니오븀 원소의 성질과 이용

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니오븀(나이오븀 Niobium, Nb)

원소의 성질과 이용

  

󰋯  원자번호：41

󰋯  족：5족(5주기) 전이(금속)원소

󰋯  원자량：92.906

󰋯  밀도：8.57 g·cm^-3

󰋯  각 전자궤도의 전자 수：2, 8, 18, 12, 1

󰋯  녹는 온도：2,477℃ / 󰋯  끓는 온도：4,744℃

 

니오븀은 회색 강철처럼 보이지만 무른 금속으로 전이원소에 속한다. 이 원소는 철과 망간을 함유한 콜럼바이트(columbite)라는 암석 속에서 주로 발견된다. 니오븀은 공기 중에서 산소와 빠르게 결합하여 부식을 방지해주는 보호피막을 형성한다. 니오븀은 화학적 성질이 탄탈럼(Ta)과 비슷한데다, 두 원소는 항상 함께 존재하고 있어 서로 순수한 상태로 분리하기가 어렵다.

 

니오븀은 영국의 화학자 해치트(Charles Hatchett 1765-1847)가 1801년에 콜럼바이트에서 발견했다. 발견 후 한동안 탄탈럼과 구별하지 못하고 ‘콜럼븀’이라 부르는 등 혼란이 있었다. 니오븀이란 명칭은 그리스 신화에 나오는 탄탈루스 신의 딸 이름인 니오베(Niobe)에서 따온 것이다.

 

니오븀은 고온초전도체(39번 이트륨 참조) 개발 역사에서 중요한 원소의 하나이다. 뮐러와 베드노르츠는 니오븀과 게르마늄의 화합물이 절대온도 23.2도(23.2K) 이하에서 초전도체가 된다는 것을 처음 알게 되었다. 오늘날 신체 진단에 사용하는 핵자기공명단층촬영장치(NMRI, MRI)는 니오븀과 티타늄 및 주석(Sn)을 합금한 고온초전도체를 이용한다.

 

 

MRI에서 발생하는 강력한 자력은 뇌, 근육, 심장, 암조직 등 인체를 구성하는 물질의 자장을 변화시키게 되고, 이를 정밀한 계측기로 검사함으로써 조직의 모습을 컴퓨터로 분석한다. 만일 MRI에 초전도체를 사용하지 않는다면, 강력한 자장을 얻는데 전력 소모가 극심할 뿐만 아니라, 장치가 과열(過熱)되어 타버리고 만다. NMRI는 Nuclear Magnetic Resonance Imaging의 약자이다.

 

 

 

니오븀 합금으로 만든 관은 강도나 내열성이 우수하여 원자로 건설에 이용된다. 

 

니오븀은 녹는 온도가 매우 높기 때문에 고온에 대한 내성(耐性)이 필요한 특별한 합금 제조에 쓰인다. 예를 들어 ‘인코넬(inconel) 718’이라는 합금은 약 50%의 니켈에 크로뮴 18.6%, 철 18.5%, 니오븀 5%, 몰리브데넘 3.1%, 티타늄 0.9%, 알루미늄 0.4%를 혼합한 것이다. 강도가 뛰어난 이 합금은 원자로, 우주선, 로켓 엔진, 초음속비행기의 동체 제조에 쓰인다.

 

 

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