Ниобиум, порано познат како колумбиум, е хемиски елемент со симбол Nb (порано познат како Cb) и атомски број 41. Ниобиумот е мек, сив, кристален, нодуларен преоден метал, кој често се наоѓа во минералите пирохлор и колумбит, па оттука доаѓа и претходното име „колумбиум“. Името потекнува од старогрчката митологија Ниоба, која била ќерка на Тантал.. Името на елементот одразува голема сличност помеѓу двата елементи во нивните физички и хемиски својства, што ги прави тешко да се разликуваат.Knapp, Brian (2002). Francium to Polonium. Atlantic Europe Publishing Company, p. 40. .
Англискиот хемичар Чарлс Хатет во 1801 година објавил нов елемент сличен на тантал и го нарекол колумбиум. Во 1809 година, англискиот хемичар Вилијам Хајд Воластон погрешно заклучил дека тантал и колумбиум се идентични. Германскиот хемичар Хајнрих Роуз во 1846 година утврдил дека талантските руди содржат втор елемент, кој го нарекол ниобиум. Во 1864 и 1865 година, серија научни сознанија појасниле дека ниобиум и колумбиум биле ист елемент (како што се разликувал од тантал), и за еден век двете имиња биле користени наизменично. Ниобиумот официјално бил усвоен како име на елементот во 1949 година, но името Колумбиум останува во сегашната употреба во металургијата во САД.
Од почетокот на 20 век, ниобиумот првпат се користел комерцијално. Бразил е водечки производител на ниобиум и ферониобиум, легура од 60-70% ниобиум со железо. Ниобиумот најчесто се користи во легури, најголем дел во специјалниот челик, како и оној што се користи во гасоводот. Иако овие легури содржат максимум 0,1%, малиот процент на ниобиум ја зголемува цврстината на челикот. Стабилноста на температурата на ниобиум содржат суперлегури, и е од голема важност за неговата употреба во авионите и ракетните мотори.
Ниобиум се користи во разни суперпроводливи материјали. Овие суперпроводливи легури, кои содржат титаниум и калај, се широко користени во суперпроводните магнети на скенери за МРИ. Други апликации на ниобиум вклучуваат заварување, јадрена индустрија, електроника, оптика, нумизматика и накит.
Историја алт=Oval black and white painting of a man with a prominent shirt collar and necktie|лево|мини| Чарлс Хетет го идентификувал елементот колумбиум во минералот откриен во Конектикат, САД. алт=Black and white image of a marmor sculpture of a bowing woman with a child nestling in her lap|лево|мини| Слика на хеленистичка скулптура која ја претставува Ниоба од Џорџо Сомер Ниобиумот бил идентификуван од страна на англискиот хемичар Чарлс Хатет во 1801 година. Тој пронашол нов елемент во минерален примерок кој бил испратен во Англија од Конектикат, САД во 1734 година од страна на Џон Винтроп ФРС (внук на Џон Винтроп Помладиот ) и го именувал минералниот колумбит и новиот елемент колумбиум по Колумбија, поетското име за САД. Колумбиумот бил откриен од Хатчет, која била најверојатно мешавина од новиот елемент заедно со тантал.
По извесно време, се појавила значителна конфузија околу разликата помеѓу колумбиумот (ниобиум) и тесно поврзаниот тантал. Во 1809 година, англискиот хемичар Вилијам Хајд Воластон ги споредувал оксидите добиени од колумбиум-колумбит, со густина 5.918 г/см3, и танталот- Tанталит, со густина над 8 г/см3, и заклучил дека двата оксиди, и покрај значителната разлика во густината, биле идентични. Така го задржало името Тантал. Овој заклучок бил оспорен во 1846 година од страна на германскиот хемичар Хајнрих Роуз, која тврди дека има две различни елементи во примерокот од Tанталитот, и ги именувал по децата на Тантал : ниобиум (од Niobe ) и пелопиум (од Pelops ). Оваа конфузија произлегла од минималните забележани разлики помеѓу тантал и ниобиум. Новите елементи пелопиј, илмениум и дијаниум , всушност биле идентични со ниобиумиот или мешавините на ниобиум и тантал.
Разликите меѓу танталот и ниобиумот беа недвосмислено докажани во 1864 година од страна на Кристијан Вилхелм Бломстранд и Анти Етјен Сент-Клер Девил, како и Луј Џ. Трост, кој ги утврдил формулите на некои од соединенијата во 1865 година и конечно од страна на швајцарскиот хемичар Жан Чарлс Галисард де Марињица во 1866 година, кој сите докажаа дека има само два елементи. Примероци на илмениумот продолжиле да се појавуваат до 1871 година.
Де Mарињац бил првиот кој го подготвувил металот во 1864 година, кога го намалил ниобиевиот хлорид со загревање во атмосферата на водород. Иако Де Mарињац бил во можност да произведува ниобиум без тантал во поголем обем до 1866 година, не било сè до почетокот на 20 век кога ниобиум бил користен во филаментовите на блескаво светило, првата комерцијална апликација. Оваа употреба брзо стана застарена преку замена на ниобиум со волфрам, кој има повисока точка на топење. Тој ниобиум ја подобрува цврстината на челикот за кој за првпат бил откриен во 1920-тите, и оваа апликација и понатаму останува негова доминантна употреба. Во 1961 година, американскиот физичар Јуџин Кунцлер и соработниците во Bell Labs откриле дека ниобиумот-калај продолжува да покажува суперспроводливост во присуство на силни електрични струи и магнетни полиња, Гебале и сор. (1993) дава критична точка во струја од 150 kiloamperes и магнетни полиња од 8.8 тесла . што го прави првиот материјал за поддршка на високите струи и полиња неопходни за корисно високомоќни магнети и машини за електрична енергија. Ова откритие овозможи - две децении подоцна - производство на долги мулти-влакнести кабли намотани во калеми за да се создадат големи, моќни електромагнети за ротирачки машини, акселератори на честички и детектори за честички.
Именување на елементот Колумбиумот (симбол "Cb") било името што првично го доделува Хатхет по неговото откривање на металот во 1801 година. Името се рефлектирало дека примерокот од рудата доаѓа од Америка ( Колумбија ). Ова име останало во употреба во американските списанија - последниот труд објавен од страна на Американското хемиско друштво со колумбиум во нејзиниот наслов кое датира од 1953 година - додека во Европа бил употребен ниобиумот. За да се стави крај на оваа конфузија, името ниобиум беше избран за елемент 41 на 15-та Конференција на Сојузот на хемијата во Амстердам во 1949 година. Една година подоцна ова име беше официјално усвоено од страна на Меѓународниот сојуз за чиста и применета хемија (ИУПАК) по 100 години контроверзии, и покрај хронолошката предност на името колумбиум, IUPAC го прифатиле волфрамот во одбрана на употребата во Северна Америка; и ниобиум, наместо колумбиум, во Европа. Додека голем број американски хемиски друштва и владини организации обично го користат официјалното име на ИУПАК, некои металурзи и метални општества сè уште го користат оригиналното американско име, " колумбиум ".
Особености
Физички Ниобиум е сјаен, сив, нодуларен, парамагнетски метал во групата 5 од периодниот систем (види табела), со електронска конфигурација во најоддалечените школки атипични за групата 5. (Ова може да се забележи во соседството на рутениумот (44), родиум (45) и паладиум (46). ) Z Елемент Број на електрони / школка 23 ванадиум 2, 8, 11, 2 41 ниобиум 2, 8, 18, 12, 1 73 тантал 2, 8, 18, 32, 11, 2 105 дубниум 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 Иако се смета дека има телесна кубична кристална структура од апсолутната нула до точката на топење, мерењата со висока резолуција на топлинското ширење по трите кристалографски оски откриваат анизотропии кои не се во согласност со кубична структура. Затоа, се очекува понатамошно истражување и откривање во оваа област.
Ниобиумот станува суперпроводник при ниски температури. При атмосферскиот притисок, таа има највисока критична температура на елементарните суперпроводници на 9.2 К. Ниобиум има најголема магнетна пенетрација на секој елемент. Покрај тоа, тој е еден од трите елементарни Суперпроводници од тип II, заедно со ванадиум и технециум. Суперспроводните својства се силно зависни од чистотата на металиот ниобиум.
Кога е многу чиста, таа е релативно мека и нодуларна, но нечистотијата го отежнува.
Металот има низок пресек на зафаќање на топлински неутрони ; така што се користи во јадрената индустрија каде што се сакани неутронски транспарентни структури.
Хемиски Металот има синкаста нијанса кога е изложен на воздух на собна температура на подолг временски период. И покрај високата точка на топење во елементарна форма (2,468 °C), има помала густина од другите огноотпорни метали. Покрај тоа, тој е отпорен на корозија, покажува својства на суперспроводливост и формира диелектрични оксидни слоеви.
Ниобиумот е помалку електропозитивен и покомпактен од својот претходник во периодниот систем, циркониум, додека истиот е речиси идентичен со големите атоми на тантал, како резултат на контракцијата на лантаноид. Како резултат на тоа, хемиските својства на ниобиумот се многу слични на оние за тантал, кој се појавува директно под ниобиум во периодниот систем. Иако неговата отпорност на корозија не е толку извонредна како онаа на тантал, пониската цена и поголемата достапност го прават ниобиумот привлечен за помалкуте потребните апликации, како што се веѓите во хемиските постројки.
Изотопи Ниобиумот во Земјината кора се состои од еден стабилен изотоп, 93 Nb. До 2003 година беа синтетизирани најмалку 32 радиоизотопи, кои се движеа со атомска маса од 81 до 113. Најстабилниот од овие е 92 Nb со полуживот од 34.7 милиони години. Еден од најмалку стабилните е 113 Nb, со проценета половина живот од 30 милисекунди. Изотопите кои се полесни од стабилната 93 Nb имаат тенденција да се распаѓаат со β + распаѓање, а оние кои се потешки имаат тенденција да се распаѓаат со β - распаѓање, со неколку исклучоци. 81 Nb, 82 Nb и 84 Nb има мали β + одложен емисија на протонската патеки на забите, 91 Nb распаѓа со фаќање на електрони и позитрон емисиона, а 92 Nb распаѓа со двете β + и β - распаѓање.
Опишани се најмалку 25 јадрени изомери, кои се движат со атомска маса од 84 до 104. Во рамките на овој опсег, само 96 Nb, 101 Nb и 103 Nb немаат изомери. Најстабилните изомери на ниобиумот се 93m Nb со полуживот од 16.13 години. Најмал стабилен изомер е 84m Nb со полуживот од 103 ns. Сите изомери на ниобиумот се распаѓаат со изомерна транзиција или бета распаѓање освен 92m1 Nb, која има мала гранка на електронски зафати.
Појава Ниобиум се проценува дека е 34-ти најчест елемент во Земјината кора, со 20 ppm. Некои мислат дека изобилството на Земјата е многу поголемо и дека високата густина на елементите го концентрирала во јадрото на Земјата. Слободниот елемент не е пронајден во природата, но ниобиум се јавува во комбинација со други елементи во минералите. Минералите што содржат ниобиум често содржат и тантал. Примерите вклучуваат колумбит (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6 ) и колумбит-танталит (или coltan, (Fe, Mn) (Ta, Nb) 2 O 6 ). Колумбит-танталитните минерали (најчести видови се колумбит- (Fe) и танталит- (Fe), каде што "- (Fe)" е наставката на Левинсон, кој известува за преовладувањето на железото над други елементи како манганот https://www.mindat.org/min-1514.html https://www.mindat.org/min-1530.html http://elementsmagazine.org/archives/e4_2/e4_2_dep_mineralmatters.pdf http://nrmima.nrm.se/ ) најчесто се наоѓаат како помошни минерали во упадите на пегматит и во алкалните интрузивни карпи. Помалку чести се ниобатите на калциум, ураниум, ториум и ретки земјени елементи. Примери за такви ниобати се пирохлор ((Na, Ca) 2 Nb 2 O 6 (OH, F)) (сега е име на група, со релативно чест пример, на пример, флуоркалциопирохлор https://www.mindat.org/min-3316.html https://www.mindat.org/min-40341.html http://rruff.info/uploads/AM62_403.pdf ) и еуксенит (правилно именуван еуксенит (Y) https://www.mindat.org/min-1425.html ) ((Y, Ca, Ce, U, Th) (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 ). Овие големи депозити на ниобиум се пронајдени поврзани со карбонатити ( карбонат - силикатни магнетни карпи ) како составен дел на пирохлорот.