Niob
Obsah boxu
Niob (chemická značka Nb, latinsky Niobium) je chemický prvek s protonovým číslem 41. Jedná se o lesklý, šedý, kujný přechodný kov, který je velmi odolný vůči korozi a má vysokou teplotu tání. V minulosti byl známý také pod názvem kolumbium (značka Cb), který se dodnes občas používá v americké metalurgii. Díky svým unikátním vlastnostem, zejména schopnosti výrazně zvyšovat pevnost oceli a supravodivosti při nízkých teplotách, je niob strategickým materiálem pro letecký, energetický a zdravotnický průmysl.
⏳ Historie
Objev niobu je příběhem zmatků a rivality trvajícím téměř půl století. V roce 1801 anglický chemik Charles Hatchett analyzoval vzorek minerálu z Connecticuttu, který byl do Britského muzea zaslán více než sto let předtím. V tomto minerálu, který pojmenoval columbit, identifikoval nový prvek a nazval jej kolumbium na počest Kryštofa Kolumba, objevitele Ameriky.
O rok později, v roce 1802, švédský chemik Anders Gustaf Ekeberg objevil prvek tantal. Vzhledem k velké chemické podobnosti kolumbia a tantalu panovalo dlouho přesvědčení, že jde o jeden a tentýž prvek. Až v roce 1846 německý chemik Heinrich Rose definitivně prokázal, že columbit a tantal obsahují dva různé prvky. Prvek objevený Hatchettem pojmenoval niob podle Niobé, dcery mytologického krále Tantala, čímž zdůraznil jeho blízkou podobnost s tantalem.
Spor o název trval dalších sto let. Zatímco v Evropě se ujal název niob, v USA se nadále preferovalo kolumbium. Teprve v roce 1949 Mezinárodní unie pro čistou a užitou chemii (IUPAC) oficiálně přijala název niob jako definitivní, ačkoliv název kolumbium se v některých metalurgických kontextech v USA používá dodnes. Čistý kov se podařilo izolovat až v roce 1864 Christianu Blomstrandovi redukcí chloridu niobičného vodíkem.
⚛️ Fyzikální vlastnosti
Niob je lesklý, stříbřitě šedý kov, který na vzduchu získává namodralý nádech v důsledku tvorby pasivační vrstvy oxidu. Je velmi kujný a tažný, což umožňuje jeho snadné zpracování za studena. S hustotou 8,57 g/cm³ patří mezi středně těžké kovy, podobně jako měď nebo nikl.
Jednou z jeho nejvýznamnějších vlastností je extrémně vysoká teplota tání, která činí 2477 °C, a ještě vyšší teplota varu 4744 °C. Díky tomu si zachovává pevnost i při velmi vysokých teplotách, což je klíčové pro jeho využití v superslitinách.
Nejpozoruhodnější vlastností niobu je jeho supravodivost. Při ochlazení pod kritickou teplotu 9,2 K (−263,95 °C) ztrácí veškerý elektrický odpor a stává se dokonalým vodičem. Je to prvek s nejvyšší kritickou teplotou ze všech supravodičů 1. typu. Tato vlastnost je základem pro výrobu supravodivých magnetů. Niob je také paramagnetický.
🧪 Chemické vlastnosti
Chemicky je niob velmi podobný tantalu, který se nachází pod ním v periodické tabulce. Jeho nejběžnějším a nejstabilnějším oxidačním stavem je +5. Klíčovou vlastností je jeho vynikající odolnost vůči korozi. Při pokojové teplotě je na vzduchu chráněn tenkou, ale velmi hustou a stabilní vrstvou oxidu niobičného (Nb₂O₅), která ho chrání před působením většiny kyselin, včetně kyseliny sírové, dusičné a chlorovodíkové.
Odolává dokonce i lučavce královské. Jedinou kyselinou, která ho za běžných podmínek dokáže rozpustit, je kyselina fluorovodíková (HF), případně její směsi. Při vysokých teplotách se však stává reaktivnějším a reaguje s většinou nekovů, jako jsou halogeny, uhlík, dusík nebo síra. S kyslíkem reaguje za vzniku oxidů až při teplotách nad 200 °C.
🌍 Výskyt a těžba
Niob se v zemské kůře vyskytuje relativně zřídka, jeho průměrný obsah se odhaduje na přibližně 20 ppm (parts per million), což je srovnatelné s výskytem lithia nebo olova. Nenalézá se v čisté, ryzí formě, ale vždy ve sloučeninách, nejčastěji v minerálech pyrochlor a columbit (také známý jako niobit-tantalit).
Globální těžba niobu je geograficky extrémně koncentrovaná. Přes 85 % světové produkce pochází z jediného masivního ložiska v Araxá ve státě Minas Gerais v 
. Toto ložisko provozuje společnost CBMM (Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração). Druhým největším světovým producentem je 
s doly v Québecu. Tato dominance dvou zemí činí z niobu strategickou surovinu s geopolitickým významem.
Malá množství se těží také v dalších zemích, jako je Rusko nebo Nigérie, ale jejich produkce je v globálním měřítku zanedbatelná. Celková světová produkce se v roce 2025 odhaduje na více než 100 000 tun ročně, přičemž poptávka neustále roste s rozvojem nových technologií.
⚙️ Výroba
Výroba niobu z rudy je komplexní vícestupňový proces. Primárním produktem, který tvoří asi 90 % veškeré produkce, je slitina zvaná ferroniob (FeNb), která obsahuje přibližně 60-70 % niobu a zbytek tvoří železo. Ferroniob se vyrábí aluminotermickou redukcí oxidu niobičného za přítomnosti oxidu železitého. Tento proces je energeticky náročný, ale efektivní pro výrobu přísady do oceli.
Pro aplikace vyžadující vysokou čistotu, jako jsou supravodiče nebo superslitiny, se musí niob dále rafinovat. To se obvykle provádí pomocí metod jako je tavení elektronovým paprskem ve vysokém vakuu. Tento proces umožňuje odstranit nečistoty a získat kov o čistotě až 99,99 %. Alternativně se používá redukce fluoridových solí sodíkem. Vzhledem k vysoké reaktivitě niobu při vysokých teplotách musí všechny tyto procesy probíhat v inertní atmosféře nebo ve vakuu.
💡 Využití
Využití niobu je široké a zaměřené na high-tech odvětví. Jeho vlastnosti umožňují vytvářet materiály s mimořádnou pevností, teplotní odolností a unikátními elektromagnetickými vlastnostmi.
Ocelářství a superslitiny
Největší část (cca 80-90 %) světové produkce niobu se spotřebuje v ocelářství jako mikrolegovací prvek. Přidáním pouhých 0,1 % niobu do oceli se dramaticky zvyšuje její pevnost, houževnatost a svařitelnost. Tyto vysoce pevné nízkolegované oceli (HSLA) se používají na stavbu ropovodů a plynovodů, mostů, mrakodrapů, a v automobilovém průmyslu pro výrobu lehčích a bezpečnějších karoserií.
Niob je také klíčovou složkou niklových, kobaltových a železných superslitin. Tyto materiály si zachovávají mechanickou pevnost i při extrémních teplotách. Používají se proto v nejnáročnějších částech proudových motorů, v plynových turbínách pro elektrárny a v raketových motorech. Příkladem je slitina Inconel 718, která obsahuje až 5 % niobu.
Supravodiče
Díky své supravodivosti je niob nepostradatelný pro výrobu supravodivých magnetů. Slitina niobu a titanu (Nb-Ti) je nejběžněji používaným supravodivým materiálem pro magnety ve zdravotnických přístrojích pro magnetickou rezonanci (MRI). Tyto magnety vytvářejí silná a stabilní magnetická pole nezbytná pro detailní zobrazení vnitřních orgánů.
Pro ještě silnější magnetická pole, jaká jsou potřeba v částicových urychlovačích jako je Velký hadronový urychlovač (LHC) v CERNu nebo v experimentálních fúzních reaktorech jako ITER, se používá slitina niobu a cínu (Nb₃Sn). Tyto technologie posouvají hranice základního fyzikálního výzkumu a vývoje čisté energie.
Optika a elektronika
Oxid niobičný (Nb₂O₅) má vysoký index lomu a je transparentní pro viditelné světlo. Díky tomu se používá k výrobě vysoce kvalitních čoček pro brýle a fotoaparáty. Tenčí a lehčí čočky s niobičnými vrstvami poskytují lepší optické vlastnosti.
V elektronice se niobové a niobičnanové kondenzátory používají jako spolehlivá a stabilní alternativa k tantalovým kondenzátorům. Dále se niobičnan lithný (LiNbO₃) používá v mobilních telefonech a optických komunikacích pro výrobu filtrů s povrchovou akustickou vlnou (SAW), které jsou klíčové pro zpracování signálu.
Další využití
- Zdravotnictví: Niob je hypoalergenní a biokompatibilní, což znamená, že nereaguje s lidským tělem. Používá se proto na výrobu implantátů, jako jsou kardiostimulátory a kloubní náhrady.
- Šperkařství: Anodizací niobu lze na jeho povrchu vytvořit tenkou vrstvu oxidu, která v závislosti na své tloušťce interferencí světla vytváří širokou škálu duhových barev bez použití barviv.
- Numismatika: Některé země, jako
a 
, vydávají sběratelské bimetalové mince, kde je vnitřní část vyrobena z barevného anodizovaného niobu.
📈 Ekonomika a trh
Globální trh s niobem v roce 2025 dosahuje hodnoty přibližně 3,8 miliardy USD a očekává se jeho další růst. Hlavním motorem poptávky je rostoucí výroba vysoce kvalitní oceli pro infrastrukturní projekty a automobilový průmysl, stejně jako poptávka z leteckého a kosmického sektoru.
Cena ferroniobu se pohybuje v rozmezí 45–55 USD za kilogram, zatímco cena vysoce čistého niobu pro supravodiče a superslitiny je mnohonásobně vyšší. Trh je silně ovlivňován brazilskou společností CBMM, která díky kontrole nad největším a nejkvalitnějším ložiskem na světě funguje jako cenový tvůrce a stabilizátor trhu. Tato koncentrace výroby představuje pro globální dodavatelské řetězce určité riziko, což vede k zařazení niobu na seznam kritických surovin v 
i 
.
🔬 Budoucnost a výzkum
Výzkum se zaměřuje na nové aplikace niobu, které by mohly dále rozšířit jeho význam. Velký potenciál se ukazuje v oblasti skladování energie. Oxidy niobu se testují jako anody pro lithium-iontové baterie, kde slibují dramatické zkrácení doby nabíjení (až na několik minut) a prodloužení životnosti.
Další perspektivní oblastí je kvantové počítání, kde se supravodivé obvody na bázi niobu používají k výrobě qubitů, základních stavebních kamenů kvantových počítačů. V katalýze se zkoumají niobové sloučeniny pro efektivnější chemické procesy, například při výrobě biopaliv a plastů z obnovitelných zdrojů. Vývoj nových niobových superslitin pro 3D tisk by mohl způsobit revoluci ve výrobě komplexních a lehkých komponent pro letecký průmysl.
⚛️ Pro laiky
Představte si niob jako "supervitamín" pro kovy, zejména pro ocel. Když do roztavené oceli přidáte jen špetku niobu (asi tolik jako lžičku cukru do vany plné vody), ocel se stane neuvěřitelně pevnou a odolnou. Díky tomu mohou inženýři stavět vyšší mrakodrapy, delší mosty a vyrábět lehčí a bezpečnější auta, protože na stejnou pevnost potřebují méně materiálu.
Další "superschopností" niobu je, že když ho ochladíte na extrémně nízkou teplotu (blízko absolutní nule), stane se z něj supravodič. To znamená, že jím elektrický proud prochází bez jakéhokoliv odporu a ztrát. Této vlastnosti se využívá k výrobě extrémně silných elektromagnetů. Právě takové magnety jsou srdcem přístrojů pro magnetickou rezonanci (MRI) v nemocnicích, které lékařům umožňují vidět dovnitř lidského těla bez operace. Takže když jdete na "magnet", vděčíte za to právě niobu.
⚔️ Bezpečnost a toxicita
Niob v pevné formě je považován za netoxický a biologicky inertní. Nereaguje s tělesnými tekutinami a nevyvolává alergické reakce, což z něj činí ideální materiál pro lékařské implantáty. Prach z niobu a jeho sloučenin může při vdechnutí dráždit oči a dýchací cesty, proto je při průmyslovém zpracování nutné dodržovat bezpečnostní opatření. Nejsou známy žádné negativní dopady niobu na životní prostředí a nehraje žádnou známou biologickou roli v živých organismech.