نیوبیوم عنصر ۴۱ با معادل انگلیسی Niobium نماد: Nb
نوبیوم ( که در افسانه‌های یونان از کلمه نیوب که دختر تانتالاس بوده است گرفته شده است )در سال ۱۸۰۱ توسط شخصی به نام " Charles Hatchett" کشف شد. Hatchet دریافت که نیوبیوم را در معدن کلومبیت که در دهه ۱۷۵۰ توسط "John Winthrop" که یکی از فرماندهان Connecticut بود، به انگلستان فرستاده شد، کشف کرد. در آن زمان سردرگمی زیادی در خصوص تغییرات بسیار شبیه به هم در خصوص نیوبیوم و تانتالیوم وجود داشت که تا سال ۱۸۴۶ که "Charles Margnac" و "Heinrich Rose" این عنصر را مجددا کشف کردند، حل نشده باقی ماند. در سال ۱۸۶۴ شخصی به نام "Christian Blomstrand" اولین کسی بود که فلز آن را آماده ساخت. وی این عمل را با کم کردن کلرید نوبیوم با حرارت دادن آن در هوای هیدروژنی انجام داد. کلومبیوم نامی بود که Harchet به این عنصر داده بود، اما انجمن International Union of Pure and Applied Chemistry بطور رسمی نام نوبیوم را در سال ۱۹۵۰ بعد از حدودا صد سال مباحثه برای این عنصر برگزید. بسیاری از انجمنهای شیمی و سازمانهای دولتی نام رسمی انجمن IUPAC را برای این عنصر بکار بردند، در حالی که بسیاری از فلز شناسان و بیشتر تولیدکنندگان اقتصادی امریکایی هنوز این فلز را با نام اصلی Columbium می‌نامند.
خصوصیات قابل توجه
نوبیوم یک فلز خاکستری و هادی جریان الکتریسیته است که هنگامی که برای مدت زمانی در دمای اطاق در معرض هوا قرار بگیرد، به رنگ آبی کمرنگ در می‌آید. خصوصیات شیمیایی نوبیوم کم و بیش همانند خصوصیات شیمیایی تانتالیوم می‌باشد که در جدول تناوبی در زیر نوبیوم قرار دارد. حتی در دمای معمولی نیز نوبیوم باید در یک فضای محافظت شده قرار گیرد. این فلز در هوا در ۲۰۰ درجه سانتی گراد اکسید شده و حالتهای اکسیداسیون آن عبارتند +۲و+۳و+۵.
خواص
نیوبیوم عنصری است فلزی. با عدداتمی ۴۱ ٬در گروه VB و دوره پنجم جدول تناوبی جای دارد. جرم اتمی ۹۲٫۹۰۶۴، ظرفیتها ۲٬۳٬۴٬۵ . ایزتوپ پایدار ندارد.
مشخصات
فلز شکل پذیر چکش خوار سفید مایل به خاکستری، در دمای اتاق از جلا نمی‌افتد یا اکسیده نمی‌شود، جرم حجمی ۸٫۵۷٬نقطه ذوب ۲۴۶۸ . فقط هنگامی که گرم شود با هالوژنها و اکسیژن واکنش پذیر می‌شود تا ۱۰۰ درجه اسید نیتریک بر آن اثر ندارد.
استخراج
دو کانی اصلی آن یکی کلمبیت و دیگری پیروکلرو است. تولیدکنندگان اصلی کنسانتره کانی نیوبیوم کشورهای برزیل و کانادا بوده و ذخایر گسترده‌ای از کانسارهای این فلز در نیجریه، جمهوری دموکراتیک کنگو و روسیه یافت می‌شود.
طرز تهیه
به کمک تبلور جز به جز یا به کمک استخراج حلال و سپس خالص سازی ۲ از یکدیگر جدا کرد.
ایزوتوپ‌ها
نوبیوم طبیعین تنها یک ایزوتوپ ترکیبی پایدار دارد(93-Nb). پایدارترین ایزوتوپ رادیو اکتیوی آن 92-Nb می‌باشد که عمر تجزیه آن ۳۴٫۷ میلیون سال است. 94-Nb نیم عمر ۲۰۳۰۰ سال و 91-Nb نیمه عمر ۶۸۰ سال. همچنین یک ایزوتوپ حالت متا در ۰٫۰۳۱ ولت الکترون وجود دارد که عمر تجزیه آن ۱۶٫۳ سال می‌باشد. ۲۳ ایزوتوپ رادیواکتیوی دیگر نیز شناسایی شده‌اند که عمر تجزیه پذیری اکثر آنها کمتر از ۲ ساعت می‌باشد. حالت تجزیه اولیه قبل از ایزوتوپ پایدار 93-Nb تسخیر الکترونی است و حالت اولیه بعد از حذف بتا با حذف نیوترون در حالت اولیه از دو حالت زوال و تجزیه 104-Nb و۱۰۹ و۱۱۰ اتفاق می‌افتد.
شکلهای قابل دسترس
صفحه، میله ٬گرد، بلورهای منفرد
کاربرد
آلیاژهای مغناطیسی و ابررسانایی ٬موشکها٬سرمت٬راکتها٬وسایل سرمازایی یکی از مواد مورد استفاده نوبیوم ، در فلزات ضد زنگ بوده و به عنوان آلیاژ فلزات غیر آهنی بکار می‌رود. این آلیاژها بسیار قوی بوده، معمولا برای ساخت خطوط لوله به کار می‌روند. این فلز مقطع عرضی کمی در برابر نوترونهای گرمایی داشته ، بنابریان در صنایع هسته‌ای کاربرد دارد. این فلز همچنین برای جوشکاری طاقها و میله‌های ضد زنگ نیز کاربرد دارد. بدلیل رنگ آبی آن به عنوان آلیاژ در صنعت طلا و جواهر کاربرد دارد. مقدار قابل توجهی از این فلز به صورت خالص در نیکل و کبالت و آهن برای ساخت آلیاژهای سنگین که در در اجزای موتورهای جت ، موشکها و دیگر تجهیزاتی که مقاومت بالا در مقابل گرما باید داشته باشند، بکار می‌رود. مثلاً سیستمهای پیشرفته ساختار فضایی نظیر آنچه که در برنامه نجومی Gemini بکار می‌رود، از این فلز استفاده می‌کنند. همچنین نوبیوم به عنوان یک جایگزین برای باطری‌ها و خازن‌ها بکار می‌رود. نوبیوم در دماهای پایین و برودتی به عنوان یک ابر رسانا عمل می‌کند. در فشار جو بالاترین دمای بحرانی را در عناصر ابر هادی دارد. همچنین یکی از سه عنصر ابر هادی از نوع دوم می‌باشد. ( دو عنصر دیگر عبارتند از وانادیوم و تکنتیوم ) این بدان معناست که این عنصر در زمانی که در معرض مغناطیس قوی قرار بگیرد، همچنان ابرهادی باقی می‌ماند. آلیاژهای نیوبیم- تیتانیم و نیوبیم-قلع برای کابلهای مغناطیسی ابرهادی که حالت مغناطیسی بالایی را تولید می‌کنند، کاربرد دارند.
نام
نام نیوبیوم از نیوب (Niobe) نام دختر تانتالوس شاه افسانه‌ای یونان اقتباس شده است. این عنصر با نام کلومبیوم (Columbium) هم شناخته می‌شود.
هشدارها
نوبیوم شامل ترکیباتی است که اکثر مردم با آنها تماسی ندارند، ولی آنها بسیار سمی بوده و باید با احتیاط از آنها استفاده شود. غبار فلز نوبیوم برای پوست و چشم خطرناک بوده و قابل اشتعال است. نوبیوم هیچ نقش بیولوژیکی ندارد.
نیوبیوم یک جزء سازنده فولادهای ضدزنگ و آلیاژ فلزات غیرآهنی است. این آلیاژها مقاوم بوده و اغلب در ساختمان کانال های ارتباطی استفاده می شوند. این فلز دارای تسخیر کم نوترون های حرارتی است و درصنایع هسته ای (رآکتورهای هسته ای) یافت می شود.
مقادیر قابل ملاحظه نیوبیوم به صورت فرونیوبیوم با خلوص بالا و نیکل- نیوبیوم در سوپرآلیاژهای نیکل- کبالت و آهن برای استفاده در اجزای موتور جت، موشک ها، ابزارهای برش، میله های جوشکاری،
سوپر مغناطیس ها و ابزار مقاوم حرارتی و ابزار قابل احتراق می باشد. به عنوان مثال سیستم چهارچوب هوای پیشرفته مانند برنامه Gemini در این فلز استفاده می شود. نیوبیوم به طور متناوب با تانتالیم در خازن ها مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجایی که نیوبیوم رنگ متمایل به آبی دارد، در جواهرسازی استفاده می شود.
میزان مصرف ظاهری نیوبیوم در جهان در طی این دوره ( 1995 – 1999) از 3800 تن در سال 1995 به 4150 تن در سال 1998 افزایش یافته ولیکن در سال 1999 این مقدار مصرف کاهش یافته و به 4100 تن رسیده است.
آهنربای ابررسانا
آهنربای ابررسانا یک آهنربای الکتریکی است که از سیم پیچ سیم‌های ابررسانا ساخته شده باشد. این سیم‌های ابررسانا نسبت به سیم‌های معمولی، جریان الکتریکی بسیار بیشتری را از خود می گذرانند و البته یک میدان مغناطیسی قوی تر پدید می‌آورند. نکته در اینجا است که هر چه آهنربای الکتریکی قوی تر باشد هزینهٔ کمتری به بار می‌آورد چون در هنگام کار انرژی کمتری را هدر می‌دهد و به گرما تبدیل می‌کند.
سردسازی
در هنگام کار، سیم پیچ‌های مغناطیسی باید تا دمایی پایین تر از دمای بحرانی خود سرد شوند. دمای بحرانی دمایی است که در آن مواد سیم پیچ از حالت مقاومت معمولی بیرون می‌روند و به یک ابررسانا دگرگون می‌شوند. در ساخت سیم پیچ بیشتر ابررساناها از هلیم مایع برای سردسازی بهره برده می‌شود. هر چه دما پایین تر باشد سیم پیچ ابررسانا بهتر کار می‌کند. چون مواد با گذر جریان‌های بالاتر و درنتیجه میدان‌های مغناطیسی قوی تر همچنان به عنوان ابررسانا کار می‌کنند و دیرتر از حالت ابررسانایی خود خارج می‌شوند. امروزه دانشمندان به دنبال ابررساناهای با دمای بالایند تا برای سردسازی تنها از نیتروژن مایع (با دمای جوش ۷۷ کلوین) استفاده کنند و ناچار به استفاده از هلیم مایع نشوند.
مواد
میدان مغناطیسی بحرانی ایجاد شده میان سیم پیچ‌ها Hc نام دارد که برای ابررساناهای نوع ۲، میدان بحرانی بالایی است. مسئلهٔ محدود کنندهٔ دیگر برای این سیم پیچ‌ها، جریان بحرانی یا Ic است که در آن مواد سیم پیچ از ابررسانایی دست می‌کشند. هم اکنون تلاش‌ها بر روی ساخت مواد سیم پیچ بهتر متمرکز شده‌است.
بیشتر ابررساناها از نیوبیوم-تیتانیم ساخته شده‌اند.این ماده دمای بحرانی ۱۰ کلوین دارد و می‌تواند تا ۱۵ تسلا ابررسانا بماند. آهنرباهای گرانتر از نیوبیم-قلع ساخته شده‌اند. دمای بحرانی این ابررسانا ۱۸ کلوین است و در دمای ۴٫۲ کلوین می‌توانند شدت میدان بسیار قوی تری را نسبت به دیگر ابررساناها پدید آورند (۲۵ تا ۳۰ تسلا). رشته‌ای کردن این ماده کمی دشوار است به همین دلیل گاهی آمیخته‌ای از نیوبیم و قلع برای بخش‌های میدان بالا و نیوبیم و تیتانیم برای میدان پایین بکار می‌رود. وانادیم-گالیم یک گونهٔ دیگر از مواد سازنده برای ساخت میدان‌های بالا است.
سیم پیچ
سیم پیچ آهن رباهای ابررسانا از سیم یا نوار ابررساناهای نوع ۲ (مانند نیوبیم-تیتانیم یا نیوبیم-قلع) خود رشته سیم‌ها ضخامتی نزدیک به ۲۰ میکرون دارند.