ニオブ 性質

ニオブ

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性質

物理的な特徴

ニオブは光沢のある灰色で、展延性があり、常磁性を持った周期表第5族に属する金属であり、最外殻電子の配置は第5族としては変則的なものである(これは周期表上近傍にあるルテニウム (44)、ロジウム (45)、パラジウム (46) などに共通である)。

Z 元素 殻ごとの電子
23 バナジウム 2, 8, 11, 2
41 ニオブ 2, 8, 18, 12, 1
73 タンタル 2, 8, 18, 32, 11, 2
105 ドブニウム 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2

絶対零度から融点まで、体心立方格子構造を取ると考えられているものの、3結晶軸に沿った熱膨張の高解像度測定によれば、立方構造とは矛盾する異方性があることを明らかにしている[28]。そのため、この分野でのさらなる研究と発見が期待されている。

ニオブはごく低温において超伝導になる。大気圧では、元素の超伝導体としては最も高い臨界温度である9.2ケルビンで超伝導となる[29]。ニオブは全ての元素の中で最大の磁場侵入長を持つ[29]。これに加えて、バナジウムおよびテクネチウムと並んで、3つだけ存在する元素の第二種超伝導体でもある。超伝導特性は、金属ニオブの純粋度に強く依存している[30]

非常に純度が高い金属ニオブは比較的柔らかく展延性があるが、不純物の存在により硬くなる[31]

金属ニオブは、熱中性子の捕獲断面積が小さい[32]。そのため原子力産業において、中性子に透過的な構造が必要な場合に用いられる[33]

化学的な特徴

ニオブは、室温で長期間空気にさらされると、青味がかった色を呈する[34]。元素としては高い融点(摂氏2,468度)を持つにもかかわらず、他の耐火金属に比べると密度が小さい。また、腐食耐性が高く、超伝導特性があり、誘電酸化物層を形成する。

ニオブは、原子番号が1つ小さいジルコニウムに比べるとわずかに陽性度が小さくよりコンパクトであるが、一方重いタンタルと比べると、ランタノイド収縮の結果ほとんど同じ大きさである[31]。結果として、ニオブの化学的特性は、周期表上でニオブの直下にあるタンタルととてもよく似ている[22]。ニオブの腐食耐性はタンタルほど優れているわけではないが、価格が安く豊富に入手可能であることから、化学工場におけるタンクの内張りなど、あまり厳しい要求ではない用途にはニオブが向いている[31]

同位体

地球地殻に含まれるニオブの安定同位体は、93Nbのみである[35]。2003年までに、少なくとも32の放射性同位体が合成されており、その原子量は81から113に及ぶ。放射性同位体の中で最も安定なものは92Nbで、その半減期は3470万年に達する。不安定な同位体としては113Nbがあり、その推定半減期は30ミリ秒である。安定同位体の93Nbより軽い同位体は陽電子放出で崩壊する傾向にあり、安定同位体より重い同位体はベータ崩壊をする傾向にあるが、81Nb、82Nb、84Nbは遅延陽子放出の崩壊系列を持ち、91Nbは電子捕獲と陽電子放出し、92Nbは陽電子放出とベータ崩壊の両方の崩壊をするという例外がある[35]

少なくとも25種類の核異性体が確認されており、その原子量は84から104に及ぶ。この範囲で、96Nb、101Nb、103Nbは核異性体を持たない。ニオブの核異性体の中で最も安定なものは93mNbで、半減期16.13年を持つ。最も不安定な核異性体は84mNbで、半減期103ナノ秒を持つ。ニオブの核異性体は全て核異性体転移またはベータ崩壊で崩壊するが、例外として92m1Nbは電子捕獲という系列を持つ[35]


注釈

  1. ^ Geballe et al. (1993) によれば、臨界電流は150キロアンペア臨界磁束は8.8テスラに達するという。
  2. ^ "-Fe"はマンガンなど他の元素に対してが多く含まれていることを示すレビンソンのサフィックス[48]

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