Niób

História

Charles Hatchett objavil vo vzorke minerálu, zaslaného do Anglicka z Massachusetts ešte v roku 1734, nový prvok, ktorý pomenoval podľa Kolumbie columbium (a spolu s ním aj samotnú minerálnu vzorku ako columbit). Jeho objav sprevádzali pochybnosti už od začiatku - hlavným dôvodom bola chemická podobnosť nióbu s tantalom. William Wollaston v roku 1809 porovnával vlastnosti oxidov získaných z columbitu a tantalitu (minerálu z ktorého bol získaný tantal), no napriek odlišnej hustote ich považoval za chemicky identické, rovnako považoval za identické aj columbium a tantal.
V roku 1846 Nemec Heinrich Rose vyvrátil Wollastonove závery o zhode columbia a tantalu a prvky pomenoval podľa Tantalových detí Niobe a Pelopa - niób a pelopium. Neskoršie vedecké práce viedli k „objavu“ ďalších prvkov v spomínaných mineráloch - ilmeniu a dianiu.
Definitívu v rozdieloch medzi nióbom a tantalom (pelopiom) prieniesli práce švédskeho chémika a mineralóga Christiana Blomstranda a Francúza Henriho Sainte-Claire Devilla z roku 1864, ako aj práca švajčiarskeho profesora Jeana Galissard de Marignaca z roku 1966, ktorý dokázal, že v rudách tantalit a columbit sa nachádzajú len dva prvky. Napriek tomu sa však práce o ilmeniu vyskytovali až do roku 1871. Marignac taktiež pripravil aj čistý niób redukciou jeho chloridu vodíkom.
Názov columbium (značka Cb), originálne udelený Hatchettom, bol široko používaný v chemických vedeckých časopisoch a publikáciách v USA, kým v Európe sa používal názov niób. Toto dvojnázvie bolo odstránené až v roku 1949 na 15. chemickom kongrese v Amsterdame, keď bol pre 41. prvok periodickej sústavy prijatý názov niób a o rok neskôr bol prijatý aj IUPAC. Napriek tomu sa však v Spojených štátoch stále možno stretnúť s pomenovaním columbium (najmä v metalurgickom priemysle, alebo v geológii).

Fyzikálne vlastnosti

Niób je lesklý kov sivej farby, ktorý po dlhšom státí na vzduchu nadobúda modrastý odtieň. Má vysokú teplotu topenia  2 468 °C, ako aj teplotu varu  4 742 °C. Je to kujný a mäkký kov a v čistom stave je supravodivý (supravodivé vlastnosti rastú so zvyšovaním stupňa čistoty). Je schopný výrazného spevňovania a má vysokú medzu tečenia.

Izotopy

V prírode sa vyskytuje jediný stabilný izotop ⁹³Nb. Umelo bolo pripravených ďalších 32 izotopov s nukleónovými číslami od 81 do 113. Najstabilnejší z nich je ⁹²Nb, ktorého polčas rozpadu je 34,7 milióna rokov, najmenej stabilný je ¹¹³Nb s polčasom rozpadu 30 milisekúnd.

Chemické vlastnosti

Niób je prechodný prvok, chemicky veľmi podobný tantalu (príčinou podobnosti je lantanoidová kontrakcia), ktorý sa nachádza v piatej skupine periodickej sústavy prvkov. Na valenčnej vrstve má päť elektrónov (5s¹ 4d⁴), v zlúčeninách sa vyskytuje v oxidačných stupňoch od -1 do +5, pričom +5 dominuje. Prevládajúcim typom väzby v zlúčeninách nióbu sú kovalentné väzby, iónový charakter sa zvyšuje s klesajúcim oxidačným číslom. Niób sa ľahko pasivuje, v kompaktnom stave je odolný voči korózii aj za tepla až do 400 °C. Je odolný voči pôsobeniu viacerých kyselín, pričom priamo naňho pôsobí len kyselina fluorovodíková. Je odolný proti niektorým roztaveným kovom (lítium, sodík, draslík).

Výskyt v prírode

Niób sa v prírode nevyskytuje ako čistý kov, vždy iba v zlúčeninách. Medzi najznámejšie patri columbit (Mg,Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆, tantalit (Fe,Mn)(Ta,Nb)₂O₆, pyrochlór (Ca,Na)₂(Nb₂O₆(OH,F) a euxenit (Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)₂O₆. Celkový odhad nióbu v zemskej kôre je 20 ppm, v celom zemskom telese je jeho obsah vyší (niób sa vyskytuje vďaka väčšej hustote aj v jadre).
Najväčším producentom nióbu je Brazília, potom Kanada. Ťažiteľné zásoby rúd nióbu má aj Nigéria, Rusko a Konžská demokratická republika. Ročná ťažba v roku 2005 bola 30 700 ton, celkové zásoby rúd nióbu sa podľa USGS odhadujú na 4 400 000 ton.

Použitie

Najviac nióbu (približne 90 % celkovej produkcie) sa spotrebuje v hutníctve a práškovej metalurgii. Používa sa na produkciu ocelí so špecifickými mechanickými vlastnosťami (nástrojové a zliatinové ocele), tepelne odolných žiarupevných zliatin s inými kovmi a spekaných materiálov. Tieto produkty sa uplatňujú v tepelných zariadeniach (napríklad dýzy reaktívnych motorov, plynové turbíny a pod.), kozmickom priemysle (zliatiny nióbu boli použité napr. v programoch Gemini a Apollo) a  v jadrovom priemysle. Niób sa tiež používa ako lacnejšia náhrada za tantal v chemickom priemysle (na výrobu rôznych nádob a reaktorov).
Pri nízkych teplotách sa niób stáva supravodivým, pričom jeho kritická teplota je najvyššia spomedzi prírodných supravodičov (9,2 K). Zliatiny nióbu s cínom, príp. nióbu s titánom sa používajú ako vinutia v supravodivých magnetoch, generujúcich silné magnetické polia.
Z iných priemyselných odvetví sa dá spomenúť výroba mincí (hlavne pamätných), kde sa vyskytuje v zliatinách so zlatom a/alebo striebrom, výroba šperkov (body-piercing), v medicíne (RTG lampy).
Zo zlúčenín nióbu má využitie chlorid niobičný v organickej syntéze ako Lewisova kyselina, niobičnan lítny na výrobu zariadení produkujúcich akustické vlny, oxid niobičný pri výrobe skiel s vysokým indexom lomu a ako možná náhrada tantalu v kondenzátoroch a karbid nióbu ako mimoriadne tvrdý materiál na výrobu sekacích nástrojov.
Zliatiny nióbu s inými zriedkavými kovmi  (napr. volfrámom, molybdénom, zirkónom, hafniom) sú veľmi pevné aj pri vysokej teplote.  Preto sa z jeho zliatiny s volfrámom sa vyrábajú termočlánky na meranie teploty do 2000 °C.