Niob – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

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Vorkommen und Gewinnung

Niob kommt nie als reines Metall vor. Wichtigstes Erz ist Pyrochlor, ein Mineral aus Niob, Calcium und Natrium mit Sauerstoff und Fluor. Daneben gibt es Columbit, ein Eisen-Mangan-Mineral mit Niob, das fließend in das tantalreiche Tantalit übergeht. Erz aus dieser Reihe wird im Handel Coltan genannt. Den weitaus größten Teil der Welt fördert Brasilien, wo Pyrochlor in einer großen Lagerstätte im Tagebau abgebaut wird. Kleinere Mengen kommen aus Kanada.

Entdeckt wurde das Element 1801 vom englischen Chemiker Charles Hatchett in einem Mineral aus Nordamerika. Er nannte es Columbium, nach Columbia, einem alten Namen für die Vereinigten Staaten. Die Verwechslung mit Tantal hielt lange an, weil sich beide Metalle so ähnlich verhalten. Erst Heinrich Rose in Berlin zeigte 1844, dass es zwei verschiedene Elemente sind, und nannte das eine Niobium, nach Niobe. Ein sauberes Trennverfahren fand Jean Charles de Marignac rund zwanzig Jahre später. In den USA blieb der Name Columbium noch lange in Gebrauch, bis sich Niob international durchsetzte.

Technisch stellt man aus dem Erz zunächst Niobpentoxid her und reduziert es mit Aluminium, einem sogenannten aluminothermischen Verfahren. Für den Stahl genügt eine Eisenlegierung, das Ferroniob. Für Supraleiter braucht man dagegen sehr reines Metall, das im Vakuum umgeschmolzen wird.

Eigenschaften und Reaktionen

Niob steht in Periode 5 und Gruppe 5, unter dem Vanadium. Die Elektronenkonfiguration ist [Kr] 4d⁴ 5s¹, die Elektronegativität beträgt 1,6. Das Metall hat eine Dichte von 8,57 g/cm³, schmilzt bei 2477 °C und siedet bei 4744 °C. Damit schmilzt es erst bei sehr hoher Temperatur, ist aber trotzdem gut verformbar und lässt sich zu Blechen und Draht ziehen. Die Atommasse beträgt 92,906 u.

In Verbindungen tritt Niob meist mit der Oxidationszahl plus fünf auf, die Formel des wichtigsten Oxids lautet Nb₂O₅. An der Luft bildet sich auf dem Metall eine dünne, dichte Oxidschicht, die es vor fast allen Säuren schützt; heiße Laugen greifen es dagegen an. Bei höherer Temperatur nimmt das Metall allerdings Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff auf und wird spröde, deshalb verarbeitet man es oft unter Schutzgas oder im Vakuum.

Die Oxidschicht lässt sich gezielt verdicken. Taucht man Niob in ein elektrisches Bad und legt Spannung an, entsteht eine durchsichtige Oxidschicht. Licht, das an ihrer Ober- und Unterseite zurückgeworfen wird, überlagert sich, und je nach Dicke werden andere Farben verstärkt. So erscheint das Metall in blauen, violetten, grünen oder goldenen Tönen, ganz ohne Farbstoff. Das nutzt man für Schmuck, Ringe und Münzen.

Verwendung in Alltag und Technik

Die größte Menge geht in die Stahlherstellung. Schon sehr wenig Niob, meist deutlich unter einem Prozent, macht Stahl fester und zäher, weil es die Körner im Gefüge fein hält. Solche mikrolegierten Stähle findet man in Gasleitungen, Brücken, Karosserien und Schiffsrümpfen. Man kann damit leichter bauen, weil dünnere Bleche ausreichen.

Das zweite große Gebiet sind Supraleiter. Eine Legierung aus Niob und Titan, NbTi, verliert bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt ihren elektrischen Widerstand. Mit flüssigem Helium gekühlt, tragen Spulen daraus sehr starke Ströme und erzeugen kräftige Magnetfelder. Sie stecken in den meisten MRT-Geräten der Medizin und in den Magneten des Large Hadron Collider am CERN, der Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit bringt. Für noch stärkere Felder verwendet man die Verbindung Nb₃Sn aus Niob und Zinn, zum Beispiel in Kernspinspektrometern und im Fusionsprojekt ITER. Auch die Hohlräume moderner Teilchenbeschleuniger bestehen aus reinem Niob.

Weitere Anwendungen sind Superlegierungen für Düsentriebwerke und Raketenteile sowie Kondensatoren. Wegen seiner guten Verträglichkeit für den Körper dienen Niob und seine Legierungen außerdem für Implantate und Piercings.

Moleküle mit diesem Element

• Ammoniumhexafluoroniobat NH₄NbF₆3D ansehen

Kurz gefragt

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Häufige Fragen