150 Jahre der Erforschung haben die „Legende vom Goldberühren“ geschaffen: Niob (ní) ist wirklich erstaunlich!

Die Chinesische Akademie der Wissenschaften und das Qinghai Institute of Geological Survey gaben kürzlich eine bedeutende Entdeckung bekannt: die Nioblagerstätte Dagele. Bei dieser Lagerstätte handelt es sich um ein Niob-Seltenerd-Erz, das neben einem alkalischen Gesteins-Karbonat-Komplex vorkommt. Diese Entdeckung demonstriert nicht nur die herausragende Stärke der chinesischen Geowissenschaften und bietet eine Gelegenheit, den Engpass der „schwierigen Gewinnung und Nutzung“ der vorhandenen Niobressourcen Chinas zu überwinden, sondern ermöglicht uns auch ein tieferes Verständnis eines magischen Übergangsmetallelements – Niob .

Wenig bekannt ist, dass es mehr als 150 Jahre dauerte, bis das Element Niob entdeckt wurde. Heute wird es häufig in Supraleitern, Hochtemperaturlegierungen, zur Verbesserung der Stahleigenschaften, in der Nuklearindustrie usw. verwendet und verwandelt Niob tatsächlich in Gold.

TEIL.01 Ein halbes Jahrhundert Kontroverse um Columbit und Tantal

„Dieser Typ ist zu stur. Ich habe mehr als zehnmal versucht, es wiederherzustellen, aber ich bekomme immer noch nicht das einzelne Element!“

Eines Tages im Frühherbst 1801, im Labor einer Schule am Stadtrand von London, England. Der Chemiker Charles Hatchett war beunruhigt über die schwarzen kubischen Kristalle in der Reagenzflasche. Die Kristalle bestehen aus einem unbekannten Metalloxid, das aus einem Museumserz stammt.

Als Hatchett vor einer Woche das British Museum besuchte, war er fasziniert von dem exquisiten Mineral mit den schwarzen und goldenen Streifen in der Vitrine. Der Kurator sagte, dass dies dem Museum vom Enkel des Gouverneurs von Connecticut, USA, gespendet wurde. Hatchett, der sich der Mineralienforschung widmete, bat um einige Proben und brachte sie zur chemischen Analyse ins Schullabor. Nach vielen Experimenten trennte er mehr als 10 Elemente, darunter Mangan und Eisen, und erhielt schwarze Metalloxide.

Hatchett probierte verschiedene Methoden aus, doch es gelang ihm immer noch nicht, das unbekannte Metalloxid in seine elementare Form zu reduzieren. Er verglich diese Substanz sorgfältig mit allen damals bekannten Metalloxiden und stellte überrascht fest, dass keines davon mit ihr übereinstimmte.

Nach unzähligen Experimenten und Überprüfungen bestätigte Hatchett schließlich, dass dieses unbekannte Metalloxid ein völlig neues Element enthielt. Zum Gedenken an Kolumbus, den Entdecker Amerikas, nannte er das neue Element Columbium, kurz Cb. Einige Jahre später, als sich westliches Wissen im Osten verbreitete, übersetzten Wissenschaftler der späten Qing-Dynastie dieses Metall als „Säule“.

Charles Hatchett

Das frühe 19. Jahrhundert war im Westen eine Ära großer wissenschaftlicher Explosionen, in der Wissenschaftler bei der Entdeckung neuer Elemente gegeneinander antraten.

Im zweiten Jahr nach Hatchetts Entdeckung des Niobs veröffentlichte der schwedische Chemiker Ekberg eine Arbeit, in der er behauptete, er habe aus dem in Finnland gewonnenen Erz ein neues Metallelement isoliert. Aufgrund seiner extrem starken Korrosionsbeständigkeit wurde es nach dem Helden Tantalus in der griechischen Mythologie Tantal genannt, abgekürzt Ta, was im Chinesischen mit „Tantal“ übersetzt wird.

Nach dem Vergleich der Arbeiten von Hatchett und Ekberg stellte die wissenschaftliche Gemeinschaft fest, dass die Eigenschaften von Niob und Tantal auffallende Ähnlichkeiten aufwiesen. Dies löste unter Chemikern eine hitzige Debatte darüber aus, ob Columbit und Tantal dasselbe Metall seien, wobei es erhebliche Meinungsverschiedenheiten gab.

Im Laufe der folgenden Jahrzehnte wurde von der Entdeckung neuer Elemente berichtet, deren Eigenschaften denen von Niob und Tantal ähnelten, und diese erhielten eine Vielzahl neuer Namen. Nach sorgfältiger anschließender Überprüfung wurde jedoch schließlich bestätigt, dass es sich bei diesen sogenannten „neuen Elementen“ entweder um Niob oder Tantal handelte.

Im Jahr 1844 führte der deutsche Chemiker Ross eingehende Untersuchungen an einem Erz aus Bodenmais durch und konnte daraus erfolgreich zwei Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften trennen. Nach sorgfältiger Identifizierung bestätigte Ross, dass es sich bei einem davon um das bekannte Element Tantal handelte, während es sich bei dem anderen um ein völlig neues Element handelte.

Zur Erinnerung an diese Entdeckung nannte Ross es Niobium, abgekürzt „Nb“, was im Chinesischen mit „Niob“ übersetzt wird. Die Wurzel dieses Namens liegt im Namen von Tantalus‘ Tochter Niobe , was bedeutet, dass dieses neue Element so wertvoll und einzigartig wie ein Mythos ist.

Niobmetall

Ob es sich bei „Niob“ und „Columbium“ um dasselbe Element handelt, war damals noch nicht eindeutig geklärt. In den folgenden Jahrzehnten beschäftigten sich westliche Wissenschaftler eingehend mit der Erforschung von Niob, Tantal und Niob und arbeiteten gleichzeitig an der Reduktion von Nioboxiden. Diese Reihe von Untersuchungen und Kontroversen sorgte für eine äußerst lebhafte Atmosphäre in der damaligen wissenschaftlichen Gemeinschaft, wobei nacheinander verschiedene Standpunkte und Experimente aufkamen.

TEIL.02 Hundert Jahre Reinigung und Benennung

Seit Ross das neue Element Niob entdeckte und benannte, war der Schweizer Wissenschaftler Marinac der erste, dem ein Durchbruch gelang.

Im Jahr 1866 erfand Malinek nach wiederholten Experimenten die „Methode der fraktionierten Kristallisation“, um Tantal und Niob effektiv zu trennen. Die spezifischen Arbeitsschritte dieser Methode sind wie folgt: Zuerst werden die Tantal und Niob enthaltenden Oxide chemisch mit Fluoriden umgesetzt, um Tantalfluorid und Niobfluorid zu erhalten, und dann werden Tantalfluorid und Niobfluorid jeweils in Fluorwasserstoff eingeführt, um elementares Tantal mit hoher Dichte und elementares Niob mit niedriger Dichte zu erhalten.

Malinak verglich darüber hinaus elementares Niob mit dem zuvor hergestellten Niob und führte eine eingehende Analyse sowohl der physikalischen als auch der chemischen Eigenschaften durch. Er war überrascht, als er feststellte, dass es sich tatsächlich um dasselbe Element handelte.

Bei der Namensgebung hat er sorgfältig nachgedacht. Da der lateinische Name von Tantal (Tantalus) von Tantalus, dem Sohn des Zeus in der Mythologie, stammt, hielt er es für logischer und kulturell sinnvoller, das neue Element nach Tantalus‘ Tochter Niobe „Niob“ zu benennen.

Obwohl Malinaks Namensvorschlag von der europäischen Wissenschaftsgemeinschaft unterstützt wurde, stieß er in der amerikanischen Wissenschaftsgemeinschaft auf starken Widerstand. Dafür gibt es zwei Gründe: Erstens wurde „钶“ schon früh benannt, daher war es sinnvoll, es so zu benennen; zweitens diente „钶“ hauptsächlich der Erinnerung an Kolumbus. Als erster Entdecker des amerikanischen Kontinents wurde Kolumbus von den Amerikanern stets respektiert.

Jede Seite hat ihre eigene Meinung und macht ihr eigenes Ding. In Mitteilungen und offiziellen Dokumenten sprachen sich die Europäer entschieden für „Niob“ aus, während die Amerikaner entschieden für „Columbium“ sprachen.

Diese Situation dauerte fast ein Jahrhundert, bis im Jahr 1949 die Internationale Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) eine Sitzung abhielt und eine Entscheidung traf: Der offizielle Name des Elements 41 im Periodensystem ist „Niob“, während „Columbium“ als alter Name beibehalten wird. Dieser langjährige Streit hat endlich ein Ende gefunden.

TEIL.03 Punkte der Goldformation haben breite Anwendung

Wie die Entdeckung und Benennung von Niob durchlief auch die Anwendung von Niob einen relativ langen Prozess.

Niob wurde erstmals im frühen 20. Jahrhundert bei der Herstellung von Glühlampen verwendet. Dieser kurzlebige Versuch wurde jedoch bald durch Wolfram ersetzt, das einen höheren Schmelzpunkt aufweist und sich besser für die Herstellung von Glühlampen eignet. Mehr als 20 Jahre später hat Niob aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaft, die Festigkeit von Stahl zu erhöhen, erneut die Aufmerksamkeit der Menschen auf sich gezogen, was wiederum zu seiner weitverbreiteten Anwendung in der Stahlindustrie geführt hat. Mehr als 20 Jahre später wurden bei der Anwendung von Tantal-Niob-Hochtemperaturlegierungen erhebliche Fortschritte erzielt.

**Mit dem Beginn des neuen Jahrhunderts hat Niob wie ein glänzender goldener Schlüssel die Tür zum Fortschritt geöffnet. **Da die physikalischen und chemischen Eigenschaften von metallischem Niob, wie z. B. hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hervorragende Leitfähigkeit usw., weiter untersucht werden, wird es in vielen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, supraleitenden Materialien usw. weithin eingesetzt und hat einen unvorstellbaren Wert für die Welt geschaffen.

Niob wird im industriellen Bereich häufig verwendet und ist als „industrielles MSG“ bekannt . Aufgrund seiner hohen Festigkeit, seines hohen Schmelzpunkts, seiner Korrosionsbeständigkeit und anderer Eigenschaften spielen Niob und seine Verbindungen in vielen Bereichen wie Stahl, Legierungen, Keramik, Elektronik usw. eine wichtige Rolle.

Durch die Zugabe einer kleinen Menge Niob zum Stahl können die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Stahls erheblich verbessert werden. Die am weitesten verbreitete Anwendung in dieser Hinsicht ist der Automobilbereich. Durch die Zugabe von Niob zu Legierungen kann die Hochtemperaturbeständigkeit der Legierung verbessert werden. Auch in den Bereichen Keramik und Elektronik spielen Niobverbindungen eine unersetzliche Rolle.

Durch die Zugabe von Niob weisen Autoteile eine bessere Leistung auf. Quelle: China Mining Network

Noch erstaunlicher ist, dass Niob unter bestimmten Umständen sogar den magischen Effekt haben kann, „alles in Gold zu verwandeln“. In den Bereichen supraleitende Materialien und Katalysatoren kann die Zugabe von Niob die Leistung von Materialien erheblich verbessern und einige scheinbar unmögliche technologische Durchbrüche erzielen.

Beispielsweise kann bei supraleitenden Materialien die Zugabe von Niob die kritische Temperatur von Supraleitern erhöhen, wodurch die Anwendung der Supraleitungstechnologie bei höheren Temperaturen ermöglicht wird. Im Bereich der Katalysatoren können Niobverbindungen als effiziente Katalysatoren wirken, um chemische Reaktionen zu fördern und die Produktionseffizienz zu verbessern.

In der zukünftigen Entwicklung von Wissenschaft und Technologie wird Niob, dessen Entdeckung und Benennung mehr als 150 Jahre zurückliegt, weiterhin eine unersetzliche Rolle spielen und weiter zum Fortschritt der menschlichen Gesellschaft beitragen.

Quellen:

1. „Die Geschichte von Niob als Mikrolegierungselement“, Eröffnungsrede der Internationalen Niob-Konferenz 2001 von Lutz Meyer

2. „Forschung zur Exploration, Entwicklung und Investition globaler Niobressourcen“, Autor Liu Fei, „China Mining“ 2013, Nr. 07

3. „Anwendung und Entwicklung von Niob“, Autor Wang Yongyue, „Ningxia Science and Technology“, Ausgabe 4, 1997

Autor: Wei Deyong, Mitglied der Shenzhen Writers Association, Guangdong

Herausgeber: Dong Xiaoxian