Niobium (Nb), kemiallinen alkuaine, jaksollisen järjestelmän ryhmän 5 (Vb) tulenkestävä metalli, jota käytetään seoksissa, työkaluissa ja muotteissa sekä suprajohtavissa magneeteissa. Niobium liittyy läheisesti tantaaliin malmeissa ja ominaisuuksissa.
Artem Topchiy
Niobiumin ja tantaalin suuren kemiallisen samankaltaisuuden vuoksi näiden kahden elementin yksilöllisten identiteettien määrittäminen oli hyvin vaikeaa. Niobiumin löysi ensimmäisen kerran (1801) Connecticutin malminäytteestä englantilainen kemisti Charles Hatchett, joka kutsui alkuaineen kolumbiumiksi alkuperämaansa kunniaksi, Columbia on Yhdysvaltojen synonyymi. Vuonna 1844 saksalainen kemisti Heinrich Rose löysi tantaalin mukana esiintyvän uuden elementin ja nimesi sen niobiumiksi mytologisen jumalattaren Nioben, Tantaloksen tyttären, mukaan. Merkittävien kiistojen jälkeen päätettiin, että kolumbium ja niobium olivat sama alkuaine. Lopulta saavutettiin kansainvälinen sopimus (noin 1950) niobium-nimen omaksumisesta, vaikka kolumbium säilyi edelleen USA: n metalliteollisuudessa.
Niobiumia on maan kuoressa noin 10 kertaa enemmän kuin tantaalia. Niobiumia, enemmän kuin lyijyä ja vähemmän kuparia maapallon kuoressa, esiintyy hajallaan lukuun ottamatta suhteellisen vähän mineraaleja. Näistä mineraaleista tärkein kaupallinen lähde on kolumbiitti – tantaliittisarja, jossa kolumbiitti (FeNb2O6) ja tantaliitti (FeTa2O6) esiintyvät hyvin vaihtelevissa suhteissa. Pyrokloori, kalsiuminatriumnibaatti, on myös tärkein kaupallinen lähde. Luonnollinen niobium esiintyy kokonaan stabiilina isobina niobium-93: na. Niobiumin tuotantomenetelmät ovat monimutkaisia, suurin ongelma on sen erottaminen tantaalista. Tarvittaessa erotus tantaalista tapahtuu uuttamalla liuotin neste-neste-prosessissa; sitten niobium saostetaan ja paahdetaan niobiumpentoksidiksi, joka pelkistetään niobiumjauheeksi metallotermisillä ja hydridioivilla prosesseilla. Jauhe konsolidoidaan ja puhdistetaan edelleen elektronisuihkusulattamalla. Jauheen tyhjösintrausta käytetään myös konsolidointiin. Niobiumia voidaan saada myös joko sulatettujen suolojen elektrolyysillä tai pelkistämällä fluorikomplekseja erittäin reaktiivisella metallilla, kuten natriumilla. (Lisätietoja niobiumin louhinnasta, hyödyntämisestä ja sovelluksista on niobiumin käsittelyssä.)
Puhdas metalli on pehmeää ja sitkeää; se näyttää teräkseltä tai kiillotettuna platinalta. Vaikka niobiumilla on erinomainen korroosionkestävyys, se on herkkä hapettumiselle yli noin 400 ° C: n (750 ° F) lämpötilassa. Niobium voidaan parhaiten liuottaa typpi- ja fluorivetyhappojen seokseen. Täysin sekoittuva raudan kanssa, se lisätään ferroniobiumin muodossa joihinkin ruostumattomiin teräksiin vakauden saamiseksi hitsauksessa tai kuumennuksessa. Niobiumia käytetään tärkeimpänä seosaineena nikkelipohjaisissa superseoksissa ja vähäisenä, mutta tärkeänä lisäaineena lujaan, vähän seosterästä. Yhteensopivuutensa uraanin kanssa, sulan alkalimetallijäähdytysnesteen korroosionkestävyyden ja matalan lämpöneutronipoikkileikkauksen vuoksi sitä on käytetty yksinään tai seostettuna zirkoniumilla ydinreaktorin ytimien verhouksissa. Sementoidut karbidit, joita käytetään kuumapuristimina ja leikkaustyökaluina, tehdään niobiumista kovemmaksi ja kestävämmäksi iskuille ja eroosiolle. Niobium on käyttökelpoinen alhaisen virrankulutuksen kryogeenisten (matalalämpötilaisten) elektronisten laitteiden rakentamisessa. Niobium-tina (Nb3Sn) on suprajohde alle 18,45 kelvinin (K) ja itse niobiummetalli, alle 9,15 K.
Niobiumyhdisteillä on suhteellisen vähäinen merkitys. Luonnossa esiintyvillä hapettumistila on +5, mutta alempien hapetustilojen (+2 – +4) yhdisteitä on valmistettu. Nelinkertaisesti varautunutta niobiumia, esimerkiksi karbidin muodossa, NbC, käytetään sementoitujen karbidien valmistukseen.