Niob

Niob (chemická značka Nb, latinsky niobium) je kovovým, přechodným prvkem 5. skupiny periodické tabulky. Nachází využití v elektronice a metalurgii při výrobě speciálních slitin.

Niob
[Kr] 4d4 5s1 93 Nb 41
↓ Periodická tabulka ↓
Obecné
Název, značka, číslo	Niob, Nb, 41
Cizojazyčné názvy	lat. Niobium
Skupina, perioda, blok	5. skupina, 5. perioda, blok d
Chemická skupina	Přechodné kovy
Koncentrace v zemské kůře	15 až 24 ppm
Koncentrace v mořské vodě	0,00001 mg/l
Vzhled	Šedý kujný kov
Identifikace
Registrační číslo CAS	7440-03-1
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost	92,9063
Atomový poloměr	145 pm
Kovalentní poloměr	137 pm
Iontový poloměr	69 pm
Elektronová konfigurace	[Kr] 4d4 5s1
Oxidační čísla	−I, II, III, IV, V
Elektronegativita (Paulingova stupnice)	1,6
Ionizační energie
První	652,1 KJ/mol
Druhá	1380 KJ/mol
Třetí	2416 KJ/mol
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava	Krychlová, prostorově centrovaná
Molární objem	10,83×10−6 m3/mol
Mechanické vlastnosti
Hustota	8,57 g/cm3
Skupenství	Pevné
Tvrdost	6,0
Tlak syté páry	100 Pa při 3524K
Rychlost zvuku	3480 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost	53,7 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání	2 476,85 °C (2 750 K)
Teplota varu	4 743,85 °C (5 017 K)
Skupenské teplo tání	30 KJ/mol
Skupenské teplo varu	689,9 KJ/mol
Měrná tepelná kapacita	24,60
Elektromagnetické vlastnosti
Elektrická vodivost	6,93×106 S/m
Měrný elektrický odpor	152 nΩ·m
Standardní elektrodový potenciál	−1,1 V
Magnetické chování	Paramagnetický
Bezpečnost
GHS02 [1] Nebezpečí[1]
R-věty	R11
S-věty	S43
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P 91Nb umělý 6,8×102 let ε - 91Zr 92Nb umělý 10,15 dne ε - 92Zr γ 0,934 92Zr 92Nb umělý 3,47×107 let ε - 92Zr γ 0,561 92Zr 93Nb 100% je stabilní s 52 neutrony 94Nb umělý 2,03×104 let β− 0,471 94Mo γ 0,702 94Mo 95Nb umělý 34,991 dne β− 0,159 95Mo γ 0,765 95Mo
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
V ⋏ Zirkonium ≺ Nb ≻ Molybden ⋎ Ta

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Kovový niob

Niob byl objeven roku 1801 Charlesem Hatchettem a byl pojmenován podle Niobé, dcery bájného krále Tantala. Hatchett objevil niob v minerálu columbitu (psáno někdy také kolumbit) a pojmenoval ho proto columbium. Pro velmi podobné vlastnosti niobu a tantalu panoval dlouho názor, že se jedná o jeden prvek. Teprve v roce 1844 prokázal Heinrich Rose, že columbit obsahuje dva prvky – tantal a niob.

Niob je šedý, kujný, kovový prvek, poměrně značně chemicky stálý. Má netypickou elektronovou konfiguraci valenční slupky: 4d⁴ 5s¹. Jeho zbarvení se při dlouhodobém působení vzduchu mění na namodralé. Při manipulaci za vyšší teploty jej však musíme chránit v inertní atmosféře před působením vzdušného kyslíku. Oxidace vzduchem začíná při teplotě 200 °C.

Poměrně dobře se rozpouští v kyselině fluorovodíkové (HF), kyselých roztocích obsahujících fluoridové ionty a snadno se rozkládá alkalickým tavením. V chemických sloučeninách se vyskytuje v mocenství Nb⁺², Nb⁺³ a Nb⁺⁵.

Výskyt a výroba

Minerál kolumbit

Niob je na Zemi poměrně vzácný, jeho obsah v zemské kůře se odhaduje na 15–25 mg/kg. Koncentrace v mořské vodě je velmi nízká, odhaduje se na přibližně 0,000 01 mg/l (0,01 ppb). Ve vesmíru připadá jeden atom niobu na 40 miliard atomů vodíku.

Prvek se nikde nevyskytuje čistý, v minerálech je obvykle doprovázen tantalem. Nejznámějšími minerály jsou kolumbit ((Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆), coltan ((Fe,Mn)(Ta,Nb)₂O₆) a euxenit ((Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)₂O₆).

Ložiska rud s prakticky využitelným obsahem niobu se nalézají v Rusku, Brazílii, Kanadě, jižní Africe a v Nigérii.

Výroba čistého kovu je značně komplikovaná, protože ve všech přírodních rudách jej doprovází tantal, jehož chemické chování je velmi podobné. Obvykle se pro separaci těchto dvou kovů používá krystalizace jejich fluorokomplexů nebo frakční destilace pětimocných chloridů. Po přečištění sloučenin se elementární kovový niob vyrábí elektrolyticky.

Využití

Niob má široké využití: je součástí ušlechtilé oceli a slitin mnoha neželezných kovů. Tyto slitiny jsou často používány při konstrukci potrubních systémů.

Další využití:

• Kov má malý účinný průřez pro tepelné neutrony, a proto se používá v jaderném průmyslu.
• Také je využíván při svařování obloukem.
• Jeho namodralé barvy se využívá ve slitinách pro piercing.
• Velké množství niobu ve formě ferroniobia a niklniobia se používá v superslitinách pro součásti proudových motorů a v zařízeních, kde přichází do styku s vysokou teplotou.
• Jako náhrada tantalu v kondenzátorech.
• Protože je v čistém stavu fyziologicky inertní, používá se v klenotnictví a medicíně.

Při ochlazení na velmi nízkou teplotu přechází niob do supravodivého stavu. Za atmosférického tlaku je kritická teplota elementárního kovu 9,25 K. Spolu s vanadem a techneciem patří niob mezi jediné tři prvky, které jsou supravodiči II. typu. Jeho slitiny se zirkoniem, cínem, titanem aj. patří také mezi supravodiče II. typu a používají se např. pro výrobu supravodivých magnetů, které jsou schopné vyrobit velmi silné magnetické pole.

Izotopy

V přírodě je niob monoizotopický i mononuklidický (⁹³Nb). Nejstabilnější radioizotopy jsou ⁹²Nb s poločasem přeměny 34,7 milionu roků, ⁹⁴Nb (20 300 roků) a ⁹¹Nb (680 roků). Bylo popsáno dalších 31 izotopů tohoto prvku, jejich nukleonová čísla jsou 81 až 115.^[2]