Element 41 · Overgangsmetaal

Niobium (Nb)

Niobium (Nb) is het element met atoomnummer 41, een grijs, zacht en buigzaam overgangsmetaal. Een klein beetje niobium maakt staal veel sterker, en dat is verreweg de belangrijkste toepassing: het zit in bruggen, pijpleidingen en autocarrosserieën. Daarnaast is niobium beroemd als supergeleider. De krachtige magneten van MRI-scanners en de deeltjesversneller van CERN werken met niobiumdraden.

Niobium in cijfers
SymboolNb
Atoomnummer41
Atoommassa92,906 u
CategorieOvergangsmetaal
Groep5
Periode5
Blokd-blok
Fase bij 20 °Cvast
Smeltpunt2477 °C
Kookpunt4744 °C
Dichtheid8,57 g/cm³
Elektronenconfiguratie[Kr] 4d4 5s1
Elektronen per schil2, 8, 18, 12, 1
Elektronegativiteit (Pauling)1,6
Oxidatiegetallen+3, +5
Ontdekt1801 door Charles Hatchett
Engelse naamNiobium

Eigenschappen van niobium

Zuiver niobium is een glanzend, lichtgrijs metaal dat ongeveer zo zacht en vervormbaar is als ijzer. Het heeft een hoog smeltpunt van 2477 °C. In lucht vormt het een dun oxidelaagje dat het goed tegen corrosie beschermt; door dat laagje elektrochemisch dikker te maken, ontstaan prachtige blauwe, paarse en gouden interferentiekleuren. Niobium is bestand tegen de meeste zuren, maar niet tegen fluorwaterstofzuur. Boven ongeveer 200 °C begint het in lucht te oxideren. In verbindingen komt het vooral voor met oxidatiegetal +5, zoals in niobiumpentoxide (Nb2O5), en soms +3. Chemisch lijkt het zo sterk op tantaal dat de twee lange tijd voor hetzelfde element werden aangezien. Onder −263,9 °C (9,2 kelvin) wordt zuiver niobium supergeleidend; dat is de hoogste overgangstemperatuur van alle zuivere elementen. Legeringen als niobium-titaan en niobium-tin blijven ook in sterke magneetvelden supergeleidend. Natuurlijk niobium bestaat uit één stabiele isotoop, 93Nb.

Naam. Niobium is genoemd naar Niobe, in de Griekse mythologie de dochter van Tantalus, omdat het zo sterk lijkt op tantaal.

Atoombouw en plaats in het periodiek systeem

Niobium staat in periode 5 en groep 5 van het periodiek systeem, in het d-blok.

Een neutraal atoom heeft 41 protonen in de kern en 41 elektronen, verdeeld over 5 schillen: 2, 8, 18, 12, 1. Het periodenummer (5) is gelijk aan het aantal schillen.

Buren in het systeem: links/ervoor: Zirkonium (Zr, 40); rechts/erna: Molybdeen (Mo, 42); erboven in dezelfde groep: Vanadium (V); eronder in dezelfde groep: Tantaal (Ta).

Andere elementen in groep 5: Vanadium, Tantaal, Dubnium.

Voorkomen

Niobium komt vooral voor in het mineraal pyrochloor en in columbiet, dat samen met tantaliet het erts coltan vormt. Brazilië is met afstand de grootste producent: één mijn bij Araxá levert het grootste deel van al het niobium ter wereld, gevolgd door Canada. Het erts wordt meestal direct omgezet in ferroniobium, een legering met ijzer die aan staal wordt toegevoegd. Zuiver niobiummetaal wordt gemaakt door niobiumoxide te reduceren en daarna in vacuüm om te smelten. In de aardkorst is niobium ongeveer even algemeen als lood.

Toepassingen

  • Ongeveer 90 procent van het niobium gaat naar hoogsterkte staal voor bruggen, pijpleidingen, gebouwen en auto's; een paar honderdste procent maakt het staal al veel sterker.
  • Niobium-titaandraad vormt de supergeleidende spoelen in MRI-scanners en in de magneten van de Large Hadron Collider.
  • Superlegeringen met niobium zijn bestand tegen de hitte in straalmotoren en raketmotoren.
  • Niobium is huidvriendelijk en kleurt mooi bij anodiseren, waardoor het in piercings en sieraden wordt gebruikt.
  • Resonatoren van zuiver niobium versnellen deeltjes in moderne deeltjesversnellers.

Veelgestelde vragen

Waarom wordt niobium aan staal toegevoegd?

Niobium vormt in staal piepkleine deeltjes niobiumcarbide en -nitride. Die houden de korrels in het metaal klein, waardoor het staal sterker en taaier wordt zonder brosser te worden. Constructies kunnen daardoor lichter worden gebouwd, wat materiaal en brandstof bespaart.

Is niobium geschikt voor piercings?

Ja. Niobium is hypoallergeen: het bevat geen nikkel en geeft vrijwel nooit huidreacties. Door anodiseren kan het blauw, paars, groen of goud worden zonder verf of coating. Daardoor is het, samen met titaan, populair voor piercings en sieraden voor mensen met een gevoelige huid.

Wat is het verschil tussen niobium en tantaal?

Niobium en tantaal staan in dezelfde groep en lijken chemisch sterk op elkaar, en ze komen samen voor in coltan. Tantaal is echter ongeveer twee keer zo zwaar, heeft een hoger smeltpunt en is zeldzamer en duurder. Tantaal wordt vooral in condensatoren gebruikt, niobium vooral in staal.

Verder lezen