Niob

Obsah

Niob, Nb, je kov využívaný ve speciálních slitinách a elektrotechnice. Jde o monoizotopický (⁹³Nb) prvek. Objeven byl roku 1801. Jeho kritická teplota je 9,2 K a je silně závislá na nečistotách.

Atomové číslo	41	Počet stabilních izotopů	1
Atomová hmotnost	92,9063	Elektronová konfigurace	[Kr] 4d⁴ 5s¹
Teplota tání [°C]	2477	Teplota varu [°C]	4744
Elektronegativita	1,6	Hustota [g.cm^-3]	8,57

Izotopy

Přírodní niob se skládá z jediného stabilního izotopu ⁹³Nb a stopových množství dvou radioizotopů.

Izotop	Zastoupení na Zemi	Poločas rozpadu
⁹²Nb	Stopové	3,47 ×10⁷ let
⁹³Nb	100 %	Stabilní
⁹⁴Nb	Stopové	20,4 ×10³ let

^93mNb

Připravuje se ostřelováním niobu neutrony:[5]

$$^{93}_{41}\textrm{Nb}\ +\ ^{1}_{0}\textrm{n}\ \rightarrow\ ^{93m}_{\ \ \ \ 41}\textrm{Nb}\ +\ ^{1}_{0}\textrm{n}$$

Využívá se v XPS jako zdroj RTG záření s energií 16,7 keV. To vzniká emisí během deexcitace vnitřní konverzí. Tímto mechanismem přechází jaderný izomer ^93mNb na ⁹³Nb. Poločas přeměny je 16,12 roků.

Výskyt a výroba

V zemské kůře (20 ppm) i mořské vodě je tento prvek vzácný, nejznámějšími minerály jsou columbit ((Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆) a coltan ((Fe,Mn)(Ta,Nb)₂O₆). Získávání čistého niobu je komplikováno vysokou podobností s tantalem, který se nachází ve všech jeho rudách.

Prvním krokem přípravy niobu je reakce směsi oxidů niobu a tantalu s kyselinou fluorovodíkovou.

Ta₂O₅ + 14 HF → 2 H₂[TaF₇] + 5 H₂O
Nb₂O₅ + 10 HF → 2 H₂[NbOF₅] + 3 H₂O

Následuje extrakce vodného roztoku fluoridů pomocí cyklohexanonu a následné srážení pomocí fluoridu draselného nebo amoniaku.

H₂[NbOF₅] + 2 KF → K₂[NbOF₅]↓ + 2 HF
2 H₂[NbOF₅] + 10 NH₄OH → Nb₂O₅↓ + 10 NH₄F + 7 H₂O

Posledním krokem je redukce, tu lze provést několika způsoby, např. aluminotermicky:

3 Nb₂O₅ + Fe₂O₃ + 12 Al → 6 Nb + 2 Fe + 6 Al₂O₃

nebo ve větším měřítku redukce vodíkem:

Nb₂O₅ + 5 H₂ → 2 Nb + 5 H₂O

Chemické vlastnosti

Elektronová konfigurace valenční slupky je 4d⁴ 5s¹, to je dáno velmi malým rozdílem energií mezi orbitaly 5s a 4d, který je menší než párovací energie v orbitalu 5s.[4]

Chemicky je podobný tantalu a zirkoniu. Tvoří sloučeniny v oxidačních stavech +5 až -1, nejběžnější je +5. V nižších oxidačních stavech pozorujeme často vazbu Nb-Nb.

Velmi zajímavým materiálem je niobičnan lithný, ten se využívá ve fotonice.

Oxidy

Známe oxidy niobu v oxidační číslech 5 až 2. Nejběžnější je oxid niobičný, Nb₂O₅. O oxidu niobitém není dostupných moc informací, jeho hlavní využití je v katalýze.

Oxid	Vzhled	T_t [°C]
NbO	šedá pevná látka	1937
NbO₂	černá pevná látka	1915
Nb₂O₅	bílá pevná látka	1512

Reakcí oxidu niobičitého s roztoky nebo taveninami silných hydroxidů vznikají niobičnany, např. niobičnan lithný (LiNbO₃).

Halogenidy

Halogenid	Vzhled	T_t [°C]	T_v [°C]
NbF₅	bílý	79	234
NbCl₅	žlutý	203	247
NbBr₅	oranžový	254	360
NbI₅	žlutý	543
NbF₄	černý	350 (rozklad)
NbCl₄	černofialový	800 (rozklad); sublimuje 275 °C (0,01 Pa)
NbBr₄	tmavě hnědý
NbI₄	tmavě šedý	503
NbF₃	modrý
NbCl₃	černý
NbBr₃	tmavě hnědý

NMR

Niob je monoizotopický prvek, standardem pro ⁹³Nb NMR je NbOCl₃.

Spin	9/2
Zastoupení v přírodě [%]	100 %
Citlivost vzhledem k ¹H	0,48
Rezonanční frekvence v poli 1 T	10,4065
Jaderný magnetický moment	+6.1705

Odkazy

Niob na české wikipedii
Niob na anglické wikipedii
Niob na webu Los Alamos
How can one explain niobium’s weird electronic configuration?
HÁLA, Jiří. Radioaktivní izotopy. Tišnov: Sursum, 2013, s. 168. ISBN 978-80-7323-248-1.