Niob

Niob (tidigare på engelska columbium Cb^[3]) har kemiskt tecken^[4] Nb och är ett mycket sällsynt metalliskt grundämne som tillhör övergångsmetallerna.

Niob
Nummer 41 Tecken Nb Grupp 5 Period 5 Block d
V ↑ Nb ↓ Ta Zirkonium ← Niob → Molybden     [Kr] 4d4 5s1             41Nb                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Emissionsspektrum
Generella egenskaper
Relativ atommassa	92,906 37(1)[1] u
Utseende	Grå metallisk, blåaktig vid oxidation
Fysikaliska egenskaper
Densitet	8 570 kg/m³ (273 K)
Aggregationstillstånd	Fast
Smältpunkt	2 750 K (2 477 °C)
Kokpunkt	5 017 K (4 744 °C)
Molvolym	10,83 × 10-6 m³/mol
Smältvärme	26,4 kJ/mol
Ångbildningsvärme	696,6 kJ/mol
Atomära egenskaper
Atomradie	145 (198) pm
Kovalent radie	137 pm
Jonisationspotential	Första: 652,1 kJ/mol Andra: 1 380 kJ/mol Tredje: 2 416 kJ/mol Fjärde: 3 700 kJ/mol (Lista)
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration	[Kr] 4d4 5s1
e− per skal	2, 8, 18, 12, 1
Kemiska egenskaper
Oxidationstillstånd	5, 3 (svag syra)
Elektronegativitet	1,6 (Paulingskalan)
Diverse
Ljudhastighet	3 480 m/s
Elektrisk konduktivitet	6,93 106 A/(V × m)
Mohs hårdhet	6
Identifikation
Historia
Stabilaste isotoper[2]
Huvudartikel: Niobisotoper Nuklid NF t1/2 ST SE (MeV) SP 91Nb {syn.} 680 år ε 1,258 91Zr 92Nb {syn.} 3,47 * 107 år ε 2,0057 92Zr 93Nb 100 % Stabil 93mNb {syn.} 16,12 år IT 0,0308 93Nb 94Nb {syn.} 20 300 år β- 2,045 94Mo
SI-enheter och STP används om inget annat anges.

Historik

Niob upptäcktes första gången 1801 av Charles Hatchett, genom framställning av niob(V)oxid ur det niobrika mineralet columbit. Han kallade det nyupptäckta ämnet columbium, efter upptäcktens anknytning till Amerika.^[5] John Winthrop hade sänt en samling mineral till Hans Sloane i England. Vid Sloanes död 1753 tillföll samlingen British Museum, där Hatchett nästan 50 år senare fick i uppdrag att identifiera och katalogisera mineralerna.^[6][7]

Man trodde länge att ämnet var identiskt med tantal, upptäckt 1802 av Anders Gustaf Ekeberg. William Hyde Wollaston hade 1809 analyserat både columbit och tantalit och dragit slutsatsen att tantal är identiskt med columbium. Heinrich Rose visade 1844 att så inte var fallet och gav det lättare ämnet namnet niobium.^[8] Metallen framställdes av den svenske kemisten Christian Wilhelm Blomstrand 1864 genom att upphetta niobklorid i vätgas.^[9][10]

Namnet niob kommer av Niobe, Tantalus dotter i den antika grekiska mytologin, och gavs på grund av ämnets likhet med tantal.^[11] Namnet niob (Nb) accepterades på den europeiska kontinenten, men i USA fortsatte man länge att kalla metallen columbium (Cb). I Storbritannien användes båda namnen. Först 1949 beslöt International Union of Pure and Applied Chemistry att niob skulle gälla för hela världen.^[12]

Separation av niob från tantal

Flera niobhaltiga mineral innehåller förutom grundämnet niob även en varierande halt av grundämnet tantal. Dessa två grundämnen är kemiskt mycket lika och därmed svåra att separera. De kan dock skiljas åt med olika metoder. Traditionellt har framför allt två metoder använts. Den första bygger på att man överför niob och tantal till klorid-form (NbCl₅ respektive TaCl₅) varefter de skiljs och renas genom destillation. Den andra metoden bygger på fraktionerad kristallisation där metallerna överförs till fluoridform med fluorvätesyra och kaliumfluorid. Tantal bildar kaliumfluorotantalat (K₂TaF₇) som kristalliseras ut medan niob bildar ett oxifluoroniobat med högre löslighet som inte kristalliserar förrän pH ändras. Denna metod kom dock i mitten av 1900-talet att ersättas av metoder som bygger på vätskeextraktion. Det kan t.ex. ske genom att mineral med de båda ämnena löses i till exempel fluorvätesyra, extraheras över till en organisk fas av t.ex. metylisobutylketon, tributylfosfat eller 1-oktanol, och därefter selektivt extraheras tillbaka till en vattenfas och sedan fälls ut t.ex. med hjälp av kaliumfluorid eller ammoniak. Denna princip har sedan vidareutvecklats till metoder där faserna separeras med membran.^[13][14][15]

Förekomst

Columbit

Columbit är en viktig niobmalm. I denna är niob ofta förenat med järn (Fe) och mangan (Mn), utöver syre (O): (Fe,Mn)Nb₂O₆. Föreningen med järn kallas ferrocolumbit (järncolumbit), niobit eller columbit-(Fe),^[16] med mangan manganocolumbit eller columbit-(Mn).^[17]

Järncolumbit finns tillsammans med kryolit, på Grönland och i Norge, liksom tillsammans med granit på flera platser i såväl Europa som Nordamerika. Järnkolumbit bildar svarta, rombiska kristaller.

En columbitrik malm är coltan (columbit-tantalit), där columbiten bildat en fast lösning med det likartade tantal-rika mineralet tantalit ((Fe,Mn)Ta₂O₆).

Euxenit

Ett annat mineral, som innehåller niob är euxenit, där även terbium ingår.

Sövit

Ytterligare ett mineral med niobinnehåll är Sövit. Det bröts på 1950-talet i Norge fram till 1963 för att framställa niob för USA:s militära kärnvapen- och raketutvecklingsprogram.

Niobföreningar

• Nioboxider, Nb₂O₅, Nb₂O₃

Användning

Legeringar med niob används bland annat till extra starka svetsfogar och komponenter i jetmotorer.

Niobgruvor

• Mrima Hill mine, Kenya
• Søve gruver, Norge (1942 till 1963)

Se även

• Periodiska systemet

Referenser

Noter

1. ”CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2019”. IUPAC. https://www.ciaaw.org/atomic-weights.htm. Läst 18 februari 2021.
2. ”Ground and isomeric state information for ⁹³Nb”. nndc.bnl.gov. National Nuclear Data Center. Arkiverad från originalet den 14 juli 2017. https://web.archive.org/web/20170714180402/http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/reCenter.jsp?z=41&n=52. Läst 18 februari 2021. Grafiskt gränssnitt, övriga isotoper på båda sidor om ⁹³Nb
3. Gullberg, Ingvar E. (1977). ”Svensk-engelsk fackordbok för näringsliv, förvaltning, undervisning och forskning”. P. A. Norstedt & söners förlag. https://runeberg.org/svenfack/0595.html. Läst 15 februari 2016.
4. Svenska Kemisamfundet, nomenklaturutskottet, Visste du att?, Kemin är ett teckenspråk
5. Hatchett, Charles (1802). ”An analysis of a mineral substance from North America, containing a metal hitherto unknown”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London 92: sid. 49–66. doi:10.1098/rspl.1800.0045. https://books.google.com/books?id=c-Q_AAAAYAAJ&pg=PA49.
6. Hatchett, Charles (1802). ”Outline of the Properties and Habitudes of the Metallic Substance, lately discovered by Charles Hatchett, Esq. and by him denominated Columbium”. Journal of Natural Philosophy, Chemistry, and the Arts I (januari): sid. 32–34. https://books.google.com/books?id=ylZwOmyBA7IC&pg=PA32.
7. Enghag 1998, s. 127–128.
8. Mall:Harven
9. Anders Lennartsson, Periodiska systemet, Studentlitteratur, 2011
10. Enghag 1998, s. 132.
11. Carlquist, Gunnar, red (1937). Svensk uppslagsbok. Bd 19. Malmö: Svensk Uppslagsbok AB. sid. 1182
12. Enghag 1998, s. 131.
13. Enghag, Per (1998). Jordens grundämnen och deras upptäckt, del 1. Stockholm: Industrilitteatur AB. sid. 133. ISBN 91-7548-511-7
14. Ayanda, Olushola S.; Adekola, Folahan A.. Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering 10 (3): sid. 245-256.
15. Ungerer, Marietjie (2012). ”Separation of Tantalum and Niobium by Solvent Extraction”. http://dspace.nwu.ac.za/bitstream/handle/10394/9850/ungerer_m.pdf?sequence=1. Läst 1 februari 2016.
16. Barthelmy, David. ”Columbite-(Fe) Mineral Data”. Mineralogy Database, webmineral.com. http://webmineral.com/data/Columbite-%28Fe%29.shtml#.Uiog93_4Lkw. Läst 6 september 2013.
17. Barthelmy, David. ”Columbite-(Mn) Mineral Data”. Mineralogy Database, webmineral.com. Arkiverad från originalet den 8 augusti 2013. https://web.archive.org/web/20130808165916/http://webmineral.com/data/Columbite-(Mn).shtml#.UioigH_4Lkw. Läst 6 september 2013.

Källor

• Enghag, Per (1998). Jordens grundämnen och deras upptäckt, del 1. Några viktiga teknikmettaler. Stockholm: Industrilitteatur AB. sid. 127–135. ISBN 91-7548-511-7
• Kolumbit i Nordisk familjebok (andra upplagan, 1911)