คุณสมบัติของไนโอเบียม
เลขอะตอม | 41 |
หมายเลข CAS | 7440-03-1 |
มวลอะตอม | 92.91 |
จุดหลอมเหลว | 2 468 องศาเซลเซียส |
จุดเดือด | 4 900 องศาเซลเซียส |
ปริมาตรอะตอม | 0.0180 นาโนเมตร3 |
ความหนาแน่นที่ 20 °C | 8.55ก./ซม.³ |
โครงสร้างคริสตัล | ลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางร่างกาย |
ค่าคงตัวของแลตทิซ | 0.3294 [นาโนเมตร] |
ความอุดมสมบูรณ์ในเปลือกโลก | 20.0 [กรัม/ตัน] |
ความเร็วของเสียง | 3480 ม./วินาที (ที่ rt) (แท่งบาง) |
การขยายตัวทางความร้อน | 7.3 µm/(m·K) (ที่ 25 °C) |
การนำความร้อน | 53.7W/(ม·K) |
ความต้านทานไฟฟ้า | 152 nΩ·m (ที่ 20 °C) |
ความแข็งของโมห์ | 6.0 |
ความแข็งของวิคเกอร์ | 870-1320Mpa |
ความแข็งของบริเนล | 1735-2450Mpa |
ไนโอเบียม เดิมชื่อโคลัมเบียม เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีสัญลักษณ์ Nb (เดิมคือ Cb) และมีเลขอะตอม 41 เป็นโลหะทรานซิชันที่อ่อนนุ่ม สีเทา ผลึก เหนียว มักพบในแร่ธาตุไพโรคลอร์และโคลัมไบต์ จึงมีชื่อเดิมว่า “ โคลัมเบีย”ชื่อของมันมาจากเทพนิยายกรีก โดยเฉพาะ Niobe ซึ่งเป็นลูกสาวของ Tantalus ซึ่งเป็นชื่อแทนทาลัมชื่อนี้สะท้อนให้เห็นถึงความคล้ายคลึงกันอย่างมากระหว่างองค์ประกอบทั้งสองในคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี ทำให้ยากต่อการแยกแยะ
นักเคมีชาวอังกฤษ Charles Hatchett รายงานองค์ประกอบใหม่ที่คล้ายกับแทนทาลัมในปี 1801 และตั้งชื่อว่า columbiumในปี ค.ศ. 1809 นักเคมีชาวอังกฤษ วิลเลียม ไฮด์ วอลลัสตัน สรุปอย่างผิด ๆ ว่าแทนทาลัมและโคลัมเบียมเหมือนกันไฮน์ริช โรส นักเคมีชาวเยอรมัน ระบุในปี ค.ศ. 1846 ว่าแร่แทนทาลัมมีองค์ประกอบที่สอง ซึ่งเขาตั้งชื่อว่าไนโอเบียมในปี พ.ศ. 2407 และ พ.ศ. 2408 การค้นพบทางวิทยาศาสตร์หลายชุดได้ชี้แจงว่าไนโอเบียมและโคลัมเบียมเป็นองค์ประกอบเดียวกัน (แตกต่างจากแทนทาลัม) และเป็นเวลาหนึ่งศตวรรษแล้วที่ชื่อทั้งสองถูกใช้สลับกันไนโอเบียมถูกนำมาใช้อย่างเป็นทางการเป็นชื่อของธาตุในปี 1949 แต่ชื่อโคลัมเบียมยังคงใช้อยู่ในปัจจุบันในสาขาโลหะวิทยาในสหรัฐอเมริกา
จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 20 ไนโอเบียมถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรกบราซิลเป็นผู้ผลิตชั้นนำของไนโอเบียมและเฟอร์โรนีโอเบียม ซึ่งเป็นโลหะผสมของไนโอเบียม 60–70% กับเหล็กไนโอเบียมส่วนใหญ่จะใช้ในโลหะผสม ซึ่งเป็นส่วนที่ใหญ่ที่สุดในเหล็กชนิดพิเศษ เช่น ที่ใช้ในท่อส่งก๊าซแม้ว่าโลหะผสมเหล่านี้จะมีปริมาณสูงสุด 0.1% แต่ไนโอเบียมเปอร์เซ็นต์เล็กน้อยก็ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของเหล็กได้ความคงตัวของอุณหภูมิของซูเปอร์อัลลอยที่มีไนโอเบียมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้ในเครื่องยนต์ไอพ่นและจรวด
ไนโอเบียมถูกใช้ในวัสดุตัวนำยิ่งยวดหลายชนิดโลหะผสมตัวนำยิ่งยวดเหล่านี้ยังมีไทเทเนียมและดีบุกด้วย ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดของเครื่องสแกน MRIการใช้งานอื่นๆ ของไนโอเบียม ได้แก่ การเชื่อม อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ อิเล็กทรอนิกส์ ทัศนศาสตร์ เหรียญกษาปณ์ และเครื่องประดับในสองการใช้งานล่าสุด ความเป็นพิษต่ำและความแวววาวที่เกิดจากอโนไดซ์เป็นคุณสมบัติที่ต้องการอย่างมากไนโอเบียมถือเป็นองค์ประกอบที่มีความสำคัญต่อเทคโนโลยี
ลักษณะทางกายภาพ
ไนโอเบียมเป็นโลหะพาราแมกเนติกมันวาว สีเทา เหนียว อยู่ในกลุ่ม 5 ของตารางธาตุ (ดูตาราง) โดยมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนในเปลือกนอกสุดซึ่งไม่ปกติสำหรับกลุ่ม 5 (ซึ่งสามารถสังเกตได้ในบริเวณใกล้เคียงกับรูทีเนียม (44) โรเดียม (45) และแพลเลเดียม (46)
แม้ว่าเชื่อกันว่ามีโครงสร้างผลึกลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางที่ร่างกายตั้งแต่ศูนย์สัมบูรณ์ไปจนถึงจุดหลอมเหลว การวัดที่มีความละเอียดสูงของการขยายตัวทางความร้อนตามแนวแกนผลึกศาสตร์ทั้งสามแกนเผยให้เห็นแอนไอโซโทรปีซึ่งไม่สอดคล้องกับโครงสร้างลูกบาศก์ดังนั้นจึงคาดว่าจะมีการวิจัยและค้นพบเพิ่มเติมในด้านนี้
ไนโอเบียมกลายเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิแช่แข็งที่ความดันบรรยากาศ มันมีอุณหภูมิวิกฤตสูงสุดของตัวนำยิ่งยวดที่เป็นธาตุที่ 9.2 K ไนโอเบียมมีความลึกในการทะลุผ่านแม่เหล็กมากที่สุดในบรรดาธาตุใดๆนอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในตัวนำยิ่งยวดประเภท II ที่มีธาตุสามชนิด พร้อมด้วยวานาเดียมและเทคนีเชียมคุณสมบัติตัวนำยิ่งยวดนั้นขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของโลหะไนโอเบียมเป็นอย่างมาก
เมื่อบริสุทธิ์มาก จะค่อนข้างอ่อนและเหนียว แต่สิ่งสกปรกจะทำให้แข็งขึ้น
โลหะมีส่วนตัดขวางการจับยึดต่ำสำหรับนิวตรอนความร้อนจึงใช้ในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ที่ต้องการโครงสร้างโปร่งใสของนิวตรอน
ลักษณะทางเคมี
โลหะจะมีโทนสีน้ำเงินเมื่อสัมผัสกับอากาศที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลานานแม้จะมีจุดหลอมเหลวสูงในรูปของธาตุ (2,468 °C) แต่ก็มีความหนาแน่นต่ำกว่าโลหะทนไฟอื่นๆนอกจากนี้ ยังทนต่อการกัดกร่อน แสดงคุณสมบัติการเป็นตัวนำยิ่งยวด และสร้างชั้นไดอิเล็กทริกออกไซด์
ไนโอเบียมมีค่าอิเล็กโทรโพซิทีฟน้อยกว่าเล็กน้อยและมีขนาดกะทัดรัดกว่าเซอร์โคเนียมรุ่นก่อนในตารางธาตุ ในขณะที่มันแทบจะมีขนาดเท่ากันกับอะตอมแทนทาลัมที่หนักกว่า ซึ่งเป็นผลมาจากการหดตัวของแลนทาไนด์ด้วยเหตุนี้ คุณสมบัติทางเคมีของไนโอเบียมจึงคล้ายคลึงกับคุณสมบัติทางเคมีของแทนทาลัมมาก ซึ่งปรากฏอยู่ใต้ไนโอเบียมโดยตรงในตารางธาตุแม้ว่าความต้านทานการกัดกร่อนจะไม่โดดเด่นเท่ากับแทนทาลัม แต่ราคาที่ต่ำกว่าและความพร้อมใช้งานที่มากขึ้นทำให้ไนโอเบียมมีความน่าสนใจสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการน้อยกว่า เช่น การบุในถังในโรงงานเคมี