150年に及ぶ探査により「金に触れる伝説」が生まれたニオブ（ní）は本当にすごい！

中国科学院と青海省地質調査所は最近、ダゲレニオブ鉱床という大きな発見を発表した。この鉱床はアルカリ岩-炭酸塩岩複合体と共存するニオブ-希土類鉱石です。この発見は、中国の地質科学の卓越した実力を実証するだけでなく、中国の既存のニオブ資源の「困難な抽出と利用」というボトルネックを打破する機会を提供し、魔法の遷移金属元素であるニオブに対する理解を深めることにもつながります。

あまり知られていないのは、ニオブという元素が発見されるまでに 150 年以上かかったということです。現在、ニオブは超伝導体、高温合金、鋼の特性改善、原子力産業などに広く使用されており、まさにニオブを金に変えています。

PART.01 コロンバイトとタンタルをめぐる半世紀にわたる論争

「この人、頑固すぎる。10回以上修復を試みたけど、まだ1つの要素も得られない！」

1801 年の初秋のある日、イギリスのロンドン郊外にある学校の実験室でのことでした。化学者チャールズ・ハッチェットは、試薬瓶の中に入っていた黒い立方体の結晶に困惑していました。この結晶は博物館の鉱石から採取された未知の金属酸化物です。

1週間前、ハチェット氏は大英博物館を訪れた際、展示ケースに展示されていた黒と金の縞模様の美しい鉱物に魅了された。学芸員によると、これは米国コネチカット州知事の孫から博物館に寄贈されたものだという。鉱物研究に熱心だったハチェットは、いくつかのサンプルを要求し、化学分析のために学校の研究室に持ち帰りました。彼は多くの実験を経て、マンガンや鉄を含む10種類以上の元素を分離し、黒い金属酸化物を得ました。

ハチェットはさまざまな方法を試したが、未知の金属酸化物を元素の形にまで還元することには失敗した。彼はこの物質を当時知られていたすべての金属酸化物と注意深く比較しましたが、どれも一致しないことに驚きました。

数え切れないほどの実験と検証を経て、ハチェットはついにこの未知の金属酸化物にまったく新しい元素が含まれていることを確認した。アメリカ大陸を発見したコロンブスを記念して、彼は新しい元素をコロンビウム、略して Cb と名付けました。数年後、西洋の学問が東洋に広まるにつれ、清朝後期の科学者たちはこの金属を「柱」と翻訳しました。

チャールズ・ハッチェット

19 世紀初頭は西洋で科学が大爆発した時代であり、科学者たちは元素の発見を競い合っていました。

ハチェットがコロンビウムを発見した2年後、スウェーデンの化学者エクベリは、フィンランドで採取した鉱石から新しい金属元素を分離したと主張する論文を発表しました。耐腐食性が極めて強いことから、ギリシャ神話の英雄タンタロスにちなんでタンタルと名付けられ、略称は「Ta」、中国語では「タンタル」と訳されています。

科学界は、ハッチェットとエクバーグの論文を比較した結果、コロンビウムとタンタルの特性に驚くべき類似点があることを発見した。これにより、コロンバイトとタンタルが同じ金属であるかどうかをめぐって化学者の間で激しい論争が巻き起こり、大きな意見の相違が生じた。

その後数十年にわたって、コロンビウムやタンタルに似た特性を持つ新しい元素が発見されたという報告があり、それらにはさまざまな新しい名前が付けられました。しかし、その後の慎重な検証の結果、これらのいわゆる「新元素」は最終的にコロンビウムかタンタルのいずれかであることが確認されました。

1844年、ドイツの化学者ロスはボーデンマイス産の鉱石について徹底的な研究を行い、そこから化学的性質が似ている2つの元素を分離することに成功しました。ロス氏は慎重に同定した結果、そのうちの1つは既知の元素であるタンタルであり、もう1つは全く新しい元素であることを確認した。

この発見を記念して、ロスはそれをニオブと名付けました。これは「Nb」と略され、中国語では「ニオブ」と翻訳されます。この名前の語源はタンタロスの娘ニオベの名前に由来しており、この新しい元素が神話のように貴重でユニークであることを意味します。

ニオブ金属

「ニオブ」と「コロンビウム」が同じ元素であるかどうかは、当時は明確に答えられていなかった疑問でした。その後の数十年間、西洋の科学者たちはコロンビウム、タンタル、ニオブの徹底的な探究に没頭するとともに、ニオブ酸化物の還元にも取り組みました。この一連の探究と論争により、当時の科学界は極めて活気づき、さまざまな視点や実験が次々と生まれました。

PART.02 浄化と命名の100年

ロスが新元素ニオブを発見し命名して以来、最初に画期的な成果をあげたのはスイスの科学者マリナックであった。

1866年、マリネック氏は実験を重ね、タンタルとニオブを効果的に分離する「分別結晶法」を発明しました。この方法の具体的な操作手順は、まず、タンタルおよびニオブを含む酸化物をフッ化物と化学反応させてフッ化タンタルおよびフッ化ニオブを得、次に、フッ化タンタルおよびフッ化ニオブをそれぞれフッ化水素に導入して、高密度の元素タンタルおよび低密度の元素ニオブを得るというものである。

マリナックはさらに、元素ニオブを以前に調製したコロンビウムと比較し、物理的特性と化学的特性の両方から詳細な分析を実施しました。彼はそれらが実際には同じ要素であることを知って驚きました。

名前を付ける際、彼は慎重に考えました。タンタルのラテン語名（タンタロス）は神話のゼウスの息子タンタロスに由来していることから、タンタロスの娘ニオベにちなんで、この新しい元素を「ニオブ」と名付ける方が論理的かつ文化的に意味があるだろうと彼は考えた。

マリナックの命名提案はヨーロッパの科学界から支持されたが、アメリカの科学界からは強く反対された。理由は2つあります。1つ目は、「钶」という名前が早くからつけられたため、そのように名付けるのに妥当だったからです。第二に、「钶」は主にコロンブスを記念するためのものでした。アメリカ大陸を初めて発見した人物として、コロンブスはアメリカ人から常に尊敬されてきました。

それぞれの側が独自の意見を持ち、独自の行動をとります。通信や公式文書では、ヨーロッパ人は「ニオブ」の側にしっかりと立っていたが、アメリカ人は「コロンビウム」の側にしっかりと立っていた。

この状況は、1949年に国際純正・応用化学連合（IUPAC）が会議を開き、周期表の41番目の元素の正式名称は「ニオブ」とし、「コロンビウム」は旧称として残すという決定を下すまで、ほぼ1世紀にわたって続きました。この長年の論争はついに終結した。

PART.03 金の形成ポイントは幅広い用途に応用可能

ニオブの発見と命名と同様に、ニオブの応用も比較的長いプロセスを経ました。

ニオブは 20 世紀初頭に白熱電球の製造に初めて登場しましたが、この短命な試みはすぐに、より融点が高く白熱電球の製造に適したタングステンに取って代わられました。 20年以上経った今、ニオブは鋼鉄の強度を高めるという独特の特性により再び人々の注目を集め、鉄鋼業界での幅広い応用が促進されました。 20年以上経った今、タンタル・ニオブ高温合金の応用は大きな進歩を遂げています。

**新世紀に入ってから、ニオブは輝く金色の鍵のように進歩への扉を開きました。 **金属ニオブの耐高温性、耐腐食性、優れた導電性などの物理的および化学的特性がさらに研究されるにつれて、ニオブは航空宇宙、超伝導材料などの多くの分野で広く使用され、世界に想像を絶する価値を生み出しています。

ニオブは工業分野で広く使用されており、 「工業用MSG」として知られています。ニオブとその化合物は、その高い強度、高い融点、耐腐食性などの特性により、鉄鋼、合金、セラミック、電子機器などの多くの分野で重要な役割を果たしています。

鋼に少量のニオブを添加すると、鋼の強度と耐食性が大幅に向上します。この点で最も広く使用されているアプリケーションは自動車です。合金にニオブを加えると、合金の耐高温性が向上します。セラミックスやエレクトロニクスの分野でも、ニオブ化合物はかけがえのない役割を果たしています。

ニオブの添加により自動車部品の性能が向上します。出典: 中国鉱業ネットワーク

さらに驚くべきことは、ある特殊な状況下では、ニオブは「あらゆるものを金に変える」という魔法の効果さえ生み出すことができるということです。超伝導材料や触媒の分野では、ニオブを添加することで材料の性能を大幅に向上させ、一見不可能と思われる技術的なブレークスルーを達成することができます。

例えば、超伝導材料では、ニオブを添加すると超伝導体の臨界温度が上昇し、より高温で超伝導技術を適用できるようになります。触媒の分野では、ニオブ化合物は化学反応を促進し、生産効率を向上させる効率的な触媒として機能します。

今後の科学技術の発展において、150年以上にわたって発見され命名されてきたニオブは、これからもかけがえのない役割を果たし、人類社会の進歩にさらに貢献していくことでしょう。

参考文献:

1. 「微量合金元素としてのニオブの歴史」、2001 年ニオブ国際会議開会演説、ルッツ・マイヤー著

2. 「世界のニオブ資源の探査、開発、投資に関する研究」著者：劉飛、「中国鉱業」2013年、第7号

3. 「ニオブの応用と開発」、著者：王永悦、「寧夏科学技術」第 4 号、1997 年

著者：魏徳勇、広東省深圳作家協会会員