ニオブ
ニオブは、酸化数+5および+4で、様々な不定比化合物としてハロゲン化物を形成する。五ハロゲン化ニオブ (NbX5) は八面体の中心にニオブが配置される構造を特徴とする。五フッ化ニオブ (NbF5) は融点が摂氏79度の白い固体である。五塩化ニオブ(英語版) (NbCl5) は融点が摂氏203.4度の黄色い固体である。どちらも加水分解されて酸化物またはNbOCl3のようなオキシハロゲン化物を与える。五塩化ニオブは、二塩化ニオボセン ((C5H5)2NbCl2) のような有機金属化合物を生成するために使われる多用途の試薬である。四ハロゲン化物 (NbX4) はNb-Nb結合を有する暗色のポリマーであり、たとえば黒く吸湿性のある四フッ化ニオブ(英語版) (NbF4) や、茶色の四塩化ニオブ(英語版) (NbCl4) がある。
ニオブのハロゲン化物の陰イオンは、五ハロゲン化物のルイスの酸性度も部分的に手伝って、よく知られている。最も重要なものは [NbF7] で、鉱石からニオブとタンタルを分離する過程の途中物質である。この七フッ化物は、タンタル化合物よりも容易にオキソペンタフルオライドを形成する傾向がある。その他のハロゲン化物の錯体としては八面体状の[NbCl6]などがある。
Nb2Cl10 + 2 Cl → 2 [NbCl6]
原子番号の小さな他の金属と同様に、多くの還元ハロゲン化物のクラスターイオンが知られており、主な例としては[Nb6Cl18]がある。
地球の地殻に含まれるニオブの安定同位体は、Nbのみである。2003年までに、少なくとも32の放射性同位体が合成されており、その原子量は81から113に及ぶ。放射性同位体の中で最も安定なものはNbで、その半減期は3470万年に達する。不安定な同位体としてはNbがあり、その推定半減期は30ミリ秒である。安定同位体のNbより軽い同位体は陽電子放出で崩壊する傾向にあり、安定同位体より重い同位体はベータ崩壊をする傾向にあるが、Nb、Nb、Nbは遅延陽子放出の崩壊系列を持ち、Nbは電子捕獲と陽電子放出し、Nbは陽電子放出とベータ崩壊の両方の崩壊をするという例外がある。
少なくとも25種類の核異性体が確認されており、その原子量は84から104に及ぶ。この範囲で、Nb、Nb、Nbは核異性体を持たない。ニオブの核異性体の中で最も安定なものはNbで、半減期16.13年を持つ。最も不安定な核異性体はNbで、半減期103ナノ秒を持つ。ニオブの核異性体は全て核異性体転移またはベータ崩壊で崩壊するが、例外としてNbは電子捕獲という系列を持つ。
他の鉱石の分離処理を行うと、タンタル(五酸化タンタル Ta2O5)とニオブ(五酸化ニオブ Nb2O5)の酸化物の混合物が得られる。抽出処理の最初の段階は、この酸化物をフッ化水素酸と反応させることである。
Ta2O5 + 14 HF → 2 H2[TaF7] + 5 H2O
Nb2O5 + 10 HF → 2 H2[NbOF5] + 3 H2O
ジャン・マリニャックが開発した最初の工業的分離処理では、ニオブのフッ化物の錯体(フッ化ニオブ酸カリウム一水和物 K2[NbOF5]·H2O)とタンタルのフッ化物の錯体(フッ化タンタル酸カリウム K2[TaF7])の水への溶解度の差を利用していた。新しい処理方法では、フッ化物を水溶液からシクロヘキサノンのような有機溶媒へ取り出す液液抽出を利用する。ニオブとタンタルのフッ化物の錯体は、この有機溶媒から水に別々に抽出され、フッ化カリウムを加えてフッ化カリウムの錯体を形成して沈殿させるか、アンモニアを加えて五酸化物として沈殿させる。
H2[NbOF5] + 2 KF → K2[NbOF5]↓ + 2 HF
または:
2 H2[NbOF5] + 10 NH4OH → Nb2O5↓ + 10 NH4F + 7 H2O
還元して金属ニオブを得る方法としてはいくつかのものがある。フッ化ニオブ酸カリウム K2[NbOF5]と塩化ナトリウムの溶融塩を電気分解する方法、ナトリウムを使ってフッ化物を還元する方法などがある。この方法では比較的高い純度のニオブを得ることができる。大規模な生産では、五酸化ニオブ Nb2O5 は水素または炭素を用いて還元される。