Élément chimique · fiche de référence

41Nb

Niobium

Le niobium est l’élément 41 (Nb), situé en période 5, groupe 5 et dans le bloc d. À température ambiante, son état de référence est solide. Sa configuration électronique est [Kr] 4d4 5s1.

Numéro atomique41

Poids atomique standard92,90637(1)

Groupe5

Période5

Blocd

Configuration électronique[Kr] 4d4 5s1

Structure électronique

Ce qui gouverne sa chimie

La sous-couche d intervient directement dans la chimie du niobium. Les électrons d et s ont souvent des énergies proches, ce qui favorise plusieurs états d’oxydation, la formation de complexes et, pour de nombreux métaux de transition, des propriétés catalytiques.

La configuration [Kr] 4d4 5s1 doit être lue avec l’état d’oxydation du composé : retirer des électrons modifie l’occupation des orbitales d et peut changer couleur, magnétisme, géométrie de liaison et réactivité.

Formes chimiques

Composés, ions et matériaux

Pour le niobium, les formes chimiques importantes comprennent le métal et ses alliages, ainsi que des oxydes, des halogénures et des complexes de coordination. Plusieurs états d’oxydation sont souvent possibles car les électrons s et d ont des énergies proches ; les ligands autour de l’ion métallique peuvent modifier fortement couleur, magnétisme et réactivité.

Comportement physique

État et changements de phase

À température ambiante, l’état de référence est solide. La masse volumique indiquée est 8,57 g/cm³. Le point de fusion est 2 745 K (2 472 °C). Le point d’ébullition est 5 017 K (4 744 °C). La pression, la pureté et la structure cristalline peuvent modifier les valeurs mesurées.

Présence et applications

Présence, formes et usages

Le niobium est surtout utilisé dans des aciers à haute résistance et des superalliages ; ses composés sont également importants dans certains matériaux supraconducteurs.

Dans la pratique

Exemples d’utilisations concrètes

aimants supraconducteurs

Des supraconducteurs à base de niobium transportent de très forts courants avec une résistance électrique négligeable à température cryogénique.

métallurgie

Le niobium intervient dans l’extraction, le raffinage, l’alliage ou les traitements qui permettent de régler les propriétés des métaux.

acier

Le niobium modifie les propriétés des aciers ou intervient dans la chimie de leur élaboration.

joaillerie

Le niobium est utilisé pour sa couleur, sa résistance à la corrosion, sa rareté, son poli ou les propriétés mécaniques de ses alliages.

Position périodique

Ce que montrent les éléments voisins

Le niobium est en période 5 et dans le groupe 5. Dans le voisinage affiché, il se trouve entre le zirconium et le molybdène sur la même période ; le vanadium est au-dessus et le tantale au-dessous dans le même groupe. Ces positions permettent de comparer le rayon atomique, l’énergie d’ionisation et les modes de liaison avec les éléments proches.

Données de référence

Propriétés physiques et atomiques

Classificationmétal de transition

État à température ambiantesolide

Électrons par couche2 · 8 · 18 · 12 · 1

Masse volumique8,57 g/cm³

Point de fusion2 745 K (2 472 °C)

Point d’ébullition5 017 K (4 744 °C)

Électronégativité de Pauling1,6

Première énergie d’ionisation652,1 kJ/mol

Affinité électronique88,52 kJ/mol

Les valeurs décrivent l’élément ou l’atome neutre lorsque cela s’applique. Les propriétés physiques peuvent dépendre de l’allotrope, de la pression et des conditions de mesure.

Histoire

Découverte et identification

La découverte du niobium est associée à Charles Hatchett. L’identification de l’élément, son isolement sous forme pure et l’attribution ultérieure de son numéro atomique ne correspondent pas nécessairement au même moment historique.

Isotopes et poids atomique

Ce que signifie la valeur du tableau

Le poids atomique standard est 92.90637(1). Cette valeur décrit la composition isotopique de la matière terrestre naturelle ; ce n’est pas la masse d’un atome particulier.

Le niobium possède au moins un isotope stable. Les isotopes ont le même nombre de protons et appartiennent donc au même élément, mais ils diffèrent par leur nombre de neutrons et leur masse atomique.

Précautions

Manipulation et exposition

Les risques associés au niobium dépendent de la forme chimique, de la dose et de la voie d’exposition. Le niobium élémentaire, ses ions et ses composés peuvent avoir des effets biologiques très différents : il faut consulter les données de sécurité de la substance réellement manipulée.