Niyobyum, atom numarası 41 ve kimyasal sembolü Nb (eski adıyla kolumbiyum, Cb) olan kimyasal bir elementtir. Açık gri renkli, kristalli, sünek bir geçiş metalidir. Saf niyobyum, Mohs sertliği açısından saf titanyum ile karşılaştırılabilir ve demire karşı sünektir. Niyobyum, Dünya atmosferinde nispeten yavaş oksitlendiği için takılarda nikelin hipoalerjenik bir ikamesi olarak kullanılır. Eski adı olan “kolumbiyum”, niyobyumun piroklor ve kolumbit minerallerinde sıklıkla bulunmasından gelmektedir. Tantalus’un kızı ve tantalın adının kaynağı olan Niobe, Yunan mitolojisinde ortaya çıkmıştır. İsim, aşırı fiziksel ve kimyasal benzerlikleri nedeniyle iki elementi ayırt etmenin ne kadar zor olduğunu ifade eder.
Kolombiyum, 1801 yılında İngiliz kimyager Charles Hatchett tarafından keşfedilen ve tantal ile karşılaştırılabilen yeni bir elementtir. İngiliz bilim adamı William Hyde Wollaston, 1809 yılında yanlış bir şekilde tantal ve kolumbiyumun birbirinin yerine kullanılabileceğini iddia etmiştir. Alman kimyager Heinrich Rose 1846’da tantal cevherlerinde ikinci element olan niyobyumun varlığını keşfetmiştir. 1864 ve 1865 yıllarında yapılan bilimsel keşifler, niyobyum ve kolumbiyumun aynı element olduğunu (tantalın aksine) açıkça ortaya koydu ve bir yüzyıl boyunca her iki isim de eşanlamlı olarak kullanıldı. Kolumbiyum adı bugün Amerikan metalürjisinde hala kullanılıyor olsa da, niyobyum resmi olarak 1949’da elementin adı olarak kabul edildi.
Niyobyum ticari olarak ilk kez 20. yüzyılın başlarına kadar kullanılmamıştır. Yüksek mukavemetli düşük alaşımlı çeliklere niyobyum eklenmesi çok önemlidir. Niyobyum ve yüzde 60 ila 70 oranında niyobyum ve demirden oluşan bir alaşım olan ferroniyobyum çoğunlukla Brezilya’da üretilmektedir. Niyobyumun büyük kısmı alaşımlarda, çoğunlukla da gaz boru hatları gibi ürünlerde kullanılan özel çeliklerde kullanılmaktadır. Maksimum %0,1 niyobyum içeriğine sahip olmalarına rağmen bu alaşımlar karbür ve nitrürü temizleyerek çeliğin mukavemetini arttırır. Niyobyum içeren süper alaşımların jet ve roket motorlarında kullanılabilmesi için sıcaklığa dayanıklı olması gerekir.
Çok sayıda süper iletken malzeme niyobyum içerir. Titanyum ve kalay da içeren bu alaşımlar, MRI tarayıcılarının süper iletken mıknatıslarında sıklıkla kullanılmaktadır. Niyobyum ayrıca kaynakçılıkta, nükleer endüstride, elektronikte, optikte, mücevheratta, nümizmatikte ve diğer alanlarda da kullanılmaktadır. Anodizasyonun ürettiği düşük toksisite ve yanardönerlik, son iki uygulamada oldukça istenen niteliklerdir. Niyobyum teknolojinin çok önemli bir bileşeni olarak kabul edilmektedir.
Niyobyum Elementinin Tarihçesi
İngiliz kimyager Charles Hatchett, niyobyumu ilk kez 1801 yılında tanımıştır. 1734 yılında, Genç John Winthrop’un torunu John Winthrop F.R.S., Amerika Birleşik Devletleri’nin Connecticut eyaletinden İngiltere’ye bir mineral örneği gönderdi. Bu numune, kendisi tarafından keşfedilen yeni bir element içeriyordu. Mineral kolumbite ve yeni element kolumbiyuma ülkenin şiirsel adı olan Columbia’nın adını verdi.
Hatchett’in kolumbiyum keşfi muhtemelen tantal ve yeni bulunan elementin bir kombinasyonuydu.
Daha sonra kolumbiyum (niyobyum) ile çok benzer olan tantal arasındaki ayrım konusunda birçok yanlış anlaşılma oldu. Kolumbiyumdan türetilen ve yoğunluğu 5,918 g/cm3 olan kolumbit ile tantaldan türetilen ve yoğunluğu 8 g/cm3‘ün üzerinde olan tantalit 1809 yılında İngiliz kimyager William Hyde Wollaston tarafından karşılaştırılmıştır. İki oksidin önemli ölçüde farklı yoğunluklarına rağmen, aynı olduklarını buldu, bu yüzden tantal adını korudu.
Alman kimyager Heinrich Rose 1846’da bu sonuca itiraz etti ve tantalit örneğinin, Tantalus’un yavrularına atfen niyobyum (Niobe’den) ve pelopyum (Pelops’tan) adını verdiği iki farklı element içerdiğini iddia etti. Tantal ve niyobyum arasında gözlemlenen küçük farklılıklar bu hataya neden olmuştur. Gerçekte, sözde yeni elementler olan pelopium, ilmenium ve dianium, sırasıyla tantal veya niyobyumun farklı biçimleridir.
Christian Wilhelm Blomstrand ve Henri Étienne Sainte-Claire Deville 1864 yılında tantal ve niyobyumda sadece iki element olduğunu kanıtladı. 1865 yılında Louis J. Troost bazı bileşiklerin formüllerini belirledi. Son olarak İsviçreli kimyager Jean Charles Galissard de Marignac 1866’da bunu kanıtladı. İlmenyumla ilgili makaleler 1871’e kadar çıkmaya devam etti.
Niyobyum Elementinin Kullanımı
Niyobyum klorür 1864 yılında De Marignac tarafından hidrojen ortamında ısıtılarak indirgendi ve bu metalin ilk preparatı oldu. De Marignac 1866’da tantal içermeyen niyobyumu daha büyük ölçekte sentezlemeyi başarmış olsa da, niyobyum ilk ticari kullanım olan akkor lamba filamentlerinde 20. yüzyılın başlarında kullanılmaya başlandı.
Niyobyumun yerini hızla daha yüksek bir erime noktasına sahip olan tungsten aldı ve bu kullanım geçersiz hale geldi. Niyobyumun çeliği güçlendirme kabiliyeti ilk olarak 1920’lerde tespit edilmiştir ve bu kullanım bugün hala başlıca kullanım alanıdır. Niyobyum kalayın güçlü elektrik akımları ve manyetik alanların varlığında süper iletkenliğini koruduğu keşfi 1961 yılında Amerikalı fizikçi Eugene Kunzler ve Bell Labs’daki meslektaşları tarafından yapılmıştır. Bu, niyobyum kalayını kullanışlı yüksek güçlü mıknatıslar ve elektrikli makineler için gereken yüksek akımları ve alanları destekleyen ilk malzeme haline getirdi. Bu keşiften yirmi yıl sonra, bobinler halinde bükülmüş çok telli uzun kablolar üretilebildi ve bu da dönen makineler, parçacık hızlandırıcılar ve parçacık dedektörleri için muazzam, güçlü elektromıknatısların yaratılmasına olanak sağladı.
Niyobyum Elementinin Fiziksel Özellikleri
Periyodik tablonun 5. grup metali olan niyobyum parlak, gri, sünek, paramanyetik bir metaldir (tabloya bakınız) ve en dış kabuklarında alışılmadık bir elektron konfigürasyonu vardır. Rutenyum, rodyum ve paladyum yakınlarda bulunur ve benzer olağandışı yapılar sergilerler.
Mutlak sıfırdan erime noktasına kadar, vücut merkezli kübik kristal yapıya sahip olduğuna inanılmaktadır, ancak üç kristalografik eksen boyunca termal genleşmenin yüksek çözünürlüklü ölçümleri, kübik bir yapı ile uyumlu olmayan anizotropiler göstermektedir. Sonuç olarak, bu alanda daha fazla araştırma ve keşif yapılması beklenmektedir.
Kriyojenik sıcaklıklar niyobyumun bir süper iletkene dönüşmesine neden olur. Atmosferik basınçtaki 9,2 K kritik sıcaklığı onu elementel süper iletkenler arasında en kritik olanı yapar. Tüm elementler arasında niyobyum en derin manyetik nüfuza sahiptir. Vanadyum ve teknetyum ile birlikte, üç temel Tip II süper iletkenden biridir. Niyobyum metalinin saflığı, süper iletken nitelikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
Oldukça saf olduğunda oldukça yumuşak ve sünektir, ancak safsızlıklar daha sert olmasına neden olur.
Metal, düşük bir termal nöro yakalama kesitine sahip olduğu için nükleer endüstride nötron şeffaf yapılar oluşturmak için kullanılır.
Niyobyum Elementinin Kimyasal Yapısı
Metal uzun süre oda sıcaklığında havada bırakıldığında mavimsi bir renk alır. Bu metalin temel formu yüksek bir erime noktasına (2,468 °C) sahiptir, ancak diğer refrakter metallerden daha az yoğundur. Ayrıca dielektrik oksit tabakaları oluşturur, süper iletkenlik gösterir ve korozyona karşı dirençlidir.
Lantanit büzülmesinden dolayı, niyobyum daha ağır olan tantal atomlarına neredeyse eşit büyüklüktedir, oysa periyodik tablodaki öncülü olan zirkonyum biraz daha az elektropozitif ve daha kompakttır. Sonuç olarak niyobyum, periyodik cetvelde niyobyumun hemen altında yer alan tantal ile kimyasal olarak çok benzerdir. Niyobyum, korozyon direncinin tantal kadar olağanüstü olmamasına rağmen, daha düşük fiyatı ve daha yüksek bulunabilirliği nedeniyle kimya tesislerindeki kazan kaplamaları gibi daha az zorlu uygulamalar için caziptir.
Kaynak: Wikipedia
