Le niobium est l'élément chimique de numéro atomique 41, de symbole Nb. Le corps simple est un métal de transition gris, rare, relativement mou et ductile.
Généralités Le niobium, ce deuxième élément du groupe 5 et cinquième de la période 5 du bloc d appartient à la famille des métaux de transition. Sa configuration électronique est par ordre de niveau d'énergie croissantselon le tableau périodique du site du Los Alamos National Laboratory. On trouve aussi ou le plus souvent selon les auteurs.. Il s'agit de l'élément monoisotopique 41, au sens qu'il n'existe qu'une seule variété isotopique naturelle stable. Son électronégativité avoisine 1,6.
Par son point de fusion et sa densité modérée, le métal Nb se rapproche du molybdène.
Le groupe V B, comporte respectivement le vanadium V, le niobium Nb et le tantale Ta. Les points de fusion et d'ébullition des corps simples de ce groupe sont élevés, les enthalpies de vaporisation importantes. Le vanadium diffère sensiblement du niobium et du tantale, le premier a un rayon atomique de l'ordre de alors que les deux autres présentent un rayon atomique similaire, de l'ordre de , du fait de la contraction des lanthanides. Ainsi les composés pentavalents Nb(V) et plus encore Ta(V) sont stables, comme les « terres acides » ou , corps acido-basiques ou oxydes amphotères, alors les composés pentavalents de vanadium V(V) sont nettement oxydants. Le métal vanadium V est bien plus réactif que Nb et surtout Ta, relativement inerte.
Le niobium appartient au groupe des cinq métaux réfractaires au sens où leur point de fusion est supérieur à celui du platine. Les quatre autres corps simples sont le tantale Ta, le tungstène W, le molybdène Mo et le rhénium Re.
Le niobium et le tantale se trouvent souvent ensemble dans la nature. Les deux corps simples sont difficiles à isoler et à séparer à l'état pur.
Histoire
La première esquisse de chimie du niobium a été découverte et publiée en 1801 par le minéralogiste et chimiste anglais Charles Hatchett. Il réalise une étude chimique d'un lot de minéral orthorhombique columbite ou pentoxyde de niobium, de formule Nb2O5, dont l'auteur de l'étude connaissait l'origine américaine illustrée par la mention « Columbia », dédicace à Christophe Colomb, et le nom indien difficilement localisable de ce dépôt originaire de la Nouvelle-Angleterre en 1753 dans les collections d'histoire naturelle du musée britanniqueC. Hatchett, Philosophical Transactions, Royal Society of London, 1802 (étude du minerai de Columbium). Pour d'autres historiens des sciences, le nom du minéral « columbite » proviendrait encore plus prosaïquement du lieu d'emballage des échantillons qui serait Columbia, Connecticut. Charles Hatchett avait connaissance du lieu de collecte amérindien sur la fiche descriptive péniblement déchiffrée, mais ces informateurs américains, méprisant les traditions paysannes pourtant conservatrices mais jugées vulgaires et inaptes à une enquête approfondie, rappelaient la perte généralisée et souvent irrémédiable de la toponymie amérindienne au cours du Siècle des Lumières, les autorités ayant imposé des calques anglo-saxons plus convenables.. Les échantillons au lustre noirâtre étudiés, en réalité à base de ferro-columbite, provenaient de la collection personnelle du gouverneur du Connecticut, John Winthrop (1606-1676). Ils avaient été prélevés sur le lieu-dit « Nautneague », aujourd'hui à Haddam, dans le Connecticut et gardés dans la collection minéralogique de la famille. Le petit-fils, également nommé John Winthrop (1681–1747) les confie à Hans Sloane, naturaliste écossais et mécène du British Museum de LondresFiche Ferro-columbite sur Mindat. gauche|vignette|189x189px|Columbite de Madagascar. Hatchett, qui travaille de façon précaire dans cette institution muséographique, caractérise la singularité de l'oxyde et baptise l'élément associé « columbium » en latin ou « colombium » en français.
En 1802, Anders Gustaf Ekeberg étudie un minéral voisin, la tantalite, et obtient l'oxyde de tantale. Il postule aussi l'existence d'un nouvel élément, le tantale. Une controverse s'engage sur ces deux apports, et pousse le chimiste Hatchett à montrer les différences entre oxyde de colombium et oxyde de tantale. postule une confusion apparente avec le tantale caractérisé en 1802. Le débat se poursuit entre les chimistes de la Royal Society, jusqu'à ce que la qualité des oxydes soit vérifiée et établie en 1809 par Wollaston. Cet ancien médecin, qui se consacre avec succès à la recherche depuis 1800, s'appuie sur une démarche de propriétés analogues des deux oxydes, et conclut à l'identité des éléments sous-jacents. Il rejette alors les travaux d'Hatchett. De plus ce dernier est en proie au doute et avoue qu'après vérification, ses préparations initiales ne peuvent pas être parfaitement purifiées, du fait d'une véritable difficulté de séparation.
Les propriétés chimiques du niobium sont presque identiques à celles du tantaleD'un point de vue minéralogique, la columbite ou niobite forme une série chimique continue avec la tantalite.. Berzélius aurait quelque temps noté Cb cet élément.
En 1844, le minéralogiste et chimiste allemand et prussien Heinrich Rose considère le jugement de Wollaston bien trop catégoriqueAvec un jugement sûr de bon minéralogiste, il estime que la manière d'annoter les analogies n'est pas une démarche scientifique, mais d'essence philosophique et aristotélicienne. Cette démarche de pensée pousse à pourchasser toute tentative nominaliste et concrète, jugée vulgaire, en éliminant la prise de conscience de la diversité. Elle aboutit à des identifications de plus en plus abstraites.. Il reprend les travaux et affirme en 1845 avoir isolé un métal inconnu de la tantalite, minéral extrait en Bavière, il le nomme « das Pelopium ». Mais les contestations et les difficultés s'accumulent sur ce premier résultat, reconnu pourtant assez vite dans l'Europe savante, et finalement, après avoir prouvé qu'il s'agit d'un mixte, il isole en 1846 et le tantale, das Tantalum déjà connu, et le vieux « columbium » tant décrié et en réalité presque partout oublié, qu'il décide de renommer « das Niobium », pour ne pas ressusciter une stérile polémique. Le nouveau nom choisi dérive de Niobé, l'orgueilleuse fille de Tantale qui devint la pâle inspiratrice païenne des mères pleureuses. Ce choix est dû au fait que le tantale était fréquemment en mélange avec le niobiumLa mythologie et la découverte de la chimie du niobium par Enrico Samarelli, issu de l'article Niobé et le Niobium (Mythologie et chimie), Revue d'histoire de la pharmacie, Numéro 157, Volume 46, Année 1958, pages 287-290.
Cependant, l'antagonisme Ta/Cb, pour nombre de chimistes européens, avait été réglé par les analyses du chimiste anglais Wollaston. Ainsi, la seconde partie du travail de Heinrich Rose demeure nettement moins connue, car nombre de chimistes européens ne contestent plus le prestige du chimiste anglais Wollaston. Ainsi, le chimiste français Henri Victor Regnault distingue encore, dans sa présentation des métaux ayant une « affinité faible avec l'oxygène à température ordinaire » de son ouvrage Éléments de Chimie, le tantale assimilé au colombium — selon la tradition de Wollaston — et le pelopium.
Ainsi, entre l'année 1844 et 1846, l'élément Cb a été redécouvert et dénommé niobium, mais apparemment la prime découverte est le plus souvent passée sous silence et la précédente nomenclature oubliéeIl reviendra à la génération de Friedrich Konrad Beilstein de mettre de l'ordre dans la pléthore d'articles accumulés et dans le fatras de l'enseignement et des traditions de l'art chimique en relation avec la minéralogie, les techniques pratiques… en privilégiant une nomenclature atomique et des fiches précises et potentiellement renouvelables de connaissances des corps définis..
Il faut une réponse de la chimie suédoise aux travaux de Rose. Une préparation réalisée en 1866 par Christian Wilhelm Blomstrand rappelle la difficulté de séparation. Le produit obtenu, l'oxyde de niobium, est jugé par son auteur relativement impur, mais il reconnaît que l'opération de séparation est significative pour confirmer les derniers résultats de Rose, et disqualifier la position de Wollaston. Il poursuit ses études en mettant au point un procédé de réduction classique approprié au laboratoire, réduisant le chlorure de niobium en le chauffant dans une atmosphère balayée par le gaz hydrogène, pour obtenir le métal niobiumChristian Wilhelm Blomstrand, Journal für praktische Chemie, tome 97, 1866, p. 37.
L'édition du Larousse de 1868 mentionne les travaux de Rose, et accepte le « niobium » en français.
Il faut attendre 1907 pour que le niobium pur soit obtenu facilement et garanti de bonne pureté par le chimiste allemand . La même année, ce métal avait trouvé un débouché pour les filaments d'ampoules électriques utilisés avant 1911Le tantale le remplacera dans les filaments d'ampoules en 1911.. Il sert aussi déjà d'« élément renforçateur », en particulier dans les aciers spéciaux. Toutefois, c'est surtout au cours de l'entre-deux guerres que la mutation technique se généralise, il remplace d'abord le tungstène dans les aciers à outils, puis il est utilisé comme additif anti-déchirure et anti-corrosion, notamment dans les aciers inoxydables.
Il faut attendre l'après-guerre en 1946 pour voir naître une métallurgie industrielle du niobium.
Les États-Unis, à l'instar des pays anglo-saxons, ont longtemps utilisé le nom « colombium » (symbole Cb), il est encore fréquent dans les appellations industrielles. Bien que « niobium » soit le nom officiel, on trouve encore « colombium » dans diverses publications. Rappelons qu'en 1950, l'Union internationale de chimie pure et appliquée tranche en adoptant la dénomination niobium Nb, proposant une parenté chimique plus explicite entre Nb et Ta. Ce qui n'empêche pas la plupart des techniciens, industriels et savants américains, conservateurs, de garder la dénomination de columbium.
Lexique L'adjectif niobique caractérise certains composés du niobium, comme l'oxyde anhydre légèrement acide, ou pentaoxyde de niobium, obtenu par action du gaz oxygène sur le niobium. Les ions correspondants sont les niobates.
Le mot niobite désigne aussi le minéral colombite, le plus souvent un niobotantalate de fer et de manganèse.
Isotopes
Le niobium possède 33 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 81 et 113, et 24 isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, un seul est stable, 93Nb, et constitue l'intégralité du niobium naturellement présent, faisant du niobium un élément monoisotopique ainsi qu'un élément mononucléidique. Sa masse atomique standard est donc la masse isotopique de 93Nb, soit .
Occurrences de l'élément, extraction minière et purification vignette|263x263px|Niobophyllite, un inosilicate à teneur non négligeable en oxyde ou oxyfluorure de NbPrésentation du minéral sur Mindat Le clarke s'élève entre et par tonne selon les estimationsAlain Foucault, opus cité.. Il s'agit d'un élément assez moyennement abondant ou relativement rare, si on prend en compte que les gisements sont souvent, comme ceux du tantale, à concentration faible.
La Loparite-(Ce) est un minéral des pegmatites et syénites, ou autres roches à néphéline. Signalons la lueshite.
Il ne se trouve plus qu'à l'état de traces dans la pérovskite. gauche|vignette|172x172px|Octaèdres bruns de pyrochlore de l'Oural