der Berliner Mineraloge Heinrich Rose (1795–1864) 1845 beweisen konnte, dass sich die beiden Oxide chemisch unterscheiden. Rose benannte das neue Element Niobium nach Niobe, der Tochter des griechischen Sagenkönigs Tantalos.
1864 gelang dem Schweden Christian Wilhelm Blomstrand (1826–1897) erstmals die Herstellung von elementarem Niob durch eine Reduktion von Niob(V)-chlorid mit Wasserstoff.
1907 erzeugte Werner von Bolton (1868–1912) reines Niob durch die Reaktion von Heptafluoroniobat mit Natrium. Ab 1925 erfolgte der Einsatz als Legierungsbestandteil von Stahl. Der offizielle Name Niob gilt erst seit 1950. In diesem Jahr legt die IUPAC einen 100 Jahre andauernden Streit bei. Bis dahin wurde das Element in den USA Columbium genannt. |
| Herstellung |
Der
Columbit wird zunächst in Säuren oder Laugen aufgeschlossen.
Nach der Zugabe von Wasser erhält man die unlöslichen Niob- und
Tantaloxide. Nach dem Lösen der Oxide in Flusssäure gibt man
Kaliumfluorid hinzu. Dabei entstehen die entsprechenden Fluoride K2TaF7 und K2NbOF5.
Das Tantalfluorid ist schlechter löslich
als das Niobfluorid und kann daher abgetrennt werden. Dieses
wandelt man wieder in Nioboxid um und reduziert es bei hohen
Temperaturen mit Kohle. Dabei entsteht Niob-Carbid NbC als
Zwischenprodukt:
Nb2O5 + 7 C 2 NbC
+ 5 CO5 NbC + Nb2O5
7 Nb + 5 CO |
| Verwendung |
|||
Ferro-Niob ist eine Legierung mit etwa 65 Prozent Niob, 30 Prozent
Eisen, sowie Zusätze mit Tantal, Aluminium und Silicium. Es dient als Legierungsbestandteil für
rostfreie Stähle im Automobilbau, für Brücken, Hochspannungsmasten
und Rohre. Legierungen mit Niob, Eisen und Cobalt und Zusätze anderer Metalle
eignen sich für Triebwerke im Flugzeug- und Raketenbau.
Niob-Zirkonium-Legierungen dienen zur Umhüllung
von Kernbrennstäben. Legierungen mit Niob und Wolfram werden zur Herstellung von Thermometern im Hochtemperaturbereich eingesetzt. Niob-Titan-Legierungen
werden für die Herstellung von Dauermagneten oder von großen
Magneten in Teilchenbeschleunigern verwendet. Bei Schmuck und Münzen
lassen sich durch das Auftragen dünner Oxidschichten mit Hilfe einer
Anodisierung fast alle Farben des Regenbogens erzeugen.
Niob und Nioblegierungen eignen sich auch als Supraleiter. Niob-Elektrolytkondensatoren enthalten Anoden aus Niob oder aus Niob(II)-oxid. In der chemischen Industrie dient Niob als Katalysator bei verschiedenen Synthesen, zum Beispiel bei der Herstellung von Salzsäure. |
| Niobminerale |
|||||
|
Gefahr
