Niobium ialah unsur kimia dengan nombor atom 41 dan simbol kimia Nb (dahulunya columbium, Cb). Ia adalah logam peralihan kelabu muda, kristal, mulur. Niobium tulen adalah setanding dengan titanium tulen dari segi kekerasan Mohs dan mulur kepada besi. Niobium digunakan dalam barang kemas sebagai pengganti hypoallergenic untuk nikel, kerana ia teroksida secara agak perlahan di atmosfera Bumi. Nama lama "columbium" berasal dari kehadiran niobium yang kerap dalam mineral piroklor dan kolumbit. Niobe, anak perempuan Tantalus dan sumber nama tantalum, berasal dari mitologi Yunani. Nama itu merujuk kepada betapa sukarnya untuk membezakan kedua-dua unsur kerana persamaan fizikal dan kimianya yang melampau.
Columbium ialah unsur baharu yang ditemui oleh ahli kimia Inggeris Charles Hatchett pada tahun 1801 dan setanding dengan tantalum. Saintis British William Hyde Wollaston secara salah mendakwa pada tahun 1809 bahawa tantalum dan columbium boleh digunakan secara bergantian. Ahli kimia Jerman Heinrich Rose menemui kehadiran unsur kedua, niobium, dalam bijih tantalum pada tahun 1846. Penemuan saintifik yang dibuat pada tahun 1864 dan 1865 menjelaskan bahawa niobium dan kolumbium adalah unsur yang sama (berbanding tantalum), dan selama satu abad kedua-dua nama itu digunakan sebagai sinonim. Walaupun nama columbium masih digunakan dalam metalurgi Amerika hari ini, niobium secara rasmi diterima pakai sebagai nama unsur pada tahun 1949.
Niobium tidak mula digunakan secara komersial sehingga awal abad ke-20. Adalah sangat penting untuk menambah niobium kepada keluli aloi rendah kekuatan tinggi. Ferroniobium, aloi niobium dan 60 hingga 70 peratus niobium dan besi, kebanyakannya dihasilkan di Brazil. Kebanyakan niobium digunakan dalam aloi, kebanyakannya dalam keluli khas yang digunakan dalam produk seperti saluran paip gas. Walaupun mempunyai kandungan niobium maksimum 0,1%, aloi ini meningkatkan kekuatan keluli dengan mengeluarkan karbida dan nitrida. Aloi super yang mengandungi niobium mesti tahan kepada suhu untuk digunakan dalam enjin jet dan roket.
Banyak bahan superkonduktor mengandungi niobium. Aloi ini, yang juga mengandungi titanium dan timah, sering digunakan dalam magnet superkonduktor pengimbas MRI. Niobium juga digunakan dalam kimpalan, industri nuklear, elektronik, optik, barang kemas, numismatik dan bidang lain. Ketoksikan rendah dan iridescence yang dihasilkan oleh anodisasi adalah kualiti yang sangat diingini dalam dua aplikasi terakhir. Niobium diiktiraf sebagai komponen teknologi yang sangat penting.
Sejarah Unsur Niobium
Ahli kimia British Charles Hatchett pertama kali mengiktiraf niobium pada tahun 1801. Pada tahun 1734, John Winthrop FRS, cucu kepada Young John Winthrop, menghantar sampel mineral dari negeri Connecticut Amerika Syarikat ke England. Sampel ini mengandungi unsur baru yang ditemui oleh beliau. Dia menamakan mineral columbite dan unsur baru columbium sempena nama puitis negara itu, Columbia.
Penemuan columbium oleh Hatchett berkemungkinan merupakan gabungan tantalum dan unsur yang baru ditemui.
Kemudian terdapat banyak salah faham tentang perbezaan antara columbium (niobium) dan tantalum, yang hampir sama. Berasal daripada kolumbium dan mempunyai ketumpatan 5,918 g/cm3 berasal daripada columbite dan tantalum dengan ketumpatan 8 g/cm3Tantalite, yang di atas, telah dibandingkan pada tahun 1809 oleh ahli kimia Inggeris William Hyde Wollaston. Beliau mendapati bahawa walaupun ketumpatan yang berbeza ketara bagi kedua-dua oksida, ia adalah sama, justeru mengekalkan nama tantalum.
Ahli kimia Jerman Heinrich Rose mempertikaikan kesimpulan ini pada tahun 1846 dan mendakwa bahawa sampel tantalit mengandungi dua unsur yang berbeza, yang dinamakannya niobium (dari Niobe) dan pelopium (dari Pelops), sempena anak Tantalus. Perbezaan kecil yang diperhatikan antara tantalum dan niobium menyebabkan ralat ini. Malah, unsur-unsur baru yang dipanggil pelopium, ilmenium, dan dianium adalah bentuk tantalum atau niobium yang berbeza, masing-masing.
Christian Wilhelm Blomstrand dan Henri Étienne Sainte-Claire Deville membuktikan pada tahun 1864 bahawa hanya terdapat dua unsur dalam tantalum dan niobium. Pada tahun 1865, Louis J. Troost menentukan formula beberapa sebatian. Akhirnya, ahli kimia Switzerland Jean Charles Galissard de Marignac membuktikannya pada tahun 1866. Artikel mengenai ilmenium terus muncul sehingga 1871.
Penggunaan Unsur Niobium
Niobium klorida telah dikurangkan dengan pemanasan dalam persekitaran hidrogen oleh De Marignac pada tahun 1864 dan merupakan penyediaan pertama logam ini. Walaupun de Marignac berjaya mensintesis niobium bebas tantalum pada skala yang lebih besar pada tahun 1866, niobium pertama kali digunakan secara komersial dalam filamen lampu pijar pada awal abad ke-20.
Niobium dengan cepat digantikan oleh tungsten, yang mempunyai takat lebur yang lebih tinggi, dan penggunaan ini menjadi usang. Keupayaan niobium untuk mengukuhkan keluli mula dikenal pasti pada tahun 1920-an, dan penggunaan ini masih digunakan utama hari ini. Penemuan bahawa timah niobium mengekalkan superkonduktivitinya dengan kehadiran arus elektrik dan medan magnet yang kuat telah dibuat pada tahun 1961 oleh ahli fizik Amerika Eugene Kunzler dan rakan-rakannya di Bell Labs. Ini menjadikan timah niobium bahan pertama untuk menyokong arus tinggi dan medan yang diperlukan untuk magnet berkuasa tinggi dan mesin elektrik yang berguna. Dua puluh tahun selepas penemuan ini, wayar terkandas panjang yang dipintal menjadi gegelung boleh dihasilkan, membolehkan penciptaan elektromagnet yang besar dan berkuasa untuk mesin berputar, pemecut zarah dan pengesan zarah.
Sifat Fizikal Unsur Niobium
Niobium, logam kumpulan 5 jadual berkala, ialah logam berkilat, kelabu, mulur, paramagnet (lihat jadual) dengan konfigurasi elektron yang luar biasa dalam kulit terluarnya. Ruthenium, rhodium, dan paladium ditemui berdekatan dan mempamerkan struktur luar biasa yang serupa.
Ia dipercayai mempunyai struktur hablur padu berpusatkan badan dari sifar mutlak hingga takat leburnya, tetapi ukuran resolusi tinggi pengembangan haba sepanjang tiga paksi kristalografi menunjukkan anisotropi tidak serasi dengan struktur padu. Hasilnya, penyelidikan dan penerokaan lanjut dalam bidang ini dijangka.
Suhu kriogenik menyebabkan niobium berubah menjadi superkonduktor. Suhu kritikal 9,2 K pada tekanan atmosfera menjadikannya superkonduktor unsur yang paling kritikal. Daripada semua unsur, niobium mempunyai penembusan magnet yang paling dalam. Bersama-sama dengan vanadium dan technetium, ia adalah salah satu daripada tiga superkonduktor Jenis II utama. Ketulenan logam niobium mempunyai kesan yang ketara ke atas kualiti superkonduktornya.
Ia agak lembut dan mulur apabila agak tulen, tetapi kekotoran menyebabkan ia menjadi lebih keras.
Oleh kerana logam mempunyai keratan rentas neurotrap terma yang rendah, ia digunakan dalam industri nuklear untuk mencipta struktur telus neutron.
Struktur Kimia Unsur Niobium
Apabila logam dibiarkan di udara pada suhu bilik untuk masa yang lama, ia mengambil warna kebiruan. Bentuk asas logam ini mempunyai takat lebur yang tinggi (2,468 °C), tetapi kurang tumpat berbanding logam refraktori lain. Ia juga membentuk lapisan oksida dielektrik, menunjukkan superkonduktiviti dan tahan kakisan.
Disebabkan oleh pengecutan lantanida, saiz niobium hampir sama dengan atom tantalum yang lebih berat, manakala pendahulunya dalam jadual berkala, zirkonium, adalah kurang elektropositif dan lebih padat. Akibatnya, niobium secara kimia hampir sama dengan tantalum, yang terletak tepat di bawah niobium pada jadual berkala. Walaupun niobium tidak begitu cemerlang dalam rintangan kakisan seperti tantalum, ia menarik untuk aplikasi yang kurang menuntut seperti salutan dandang dalam loji kimia kerana harganya yang lebih rendah dan ketersediaan yang lebih tinggi.
Sumber: Wikipedia
Günceleme: 29/04/2023 16:20