Niobiul (cunoscut și sub precedenta denumire de columbiu) este un element chimic notat cu simbolul Nb și numărul atomic 41. Este un metal de tranziție moale, de culoare gri, ductil, fiind găsit des în mineralele piroclor și în columbit, de unde și fosta denumire de „columbiu”. Numele metalului provine din mitologia greacă, fiind numit după Niobe, fiica lui Tantal. Numele reflectă similaritatea ridicată ale caracteristicilor fizice și chimice ale celor două elemente, fapt ce le face greu de distins.
În anul 1801, chimistul englez Charles Hatchett a descoperit un nou element similar cu tantalul și l-a numit columbiu (notat cu Cb); în 1808, chimistul englez William Hyde Wollaston a concluzionat greșit că tantalul și columbiul sunt identici. Chimistul german Heinrich Rose a determinat în 1846 că minereurile de tantal conțineau un al doilea element, pe care l-a numit niobiu. În 1864 și 1865, o serie de descoperiri științifice au clarificat că niobiul și columbiul erau același element (diferite de tantal), iar pentru un secol ambele nume au fost folosite alternativ. „Niobiu” a fost adoptat ca numele oficial al elementului în 1949, dar numele de columbiu rămâne în utilizarea curentă în metalurgie în Statele Unite.
Niobiul a fost folosit comercial abia la începutul secolului 20. Brazilia este producătorul principal al niobiului și al feroniobiului, (un aliaj al niobiului cu fier ce conține 60-70% niobiu). Niobiul este folosit în special în aliaje, de obicei în oțeluri precum cele utilizate în fabricarea conductelor de gaz. Deși aceste aliaje conțin maxim de 0,1% niobiu, acest procentaj este suficient pentru a crește duritatea oțelului. Stabilitatea termică a superaliajelor ce conțin niobiu justifică utilizarea sa în motoarele cu reacție și cele ale rachetelor.
Niobiul este folosit în diverse materiale supraconductibile. Aceste aliaje supraconductibile (care mai conțin și titan și staniu) sunt folosite pe scară largă în magneți supraconductori pentru scannerele IRM. Printre alte utilizări ale niobiului se numără folosirea sa în sudură, industria nucleară, electronică, optică, numismatică și fabricarea de bijuterii. Toxicitatea mică și irizația căpătată prin anodizare a niobiului sunt avantaje particulare daca se face referire la ultimele două utilizări.
Istoric thumb|left|Charles Hatchett a identificat elementul columbiu într-un mineral din Connecticut, SUA.|alt=Oval black and white painting of a man with a prominent shirt collar and necktie
Descoperirea metalului a fost făcută de către chimistul englez Charles Hatchett în anul 1801,See: Charles Hatchett (1802) "An analysis of a mineral substance from North America, containing a metal hitherto unknown", Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 92 : 49–66. depistând un nou element în interiorul unei probe de mineral ce a fost trimisă în Anglia din Connecticut, Statele Unite în 1734 de către John Whintrop F.R.S. (nepotul lui John Whintrop Jr.); mineralul a fost numit columbită și elementul columbiu, după Columbia, numele poetic pentru Statele Unite. Columbiul descoperit de Hatchett era probabil un amestec al noului element cu tantalul.
Ulterior, a existat o confuzie considerabilă în ceea ce privește columbiul (niobiul) și asemănătorul tantal. În 1809, chimistul englez William Hyde Wollaston a comparat oxizii derivați și din columbiu—columbită, având o densitate de 5,918 g/cm3 și pe cei de tantal—tantalită, care aveau peste 8 g/cm3, concluzionând că cei doi oxizi, în ciuda diferențelor de densitate, erau identici; astfel el a păstrat numele de tantal. Concluzia a fost disputată în 1846 de către chimistul german Heinrich Rose, care susținea că erau 2 elemente diferite în proba de tantalită, numindu-i după copii lui Tantal: niobiu (de la Niobe) și pelopiu (de la Pelops). Această confuzie s-a iscat din cauza diferențelor minime între tantal și niobiu. Noile elemente chimice pelopiu, ilmeniu și dianiu erau de fapt identice cu niobiul sau amestecuri ale acestuia cu tantalul.
Diferențele între tantal și niobiu au fost demonstrate irevocabil în 1864 de către Christian Wilhelm Blomstrand, Henri Etienne Sainte-Claire Deville, și Louis J. Troost, care au determinat formulele unora dintre compuși în 1865 și în final de chimistul elvețian Jean Charles Galissar de Marignac în 1866, cu toții demonstrând că existau doar 2 elemente. Articole despre ilmeniu au continuat să apară până în 1871.
De Marignac a fost primul care a preparat metalul în 1864, când a redus clorura de niobiu încălzind-o într-o atmosferă de hidrogen. Deși Marignac putea produce niobiu care nu conținea tantal pe scară largă în 1866, abia la începutul secolului 20 niobiul a început să fie folosit comercial, în filamentele lămpilor incandescente - prima aplicație comercială. Aceasta a devenit rapid nefolositoare odată cu înlocuirea niobiului cu tungstenul, care are o temperatură de topire mai ridicată, fiind astfel preferabil pentru folosirea în lămpile incandescente. În 1920 s-a descoperit că niobiul crește duritatea oțelului, astăzi aceasta rămânând utilizarea principală. În 1961 fizicianul american Eugene Kunzler și colegii săi de la Bell Labs au descoperit că aliajul de niobiu-staniu continuă să fie supraconductibil în prezența curenților electrici puternici și a câmpurilor magnetice,Geballe et al. (1993) raportează punctul critic al curenților ca fiind la 150 kiloamperi și cel al câmpurilor magnetice la 8.8 tesla. făcându-l primul material descoperit care suportă intensitățile ridicate și câmpurile necesare pentru magneți de mare putere și utilaje electrice. Această descoperire va permite - 2 decenii mai târziu - producția de bobine alcătuite din cabluri multifilare pentru a crea electromagneți mari și puternici pentru uzul în aparatura rotativă, acceleratoarele de particule și detectoarele de particule. Nomenclatură right|thumb|110px|Fotografie a unei sculpturi de Giorgio Sommer elene ce reprezintă zeița Niobe|alt=Black and white image of a marmor sculpture of a bowing woman with a child nestling in her lap Columbiu (simbol Cb) a fost numele original dat acestui element de către Hatchett, el rămânând în uz în publicațiile americane - ultimul articol publicat de Societatea Americană de Chimie având columbiu în cuprinsul său datează din 1953 - în timp ce niobiu era folosit în Europa. Pentru a pune capăt acestei confuzii, numele niobiu a fost ales pentru elementul cu numărul 41 la a 15-a Conferință a Uniunii Chimiei în Amsterdam în 1949. Un an mai târziu, acest nume a fost oficial adoptat de Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) după 100 de ani de controverse, în ciuda precedenței cronologice a numelui columbiu. Ultimul nume este încă folosit, uneori, în industria SUA. Acesta a fost un fel de compromis; IUPAC a acceptat tungsten în loc de wolfram, numele folosit în America de Nord; și niobiu în loc de columbiu, numele folosit de europeni. În timp ce multe societăți chimice americane și organizații guvernamentale folosesc, de obicei, numele oficial IUPAC, unii metalurgiști și societăți metalurgice încă folosesc numele original al elementului, columbiu.
Structură atomică thumb|150px|left|Atomul de niobiu, ilustrat pe baza configurației sale electronice Structura atomului de niobiu este determinată de numărul nucleonilor din nucleul atomic, astfel că pentru izotopul său natural, 93Nb, niobiul are 41 de protoni și 52 de neutroni. Numărul neutronilor poate varia în funcție de izotop. Raza atomică medie este de 1.47Å,Extractive Metallurgy of Niobium De C. K. Gupta,A. K. Suri, pagina 5, raza ionică e de 0.07Å,Oxide Semiconductors for Solar Energy Conversion: Titanium Dioxide De Janusz Nowotny, pagina 308 iar volumul molar al niobiului este de 10.84.3/molEncyclopedia of the Elements: Technical Data - History - Processing ..., de Per Enghag, pagina 551 Raza covalentă este de 1.34Å.Rajni Garg, Randhir Singh, Inorganic Chemistry, Cuprins
Configurația electronică a niobiului este 4d35s2, iar cea mai comună și importantă stare de oxidare este +5.
Niobiul este un element monoizotopic, cu toate ca acțiunile de cercetare ale radionuclizilor originati de la formarea Sistemului Solar au condus spre izotopii 92Nb, 94Nb si 95Nb; abundenta relativa ale acestor izotopi este foarte mica Extractive Metallurgy of Niobium De C. K. Gupta,A. K. Suri, pagina 4 ; singurul său izotop stabil este 93Nb.
Din 2003, cel puțin 32 de radioizotopi au fost sintetizați, masa lor atomică variind între 81 și 113. Cel mai stabil dintre aceștia este 92Nb , având un timp de înjumătățire de 34,7 milioane de ani. Unul dintre cei mai puțin stabili este 113Nb cu un timp de înjumătățire estimat la 30 de milisecunde. Izotopii care sunt mai ușori decât 93Nb tind să se dezintegreze prin dezintegrare beta (β+), iar cei care sunt mai grei tind să se dezintegreze prin β-, cu unele excepții. 81Nb, 82Nb, și 84Nb au căi de dezintegrare prin emisie de protoni întârziate de β+, 91Nb se dezintegrează prin captura de electroni și emisia de pozitroni, iar 92Nb se dezintegrează și prin dezintegrare β+ și β-.
Cel puțin 25 de izomeri nucleari au fost descriși, masa lor atomică variind între 84 și 104. În acest interval, doar 96Nb, 101Nb, și 103Nb nu au izomeri. Cel mai stabil izomer al niobiului este 93mNb, cu un timp de înjumătățire de 16,13 ani. Cel mai puțin stabil izomer este 84mNb, cu un timp de înjumătățire de doar 103 ns. Toți izomerii niobiului se dezintegrează prin tranziție izomerică sau dezintegrare beta, excepție făcând 92m1Nb, care are un lanț de dezintegrare prin captură de electroni minor.
Proprietăți Proprietăți fizice Niobiul este un metal lucios, gri, ductil, paramagnetic din grupa 5 a tabelului periodic (vezi tabelul), deși are o configurație atipică în ultimul său nivel energetic în comparație cu restul membrilor grupei. Acest lucru poate fi observat în vecinătatea ruteniului (44), rodiului (45) și a paladiului (46).
Z Element Nr. de electroni/nivel 23 vanadiu 2, 8, 11, 2 41 niobiu 2, 8, 18, 12, 1 73 tantal 2, 8, 18, 32, 11, 2 105 dubniu 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 (prezis)
Prezintă un punct înalt de topire (2468 °C), care este depășit doar de 6 elemente: carbon, tungsten, reniu, tantal, osmiu și molibden,C. K. Gupta, A. K. Suri. Extractive Metallurgy of Niobium. Pag 4. iar punctul de fierbere este de 5127 °C.Ross W. Moshier. Analytical Chemistry of Niobium and Tantalum: International Series of .... Pag. 11.
Deși se crede că are o structură cristalină cubică centrată intern de la zero absolut până la punctul de topire, măsurători cu rezoluție înaltă a expansiunii termale de-a lungul celor trei axe cristalografice arată prezența unor anizotropi inconsistenți cu structura cubică. De aceea, probabil vor exista studii suplimentare în această arie.
Niobiul devine un supraconductor la temperaturi criogenice. La presiunea atmosferică, are cea mai ridicată temperatură critică dintre supraconductorii elementari: 9,2 K. Niobiul are cea mai mare adâncime de penetrație magnetică a oricărui element. În plus, este unul din cei trei supraconductori elementari de tip II, împreună cu vanadiul și technețiul. Proprietățile supraconductive depind mult de puritatea niobiului. Când e foarte pur, e moale și ductil, impuritățile făcând-ul mai rigid.
Metalul are o secțiune eficace pentru neutronii termali mică; de aceea e folosit în industria nucleară.
Proprietăți chimice Niobiul prezintă un caracter chimic extrem de complex: elementul în sine prezintă proprietăți metalice, pentoxidul sau este acid, în timp ce alți compuși de valență mai scăzută prezintă, de regulă, un caracter bazicExtractive Metallurgy of Niobium, de C. K. Gupta,A. K. Suri, pagina 5.