Nb/Niobium

Naam

De naam niobium is afgeleid van Niobe, de dochter van Tantalus (zie ook element 73: tantaal). Deze naam werd gegeven omdat het eerder ontdekte tantaal achteraf uit twee elemen­ten bleek te bestaan. Niobium werd lange tijd columbium genoemd.

Ontdekking

De Engelse chemicus Charles Hatchett ontdekte niobium in 1801 in een mineraal afkomstig uit Massachusetts, dat zich al geruime tijd in het British Museum in Londen bevond. Hij gaf het de naam columbium; het mineraal kreeg de naam colombiet (foto).

Hatchett isoleerde naar alle waarschijnlijkheid een oxide dat behalve niobium ook tantaal bevatte. Net zoals de Zweedse scheikundige en mineraloog Anders Gustaf Ekeberg. Die dacht een jaar later tantaal te ontdekken in een Fins mineraal (tantaliet). Maar ook hij had waarschijnlijk zowel niobium als tantaal in zijn monster.

Jaren van verwarring waren het gevolg. De Engelse chemicus William Hyde Wollaston (foto) probeerde het pleit te beslechten en concludeerde in 1809 dat colombiet en tantaliet hetzelfde oxide opleverden. Hoewel Hatchett een jaar eerder was geweest, stelde Wollaston voor de naam tantaal te handhaven. De ontdekking van Hatchett werd niet erkend en deze trad gefrustreerd terug als hoogleraar.

In 1846 argumenteerde de Duitse chemicus Heinrich Rose dat tantaliet toch twee elementen moest bevatten. Hij stelde voor deze beide te vernoemen naar de kinderen van Tantalys: niobium (naar Niobe) en pelopium (naar Pelops).

Nog eens vijftien jaar later, in de jaren zestig van de negentiende eeuw, kwamen ook andere onderzoekers tot de conclusie dat men met twee elementen van doen had. Maar nog was de controverse de wereld niet uit. De ontdekking van Hatchett werd uiteindelijk erkend, maar hoe moest het element nu heten? Sommigen namen het voorstel van Rose over, anderen (met name de Amerikanen) bleven colombium gebruiken. Pas in 1950 besloot de Internationale Chemieorganisatie IUPAC definitief voor niobium.

Het eerste metallisch niobium werd in 1864 bereid, zowel door de Zweedse chemicus Christian Wilhelm Blomstrand (foto) als zijn Zwitserse collega Jean Charles Galissard de Marignac. Zij reduceerden niobium(V)chloride met waterstof.

Voorkomen

Het aandeel van niobium in de aardkorst is 2,0.10^-3 %. Het staat op plaats 33 in de lijst van meest voorkomende elementen. Het komt ongeveer net zoveel voor als lood (plaats 36), maar nergens in hoge concentraties. Ertsen met slechts één procent niobium zijn al de moeite waard.

De belangrijkste mineralen zijn:

Ook veel tantaalhoudende mineralen bevatten niobium, bijvoorbeeld stibiotantaliet  (SbTaO₄)  en tantaliet (Fe⁺²Ta₂O₆).

Winning

De belangrijkste wingebieden liggen in Brazilië, Canada, Democratische Republiek Congo, Rusland, Australië, Maleisië, Thailand, Oe­ganda, Nigeria en Noorwegen. Pyrochloor levert 98 % van de grondstof voor de bereiding van niobium. De EU heeft met de Critical Raw Materials Act in 2022 het element niobium op de lijst van schaarse en strategische grondstoffen gezet.

Bereiding

Vroeger

Het allereerste, tamelijk onzuivere niobium werd in 1864 door de Zweedse chemicus Christian Wilhelm Blomstrand bereid. Hij reduceerde niobium(V)chloride met waterstof. In 1906 maakte de Duitse chemicus Werner von Bolton zuiver niobium via reductie van kaliumfluorniobi­aat (K₂NbOF₅) met natrium.

Tegenwoordig

Niobium is vooral een bijproduct van de berei­ding van tantaal of tin.

De ertsen worden na een aantal voorbewerkingen gesmolten met natrium- of kaliumhydroxide. Bij verhitten ontstaat dan het penta­oxide van niobium en tantaal. Vervolgens voegt men een mengsel van waterstof- en kaliumfluoride toe, zodat heptafluo­rotantalaat resp. -nio­baat (TaF₇^2- ; NbF₇^2-) ontstaan. Deze tantaal- en niobium­verbin­dingen worden gescheiden door middel van vloeistofextractie of gefracti­oneerde kristallisa­tie. Vervolgens wordt opnieuw het pentaoxide ge­vormd, dat tenslotte wordt geredu­ceerd met aluminium of natrium:

$3 {\mathrm{Nb}}_2{\mathrm{O}}_5 + 10 \mathrm{Al} \to 6 \mathrm{Nb} + 5 {\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3$

In een ander proces behandelt men niobium- en tantaal­houdende materialen met chloor, zodat de chloriden ontstaan. Na scheiding door destilla­tie worden deze chloriden omgezet in het oxide en volgt reductie met waterstof bij 600 – 650 °C.

Zeer zuiver niobium is te verkrijgen door elektrolyse van com­plexe niobiumhalo­geenver­bindingen.