نيوبيوم

تاريخيا

النيوبيوم أو كولومبيوم هو عنصر كيميائي رقمه الذري 41 وجدت النيوبيوم في المعادن، والعنصر الرئيسي للنيوبيوم الكولومبيت، أصل الاسم مشتق من الأساطير اليونانية معناها بنت الملك تانتالوس.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية لنيوبيوم مشابهة لعنصر التنتالوم فمن الصعب التمييز بينهما، وذكر الكيميائي الإنجليزي تشارلز هاتشت عنصرا جديدا على غرار التنتالوم 1801,وأطلق عليه اسم كولومبيوم في 1809،كما استنتج هذا الأخير والكيمائي الإنجليزي وليام هايد ولاستون بان التنتالوم والكلومبيوم متطابقان، كما حدد الكيميائي الألماني هاينريش روز, 
1864و1865سلسلة من الاكتشافات العلمية اوضح ان النيوبيوم والكولومبيم كانت نفس العنصر (التي تتميز عن التنتالوم)،اعتمد رسميا اسم عنصر النيوبيوم في عام 1949.
لم يكن حتى أوائل القرن ال20 الذي استخدم لأول مرة النيوبيوم تجاريا فالبرازيل هي أكبر منتج للنيوبيوم والفورونيوبيوم (وهي سبيكة من النيوبيوم والحديد)،ويستخدم في سبائك النيوبيوم أكبر جزء من الفولاذ الخاص مثل تلك المستخدمة في خطوط أنابيب الغاز ،كما يوجد سبائك تحتوي فقط على 0.1%كحد أقصى من النيوبيوم ،فوجود نسبة صغيرة من النيوبيوم يحسن قوة الصلابة، والدليل على ذلك هو استقرار درجة حرارة سبائك النيوبيوم المستخدمة في محركات الطائرات النفاثة والصواريخ، يستخدم النيوبيوم في مختلف المواد فائقة التوصيل، وتستخدم على نطاق واسع هذه السبائك في المغناطيس فائق التوصيل من الماسحات الضوئية بالتصوير بالرنين المغناطيسي كما يستخدم النيوبيوم في التلحيم والصناعات النووية والإلكترونيات والبصريات والمجوهرات.
تم اكتشاف النيوبيوم من قبل الصيدلي تشارلز هاتشت الإنجليزي 
1801. وقال انه وجدا عنصرا جديدا في العينة المعدنية التي كانت قد أرسلت إلى انكليترا من ولاية ماساشوسيتش, الوليات المتحدة في 1734 من قبل جون وينثروب، , وأطلق عليها اسم كولومبيت المعدنية وكولومبيم عنصر جديد على كولومبيا، اسم بلد أمريكا وكان اكتشف Hatchettكولومبيم مزيج من العنصر الجديد مع التنتالوم. 
وبعد ذلك كان هناك ارتباك كبير  حول الفرق بين كولومبيوم (النيوبيوم)والتنتالوم، في 1809 قام الكميائي الأنجليزي وليام هايد ولاستون بمقارنة أكاسيد كولومبيت- كولومبيم فوجد الفرق في الكثافة متطابقا ,وبالتالي احتفظ باسم التنتالوم وهذا الاستنتاج كان متنازع عليه في 1846 من قبل روز الكميائي الألماني هاينريش، الذي جادل بان هناك اثنين من العناصر المختلفة في العينة وهي النيوبيوم (من نيوب) وبولوبيوم ,فالعناصر الجديدة تانتالوس (ميثولوجيا)وpelopiumوبيلوبس كانت في الواقع مطابقة لنيوبيوم أو خليط من النيوبيوم والتنتالوم.
وقد ظهر بشكل لا لبس فيه الخلاف بين التنتالوم والنيوبيوم في 1864 من قبل المسيحيين ويلهام بلومستراند، وهنري اتيان سانت كلير ديفيل، فضلا عن لويس تروست ياء ,الذي حدد صيغ لبعض المركبات عام 1865، وأخيرا من قبل الصيدلي السويسري جان تشارلز دي عام 1866الذي أثبت أن كل ذلك لم يكن سوى اثنين من العناصر ,تابع مقالات عن ilmenium التي ظهرت 1871.
كان أول من اعد هذا المعدن عام1864, هو العالم كان دي عندما قام بتسخين كلوريد النيوبيوم في جو من الهيدروجين ، وأستخدم النيوبيوم على نطاق واسع عام 1866ولكن حتى أوائل القرن ال20 تم استخدامه تجاريا في خيوط مصباح وهاج، هذا الاستخدام وسرعان ما أصبح بالي من خلال استبدال النوبيوم بالتنجستين التي لديها أعلى نقطة ذوبان ,وبالتالي من الأفضل استخدامها في المصابيح المتوهجة، فاكتشاف النيوبيوم بانه يحسن قوة الصلابة تم في1920وهذا الاستخدام ما زال سائدا، فالعمال في مختبرات بيل اكتشفت ان النيوبيوم والقصدير لايزال يحمل الموصلية الفائقة في عملية التيارات الكهربائية القوية والمجالات المغناطيسية، وهذا يجعلها من المواد الأولى لدعم التيارات العالية واللازمة لحقول مغناطيسية عالية التخصص وكذلك للآلات التي تعمل بالطاقة الكهربائية، من شان هذا الاكتشاف يسمح - بعد عقدين من الزمن – إنتاج كابلات كهربائية قوية لآلات الدوارة ,مسرعات الجسيمات ,أو للكشف عن 
الجسيمات

تسمية العنصر

وكان كولومبيوم(رمز البنك التجاري ) الاسم الذي يطلق في الأصل لهذا العنصر من hAtchett، وهذا الاسم لا زال قيد الاستخدام في المجلات الرقمية (الورقة الأخيرة الذي نشرتها الجمعية الأمريكية باسم كولومبيوم في تاريخ 1953)  ,في حين وقد استخدم النيوبيوم في أوروبا فلإنهاء هذا الاختلاط كان اختيار اسم عنصر النيوبيوم 41في المؤتمر15لاتحاد الكيمياء في أمسترادم عام 1949,. وبعد 100 سنة من الجدل اعتمد هذا ا لاسم رسميا من قبل الاتحاد الدولي للكيمياء التطبيقية (IUPAC)، فعلى الرغم من الأسبقية الزمنية للكولومبيوم.. فاسم هذا الأخير لا زال يستخدم في بعض الأحيان في الصناعة في الوليات المتحدة وهذا كان حلا وسطا ,تقبله التنغستن بدلا من ولفرام وذلك احتراما لاستخدامه من طرف أمريكا الشمالية ,وعلى الرغم من العديد من الجمعيات الرائدة الكيميائية والمنظمات الحكومية والعديد من كبار علماء المعادن ومجتمعات المعادن والمسح الجيولوجي بالوليات المتحدة لا تزال تشير إلى هذا المعدن هو أصل لاسم النيوبيوم 
.

الكيميائية

المعدن يأخذ لون أزرق عند تعرضه للهواء في درجة حرارة الغرفة لفترات طويلة. كما لديه نقطة انصهار عالية (2468درجة مئوية) كما له كثافة منخفضة مقارنة بالمعادن الحرارية الأخرى، علاوة على ذلك له مقاومة عالية ضد التآكل وأشكال طبقات عازلة.فالخصائص الكيميائية لنيوبيوم هي مشابهة جدا لتلك التي لتنتالوم ,والذي يظهر مباشرة أسفل النيوبيوم في الجدول الدوري.. على الرغم من مقاومته لتآكل ليست معلقة على هذا النحو من التنتالوم وكذلك انخفاض الأسعار وكمية طلبا توفره جعل النيوبيوم أقل مطالبة لاستخدام مثل بطانات المصانع الكيمياوية
النيوبيوم.

النظائر المشعة

النيوبيوم طبيعيا يتألف من نظير واحد ثابت <⁹³Nb. اعتبار من 2003، وجد مالا يقل عن 32نظير مشع تتراوح في الكتلة الذرية ما بين 81 حتى 113.فلأكثر استقرارا من هذه النظائر هو ⁹²Nb وله عمر نصف سنة.أما الأقل استقرارا هو ¹¹³Nb مع نصف عمر يقدر ب30ملي ثانية, النظائر التي هي أخف من ⁹³Nb مستقرة تميل للاضمحلال بواسطة β⁺ أما النظائر الأثقل فهي تضمحل بواسطة β⁻, مع بعض الاستثناءات ⁸¹Nb, ⁸²Nb, ⁸⁴Nb, ⁹¹Nb عند اضمحلاله يعطي البوزيترون , قد وصف مالا يقل عن 25ايزومرات نووية، وتتراوح في الكتلة الذرية من 84 حتى 104.مثل ⁹⁶Nb، ¹⁰¹Nb ¹⁰³Nb, فلأكثر استقرارا من الأيزومرات النيوبيوم هو ⁹³ᵐNb وله نصف عمر 16.13 سنة ,أقل ايزومير مستقر هو ⁸⁴Nb وله نصف عمر 103نانوثانية.

التواجد

يقدر النيوبيوم ب 33في قائمة العناصر الأكثر شيوعا في قشرة الأرض مع 20جزءا بالمليون ]]. وفرته على الأرض يجب أن تكون أكبر بكثير ,ولكن قد يكون موجود النيوبيوم في لب الأرض بسبب كثافته العالية. . لم يتم العثور على Nb حرا في الطبيعة، وهذا لا يحدث للمعادن، المعادن التي تحتوي على النيوبيوم غالبا ما تحتوي أيضا على التنتالوم، مثل كولومبيت((Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆)وهي الأكثر عثورا عليها وتدخل في تركيب الصخور القلوية ،أم الأقل شيوعا هي نيوبات تتكون من الكالسيوم والبورانيوم والثوريوم. 
كماعثر على اثنين من أكبر ودائع بغروشلور في عام 1850م في البرازيل،
كندا، وكل من البلدين لا تزال تنتج أكبر كمية لمعدن النيوبيوم فأكبر مستودع هو carbonatite في Araxa، ميناس جيريس البرازيل، تعود ملكيتها ل CBMM ()، كما يوجد في ودائع أخرى في catalao التي يملكها المجلس التشريعي انجلو أمريكان من خلال شركتها التابعة ل كتلاومينوغاسو، وهذين المركزين ينتجان حوالي 70٪من إمدادات العالم ،فثالث أكبر منتج للنيوبيوم هو carbonatite التي تستضيفها Niobecو كيبيك التي تملكها شركة Iamgoldالتي تنتج 7٪ من إمدادات العام.
كما توجد موارد ذير مستغلة في نيجيريا ،جمهورية كونغو الديمقراطية وتنزانيا وملاوي وأستراليا وأفغنستان وروسيا وكولومبيا.

المركبات

انظر أيضا تصنيف ׃مركبات النيوبيوم 
النيوبيوم هي من نواحي عديدة مماثلة مع زيركونيوم وتنتانيوم، حيث يتفاعل مع معظم اللافلزات في درجات حرارة عالية ׃
النيوبيوم يتفاعل مع فليورين بغرفة بها دراجة حرارة ،ومع كلورين وhydrogen عند درجة حرارة 200°م ،ومع nitrogen عند 400 °م، وإعطاء منتجات مهمة. ويتم أكسدة المعادن في الهواء عند 200°م، ويتعرض لتاكل عند تعرضه للانصهار والأحماض، ===أكاسيد وكبريتيد===
للنيوبيوم اشكال أكسيد مع،
+5 (Nb₂O₅), +4 (NbO₂), فهو الأكثر شيوعا وخامس أكسيد، تمهيدا لمركبات سبائك النيوبيوم. يتولد خامس اكسيد هيدروكسيدفي ذوبان المعادن القلوية.ومن الأمثلة على ذلك (LiNbO3) له بنية مشوهة تشبه.(LaNbO4).
في حين نيوبات اليتيوم يحتوي على شوارد NbO₄³⁻. وكما هو معروف بطبقات كبريتيد النيوبيوم

الهليدات

لدينا عينة من خماسي كلوريد النيوبيوم (الجزء الأصفر) التي تحلل جزئيا المادة البيضاء فالكرة والعصا هو نموضج للخماسي بونتاكلوريد النيوبيوم والذي هو يعمل به dimerالنيوبيوم ذات شكل هليدات المنطقة +5و+4 وكذلك المركبات المتنوعة . و(NbX5) الملاحظة بالمراكز ثمانية السطوح. (NbF5) هو صلب أبيض ذات درجة انصهار 79.0°م و(NbCl5) أصفر.(انظر الصورة في اليسار) مع نقطة ذوبان 203.4°م. مثل NbOCl3 وو البونتاكلوريدهو كاشف يستخدم لتوليد organometallic.مثل ((C₅H₅)₂NbCl₂) و(NbX4) والبيروميات داكنة اللون مع Nb-Nb.على سبيل المثال(black (NbF4 و
كماهو معروف مركبات هاليد انيوني هي من النيوبيوم ويرجع ذلك جزئيا إلى Lewis acidity. فلأهم هو [NbF₇]²⁻ الذي هو وسيط في فصل Nbو Ta من الخامات. وهذا بسهولة أكبر مما تفعل مجمعات هاليد التنتالوم

نيتريدات والكربيدات

مركبات من النيوبيوم (NbN).والذي يصبح في درجات الحرارة المنخفضة ويستخدم في أجهزة الكشف عن الأشعة تحت الحمراء. واستخدامها تجاريا في أدوات القطع.

تطبيقاته

تشير التقديرات إلى أن 44.500طن من النيوبيوم الملغومة في 2006 تستخدم منها 90% في إنتاج الهياكل الفولاذية عالية الجودة.كما يستخدم في سبائك النيوبيوم في الموصلات الفائقة والمكونات الإلكترونية.

إنتاج الصلب

النيوبيوم عنصر فعال في التصليب. النيوبيوم إضافة إلى التصليب يؤدي تشكيله كذلك إلى هيكال صلبة. هذه المركبات تحسن زيادة المتانة والقوة. والفولاذ المقاوم للصدأ يكون لها مضمون النيوبيوم أقل من 0،1 ٪.ولهو إضافة هامة في تقوية سبائك الفولاذ التي تستخدم في هياكل السيارات الحديثة.كماتستخدم غالبا في بناء خط الأنابيب.

السبائك الفائقة

أبولو 15 CSMهو صاروخ فضائي له فوهة سبائك النيوبيوم المصنوعة من التنتالوم ٬ وتستخدم كميات لا يستهان بها من العناصر، سواء في شكله النقي أو في شكل ferroniobium عالية النقاء و nickelو niobium.وcobalt-, iron-based superalloys ٬ومن تطبيقات هذه غاز التربيني، والصواريخ التجميع الثانوي، ومقاومة للحرارة ومعدات الاحتراق. من سبائك النيوبيوم سبيكة superalloy تحتوي على ما يصل إلى 6،5 ٪ من النيوبيوم. ومن الأمثلة على النيكل قائم النيوبيوم المحتوي على superalloyهو Inconel 718٬ التي تتألف من ما يقرب من 50% nickel٬18.6% chromium٬٬ 18.5% iron٬
5% niobium٬3.1% molybdenum, 0.9% titanium٬
و 0.4% aluminiums٬ وتستخدم فيGemini program. سبيكة تستخدم لفوهات صواريخ ٬ مثل المحرك الرئيسي من وحدات القمرية ٬هو C103٬، الذي يتكون من 89 ٪ النيوبيوم، 10%و1% التيتانيوم
استخدمت سبائك النيوبيوم آخر لفوهة من وحدة الخدمة أبولو . كما يتم أكسدته النيوبيوم في درجات الحرارة فوق 400 درجة مئوية، كما استخدم للطلاء لواقية السبيكة من أن تصبح هشة.

المغناطيس فائق التوصيل

A 3 teslaالتصوير بالرانين المغناطيسي الماسح الضوئي 
الضوئي باستخدام سبائك النيوبيوم - فائقة التوصيل، كما يستخدم (Nb3Ge)، (Nb3Sn)، فضلا عن سبائك
وكذلك ،[54][55] وتستخدم هذه المغناطيس فائق التوصيل 
و وكذلك في مسرعات الجسيمات. [56] على سبيل المثال، مصادم لاستخدام 600 طن من خيوط فائقة التوصيل. في حين يقدر 
ب 600 طن من خيوط Nb3Sn و 250 طن من خيوط NbTi
. [57]في1992استخدم niobium-titanium من الأسلاك للبناء بأكثر من 1US$ أنظمة التصوير بالرنين المغناطيسي. [14]

الموصلية وغيرها

وتصنع راديو الموصلية التردد (اللاسلكية) (RF)والتجاويف المستخدمة في TESLA و XFEL من النيوبيوم الصرفة. [58]
و حساسية فائقة التوصيل من نيتريد النيوبيوم جعلها مثالية للكشف عن الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق التردد THz
. تم اختبار هذه الكاشفات في تلسكوب هاينريش هيرتز.
. ومختبر تلسكوب استقبال. وتستخدم الآن في الصك على متن مركبتي الفضاء المرصد هرشل.. [59]

استخدامات أخرى

يستخدم ليثيوم niobate، وهو متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف، على نطاق واسع في الهواتف النقالة والمؤثرات بصرية. وتصنيع أجهزة سطح الموجة الصوتية.و انها تنتمي إلى ferroelectrics ذات هيكل ABO3 مثل و. [60] وتم تقييم نيوبيوم بمثابة بديل أرخص لالتنتالوم في المكثفات. [61]
ولكن لا تزال المكثفات التنتالوم الغالبة.كما يضاف نيوبيوم للزجاج من أجل تحقيق أعلى معامل الانكسار. وهي خاصية من استخدامها لصناعة النظارات البصرية.

التطبيقات هيبوالرجينيك (الطب والمجوهرات)

النيوبيوم وبعض سبائك النيوبيوم هي خاملة من الناحية الفسيولوجية وبالتالي استخدم لهذا السبب، تم العثور على النيوبيوم في العديد من الأجهزة الطبية مثل أجهزة ضبط نبضات القلب. [62] يعامل نيوبيوم مع يشكل طبقة مسامية. [63]
جنبا إلى جنب مع التيتانيوم والتنتالوم، والألمنيوم، ويمكن أيضا أن يكون ساخنا النيوبيوم وبأكسيد كهربائيا. مما يؤدى إلى مجموعة واسعة من الألوان باستخدام عملية تعرف باسم أنودة المعادن المتفاعلة التي هي مفيدة في صنع المجوهرات. [64][65] وكون النيوبيوم وهيبوالرجينيك فوائد أيضا يتم استخدامها في المجوهرات. [66]

علم المسكوكات

وبعد150 سنة في جبال الألب سكة حديد مصنوعة من النيوبيوم والفضة.
يستخدم نيوبيوم كمعدن ثمين في العملات التذكارية، وغالبا مع الفضة أو الذهب. على سبيل المثال، تنتج النمسا سلسلة من الفضة النيوبيوم ابتداء من عام 2003 ؛ يتم إنشاء اللون في هذه القطع النقدية التي تحيد الضوء بواسطة طبقة رقيقة من الأكسيد التي تنتجها بالتحليل الكهربائي.[67]وفي عام 2008، تم توفير ست عملات معدنية متنوعة من الألوان في مركز للعملة : الأزرق والأخضر والبني، والبنفسجي الأرجواني، أو أصفر. اثنين من أكثر الأمثلة على ذلك في2004 تم صنع عملة تذكارية لسكة حديد لجبال الألب بلغت€25 
. [68]و في 2006تم صنع عملة الأوروبية لسواحل الملاحة التذكارية تقدر ب €25. [69] ولاتفيا أنتجت سلسلة من عملات معدنية مماثلة بدءا من عام 2004 ،[70] التالية في 2007. [71]

تطبيقات أخرى

أختام مصنوعة على شكل قوس أنبوب من النيوبيوم، أو النيوبيوم مع 1 ٪ من الزركونيوم، وذلك لأن لديه معامل التمدد الحراري مشابه للنيوبيوم الملبد. وهي مادة شفافة تقاوم هجوم كيماوي أو بخار الصوديوم الوارد 
للحد من السائل الساخن والصوديوم داخل مصباح التشغيل. [72][73][74] كما يستخدم في قضبان معدنية من الفولاذ المقاوم للصدأ. [75]

الاحتياطات

النيوبيوم لم يعرف له دور بيولوجي. بينما غبار النيوبيوم هو مصدر إزعاج العين والجلد. النيوبيوم عنصر خامل على نطاق أوسع من الناحية الفسيولوجية (وبالتالي هيبوالرجينيك) وهي غير ضارة. وهي كثيرا ما تستخدم في صناعة المجوهرات، وجرى اختباره للاستخدام في بعض الزرع الطبي. [76][77]
النيوبيوم المحتوي على مركبات نادرا ما واجهت من قبل معظم الناس، ولكن بعضها سامة ويجب أن تعامل بعناية.