Niyobyum Nedir? (Özellikleri, Kullanımı)

Niyobyum, en dirençli beş metal arasında yer alan ve birçok alaşımda oldukça faydalı işlevleri olan bir metaldir. Kolombiyum, aslında niyobyumdur.

Niyobyum, “kolombiyum” olarak da bilinir. Ancak bilim dünyasındaki adı “niyobyum”dur. Adını, Yunan mitolojisi tanrılarından Tantalos’un kızı Niobe’den alır. Niobe, Zeus tarafından Manisa’daki Spil Dağı’nda kaya parçasına dönüştürülmüş. Spil’deki “ağlayan kaya” aslında Niobe’ymiş. Kayadan sızan sular da Niobe’nin gözyaşları… Adının konulmasından bulunmasına kadar maceralı bir geçmişi olan niyobyum, tantalla aynı cevherde bulunur ve ayrıştırılmaları çok zordur. Metal olarak birçok alaşımda çok önemli işlevler gören niyobyum, geleceğin metalleri arasında gösterilir. En dayanıklı ve dirençli metaller olan beş refrakter metal arasındadır. Niyobyumun hikâyesine bir göz atalım.

Tarihçesi

Niyobyum, 1801 yılında İngiliz kimyager Charles Hatchett tarafından keşfedilmiştir. Hatchett, British Museum’daki Hans Sloane koleksiyonunu incelerken kolumbit minerali dikkatini çekti. Yeni bir metal içerebileceğinden şüphelendi. Bu mineral, Amerika Connecticut eyaletinin ilk valisi John Winthrop tarafından 1734 yılında bulunmuş, daha sonra İngiltere’deki British Museum’a gönderilmiş. Hatchett, yıllarca müzede sergilenen kolumbit cevherinde çalışma yapmaya başladı. Kolumbitten bir örnek alarak potasyum karbonat ile ısıttı. Daha sonra suda çözerek asit ekledi. Elde ettiği çökeltide yeni elementi tespit etti; ancak izole edemedi. Bulduğu yeni elemente, mineralinin kökeni olan Kolombiya’ya atfen “kolombiyum” adını verdi.

1804 yılında İngiliz kimyager ve fizikçi William Hyde Wollaston, kolumbit ve tantalit cevherlerinde tantal dışında bir element olduğunu ve izole edilmesinin çok zor olduğunu teyit etti. Alman kimyager Heinrich Ropse ise, 1844 yılında tantal cevherlerinin ikinci bir element içerdiğini belirledi. Hatchett’ten bağımsız olarak keşfettiği ikinci elemente “niyobyum” adını verdi.

Niyobyumun adıyla ilgili karmaşıklık 100 yıldan fazla sürdü. Avrupa’da “niyobyum” denilen elemente Amerika’da “kolombiyum” deniyordu. 1949 yılında kimyacılar uluslararası bir anlaşma çerçevesinde “niyobyum” adını uygun gördü ve kayıtlara bu adla geçti. Buna rağmen birçok metalürji uzmanı ve metal dernekleri hala “kolombiyum” adını kullanabiliyor.

Niyobyumla ilgili bazı tarihi gelişmeler ise şöyledir;

• 1864 yılında İsveçli bilim adamı Christian Blomstrand, bir hidrojen atmosferinde kolumbiti ısıtarak klorürü indirgedi ve metalik niyobyumu izole etti.
  
• 1865 yılında Deville ve Troost, niyobyum ile kolombiyum elementlerinin aynı element olduğunu ispat etti.
  
• 1905 yılında Werner van Bolton, yüksek saflıkta niyobyum elde etmeyi başardı.
  
• 1925 yılında niyobyum çeliklerde kullanılmaya başlandı.
  
• 1930’lu yıllardan itibaren alaşımlarda kullanılması yaygınlaştı.
  
• 1949 yılında International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), “niyobum” adını kabul etti.
  
• 1954 yılında Kanada Oka’da, 1958 yılında Brezilya Araxa’da niyobyum cevherleri bulundu.
  

“Niyobyum”, kimyasal anlamda benzerlik gösteren tantala adını veren Yunan mitolojisi tanrılarından Tantalos’un kızı Niobe’den esinlenerek türetilen bir kelimedir. Niyobyumun aynı cevherde birlikte bulunduğu tantal elementinin adı da Tantalos’tan esinlenerek verilmiştir. İngilizcesi “niobium”dur.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Niyobyumun kimyasal sembolü “Nb”dir. Atom numarası 41, atom ağırlığı 92,9, yoğunluğu 8,57 grcm3’tür. Erime noktası 2470 derece, kaynama noktası 4927 derecedir. Periyodik element tablosunun 5-B grubunda yer alan bir geçiş metalidir. Oda şartlarında metalik gri ve gümüşî beyaz rengindedir. Kimyasal özellikleri bakımından tantalla benzerlikler gösterir. Saf hali yumuşak ve sünektir. Kırılgandır, dövülebilir. Levha, tabaka ve folyo haline getirilebilir. Parlak bir element olan niyobyum, parlaklığını asla yitirmez. Cilalı ve sert bir metaldir. Görünümü çeliğe benzer, parlatıldığında platini andırır. Yüksek sıcaklıklarda bile korozyona dirençlidir. Gaz emme kabiliyeti yüksektir. Kristal yapısı kübik merkezlidir.

Yüksek sıcaklıklarda oksijen, halojenler, karbon, azot, sülfür ve diğer metallerle reaksiyona girme eğilimindedir. Oda sıcaklığında birçok gazdan etkilenmez, asitlere ve suya karşı inerttir. Nitrik ve hidroflorik asit karışımlarında çözünür. Hava sıcaklığında 200 derecenin üzerinde oksitlenir. 400 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda yükseltgendir. Isıl nötron tepkime kesitinin düşüklüğü bakımından uranyumla benzerlik gösterir. Refrakter metaller arasında en düşük erime noktasına, yoğunluğa ve elastik modülüne; en yüksek termal genleşme katsayısına sahiptir. Yüzeyinde indirgeme derecesine bağlı olarak mavi ve kırmızı arasında değişen renklerde bir dizi renkli oksit tabakası vardır.

Doğada saf halde bulunmaz. Genellikle piroklor, tantalit, kolumbit ve mikrolit minerallerinde bulunur. Ticari olarak genelde piroklor mineralinden elde edilir. Minerallerde tantalla birlikte bulunur ve ayrılması zordur. Doğada en bol bulunan elementler arasında 13. sıradadır. Yerkabuğundaki oranı milyonda 17 civarındadır. Tantaldan yaklaşık 10 kat daha fazla bulunur. Niyobyum, yarılanma ömürleri bilinen, atom kütle numaraları 83 ila 110 arasında değişen 28 adet izotop içerir. Doğada kararlı Nb-93 (% 100) izotopu bulunur.

Kullanım Alanları

Niyobyum, bileşikler ve alaşımları endüstride kullanılmaktadır. Bileşikleri ticari anlamda değerli görülmez. Ancak karbon bileşiği önemli bir maddedir. Beş büyük refrakter metalden biridir. Refrakter metaller, ısınmaya ve yıpranmaya karşı çok yüksek direnç gösterirler. Diğer refrakter metaller; tungsten, molibden, tantal ve renyumdur.

Kalay ve zirkonyumla ile alaşımları süper iletkendir ve elektronik cihazlarda kullanılır. Niyobyum-kalay alaşımları, yüksek direnç sebebiyle kaldırma sistemlerinde ve süper iletken manyetik bobinlerde kullanılmaktadır. Zirkonyum alaşımı, kırılmaya ve korozyona karşı oldukça dirençli bir metal oluşturur. Krom çeliğine sertlik ve dayanıklılık kazandırır. Tane küçültme etkisi sebebiyle mikroalaşımlı çeliklerde önemli bir maddedir. Paslanmaz çeliklerde titanyumla birlikte kullanılır. Nikel temelli yüksek sıcaklık alaşımlarının başlıca elementidir. Demirle alaşımı ferroniyobyum, oldukça dayanıklı bir alaşımdır. Niyobyum oksit, yüksek kırılma indisi, yüksek dielektrik sabiti ve ışık geçirgenliği sebebiyle birçok üründe kullanılır. Niyobyum karbür, yüksek sıcaklık deformasyonunu önleyici ve tane büyümesini engelleyici özelliği sebebiyle aşındırıcı ve kesici aletlerde tercih edilir.

Niyobyum, demir ve nikelle birlikte oluşturulan alaşım ise, jet motorları ve türbin kanatları için süper alaşım özellikleri taşır. Kimyasal bakımdan inertliği, yüzey işlemlerine yatkınlığı ve renklendirme eğilimi sebebiyle takılar, mücevherler ve madeni paralar için uygun bir metaldir. Niyobyum, ampul filamanlarında erime noktası sebebiyle tungstene alternatif olarak kullanılabilen bir metaldir. Kriyojenik (düşük sıcaklık) elektronik cihazlarda faydalanılan bir metaldir.

Niyobyum, bileşikleri ve alaşımlarının kullanıldığı bazı ürün ve alanlar şunlardır; nükleer reaktör çekirdekleri, sıcak baskı kalıpları, vakum tüpleri, paslanmaz çelik, basınçlı gaz boruları, petrol boru hatları, demir yolları, otomotiv parçaları, takım çelikleri, akustik dalga filtreleri, kamera lensleri, bilgisayar ekranı kaplamaları, seramik kapasitörler, kesici takımları, elektronik devreler, kimyasal alet ve ekipmanlar, roketler, füzeler, bina kirişleri, parçacık hızlandırıcılar, süper mıknatıslar, kaynak çubukları…

Bunları Biliyor Musunuz?

• Yunan efsanesine göre, niyobyumun adını aldığı Niobe’nin 14 çocuğu tanrılar tarafından öldürülür. Sebebi, Niobe’nin doğurgan olmakla övünmesi ve gururu. Bunun üzerine ağlayan Niobe’nin acılarını dindirmek isteyen Zeus, Niobe’yi, Manisa’daki Spil Dağı eteklerinde bir kaya parçasında dönüştürür. Spil Dağı eteklerindeki “Ağlayan Kaya” adı verilen bu kaya bu sebeple “Niobe Kayası” olarak da bilinir. Kayadan sızan suyun ise Niobe’nin gözyaşları olduğu söylenir.
  
• Avusturya, 2003 yılından bu yana gümüş-niyobyum alaşımını madeni euro için kullanıyor.
  
• Niyobyum bileşikleri toksik özellikler gösterebilir. Cilt, göz, kemik ve akciğerde hasara yol açabilir.
  
• Dünyada yılda yaklaşık 25 bin ton niyobyum üretilmektedir. Dünyada en büyük niyobyum üretimi Brezilya’da yapılıyor. Dünya niyobyum üretiminin yüzde 85’i bu ülkede gerçekleşiyor.
  
• Niyobyumun rezervlerinin bulunduğu bölgeler; Colorado, Güney Dakoda, Virginia, Kuzey Kaliforniya, Maine, Connecticut, Kanada, Brezilya, Rusya, Güney Afrika, Nijerya, Zaire, Almanya, Avustralya, Norveç ve Madagaskar.
  
• Türkiye’de ticari anlamda önemli niyobyum rezervi bulunmamaktadır.