General
el niobio (después de Niobe, la hija del tantalio) es elemento con el símbolo de elemento Nb y el número atómico 41. Es uno de los metales de Transición, En la Tabla periódica se encuentra en el 5º período Y el 5º subgrupo (Grupo 5) o grupo vanadio.,
en el área de la lengua anglosajona es todavía hoy en día muchos metalúrgicos, proveedores de materiales y en Uso privado la designación anticuada largo columbium y la abreviatura CB utilizado.
el metal pesado que rara vez ocurre es de color gris y fácilmente maleable. El niobio se puede extraer de los minerales columbita, coltán (columbita-tantalita) y loparita. Se utiliza principalmente en metalurgia para hacer aceros especiales y mejorar la soldabilidad.
el niobio fue descubierto por Charles Hatchett en 1801., Lo encontró en el mineral de columbita (primer hallazgo en el lecho de un río en Colombia), que había sido enviado a Inglaterra por John Winthrop alrededor de 1700. Hatchett llamó al elemento columbium. Hasta mediados del siglo XIX se suponía que el columbio y el tantalio, descubiertos en 1802, eran el mismo elemento, ya que casi siempre se encuentran juntos en minerales (paragénesis).
no fue hasta 1844 que el profesor de Berlín Heinrich Rose demostró que el niobio y el ácido tántálico son sustancias diferentes., Sin saber sobre el trabajo de Hatchett y su denominación, nombró el elemento redescubierto debido a su similitud con el tántalo en honor a Niobe, la hija de Tántalo.
no fue hasta después de 100 años de debate que la Unión Internacional de Química Pura y aplicada (IUPAC) presentó en 1950 niobio como el nombre oficial del elemento.
en 1864 Christian Wilhelm Blomstrand logró producir niobio metálico reduciendo el cloruro de niobio con hidrógeno en el calor. En 1866, Charles Marignac confirmó el tantalio como un elemento separado.,
en 1907 Werner von Bolton produjo niobio muy puro mediante la reducción de un heptafluoroniobato con sodio.
ocurrencia
el niobio es un elemento raro con una cuota de 1,8 · 10 en la corteza terrestre−3 %. No parece digno. Debido a los radios iónicos similares, el niobio y el tantalio son siempre hermanos. Los minerales más importantes son columbita (Fe, Mn) (NB, Ta) 2O6, que también se conoce como niobita o tantalita dependiendo del contenido de niobio o tantalio, así como pirocloro (NaCaNb2O6F).,
otros minerales en su mayoría raros son:
- Euxenita .
- Olmsteadit (KFe2(NB, Ta) 2 · H2O) y
- Samarskit ((Y, He)43)
los depósitos de niobio en carbonatitas, donde el pirocloro se ha acumulado en los suelos erosionados, son de interés económico. La producción anual en 2006 fue de casi 60.000 t, de las cuales el 90% fue extraída en Brasil. En los últimos años la producción ha aumentado significativamente. El Brasil y el Canadá son los principales productores de concentrados minerales que contienen niobio., Grandes yacimientos de mineral también se encuentran en Nigeria, La República Democrática del Congo y Rusia.
extracción y presentación
dado que el niobio y el tantalio siempre ocurren juntos, los minerales de niobio y tantalio primero se digieren juntos y luego se separan por cristalización fraccionada o solubilidad diferente en disolventes orgánicos. El primer proceso de separación industrial fue desarrollado por Galissard de Marignac en 1866.,
primero, los minerales se exponen a una mezcla de ácido sulfúrico e hidrofluórico concentrado a 50-80 ° C. los fluoruros complejos 2 y 2 que son fácilmente solubles.
las sales dipotásicas de estos fluoruros se pueden formar convirtiéndolos en una fase acuosa y añadiendo fluoruro de potasio. Solo el fluoruro de tantalio es escasamente soluble en agua y precipitados. El fluoruro de niobio fácilmente soluble puede separarse del tantalio. Hoy en día, sin embargo, la separación por extracción con metil isobutil cetona es común., Una tercera posibilidad de separación es por destilación fraccionada de los cloruros NbCl5 y TaCl5. Estos pueden ser producidos por la reacción de minerales, Coque y cloro a altas temperaturas.
el pentóxido de niobio se produce primero a partir del fluoruro de niobio separado reaccionando con oxígeno. Esto se convierte primero en carburo de niobio con carbono y luego se reduce al metal con pentóxido de niobio adicional a 2000 ° C En un vacío u obtenido directamente por aluminotérmicamente., La mayor parte del niobio para la industria siderúrgica se produce de esta manera, con óxido de hierro que se agrega para obtener una aleación de hierro-niobio (60% de niobio). Si se utilizan haluros como material de partida para la reducción, esto se hace con sodio como agente reductor.
Properties
el niobio es un metal pesado dúctil con un brillo gris. Los estados de oxidación -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 son conocidos. Al igual que con el vanadio, que está por encima del niobio en la Tabla periódica, el nivel +5 es el más consistente., El comportamiento químico del niobio es casi idéntico al del tantalio, que está directamente debajo del niobio en la Tabla periódica.
como resultado de la formación de una capa pasiva (capa protectora), el niobio es muy resistente al aire. Por lo tanto, la mayoría de los ácidos no lo atacan a temperatura ambiente. Solo el ácido fluorhídrico, especialmente cuando se mezcla con ácido nítrico y ácido sulfúrico caliente y concentrado, corroe el niobio metálico rápidamente. El niobio también es inestable en álcalis calientes, ya que disuelven la capa pasiva., A temperaturas superiores a 200 ° C comienza a oxidarse en presencia de oxígeno. El procesamiento de soldadura de niobio debe tener lugar en una atmósfera de gas protector debido a su inestabilidad en el aire.
la adición de tungsteno y molibdeno al niobio aumenta su resistencia al calor y el aluminio aumenta su resistencia.
la alta temperatura de transición del niobio de 9,25 K, por debajo de la cual es superconductor, y su capacidad para absorber fácilmente los gases son notables., Un gramo de niobio puede absorber 100 cm3 de hidrógeno a temperatura ambiente, que se utilizaba previamente en la tecnología de tubos de vacío.
Uso
Niobio es una aleación utilizada aditivo para aceros inoxidables, aceros inoxidables especiales (por ejemplo, tubos para la producción de ácido clorhídrico) y aleaciones de metales no ferrosos, como el niobio materiales se caracterizan por aumento de la resistencia mecánica., Incluso en concentraciones de 0,01 a 0,1 por ciento de masa, el niobio en combinación con el laminado termomecánico puede aumentar significativamente la resistencia y la tenacidad del acero. Los primeros intentos de utilizar niobio como elemento de aleación (reemplazo del tungsteno) tuvieron lugar en los EE.UU. en 1925. Los aceros refinados de esta manera se utilizan a menudo en la construcción de tuberías. Como un formador de carburo fuerte, el niobio también se agrega a los consumibles de soldadura para unir el carbono.,
otros usos incluyen:
- aplicación en tecnología nuclear debido a la baja sección transversal de captura para neutrones térmicos.
- Producción de electrodos de soldadura estabilizados con niobio como rellenos de soldadura para aceros inoxidables, aceros inoxidables especiales y aleaciones a base de níquel
- Debido a su color azulado, se utiliza para joyería piercing y fabricación de joyas.
- En el caso de monedas con niobio (monedas bimetálicas), el color del núcleo de niobio puede variar mucho debido a procesos físicos (p.ej., Monedas de 25 euros de Austria).
- cantidades significativas se utilizan como ferroniobio y niobio de níquel en la industria metalúrgica para la producción de superaleaciones (aleaciones a base de níquel, cobalto y hierro). A partir de esto se fabrican piezas estáticas para turbinas de gas estacionarias y voladoras, piezas de cohetes y componentes resistentes al calor para la construcción de hornos.
- El niobio se utiliza como material de ánodo en condensadores electrolíticos de niobio. Un óxido de niobio, óxido de niobio (V), tiene una alta resistencia dieléctrica., Se aplica a la superficie del ánodo de niobio en un llamado proceso de formación y sirve como dieléctrico en este condensador. Los condensadores electrolíticos de niobio compiten con los condensadores electrolíticos de tantalio más populares.
- Son las bombillas de vidrio de las bombillas halógenas afuera con z. B. niobio, parte de la radiación térmica del filamento de tungsteno se refleja hacia el interior. Como resultado, se puede lograr una temperatura de funcionamiento más alta y, por lo tanto, una mayor eficiencia luminosa con un menor consumo de energía.
- como catalizador (p. ej., en la producción de ácido clorhídrico y en la producción de alcoholes a partir de butadieno),
- Como niobato de potasio (compuesto químico de potasio, niobio y oxígeno), que se utiliza como un solo cristal en la tecnología láser y para sistemas ópticos no lineales
- Uso como material de electrodo para lámparas de vapor de sodio de alta presión
- superconductividad: a temperaturas inferiores a 9,5 K, el niobio puro es un superconductor de tipo II., Las aleaciones de niobio (con N, o, Sn, AlGe, Ge) pertenecen a los tres elementos puros niobio, vanadio y tecnecio, así como sustancias de tipo II-superconductores son: las temperaturas de transición de estas aleaciones están entre 18,05 K (niobio estaño, Nb3Sn) y 23,2 K (niobio germanio, Nb3Ge). Los resonadores de cavidad superconductora hechos de niobio se utilizan en aceleradores de partículas (incluyendo XFEL y FLASH en DESY en Hamburgo). Para generar campos magnéticos altos de hasta 20 Tesla, se utilizan imanes superconductores con cables de niobio-estaño y niobio-titanio., Por ejemplo, 600 toneladas de niobio-estaño y 250 toneladas de niobio-titanio se utilizan para el reactor experimental de fusión ITER. Los imanes superconductores del LHC también están hechos de aleaciones de niobio.
instrucciones de seguridad
aunque el niobio se considera no tóxico, el polvo de niobio metálico irrita los ojos y la piel. El polvo de niobio es altamente inflamable.
se desconoce un modo fisiológico de acción del niobio.,>
| isótopos | NH | t1/2 | ZA | ZE (MeV) | ZP |
|---|---|---|---|---|---|
| 91Nb | {Syn.,} | 680 a | ε | 1,253 | 91Zr |
| 92Nb | {Syn.} | 3,47 · 107 a | ε | 2,006 | 92Zr |
| β- | 0,356 | 92Mo | |||
| 93Nb | 100 % | Stable | |||
| 93metaNb | {Syn.} | 16,13 a | IT | 0,031 | 93Nb |
| 94Nb | {Syn.} | 20300 a | β- | 2,045 | 94Mo |
| 95Nb | {Syn.,p>
Danger |
||||
| H and P phrases | H: 250 | ||||
| EUH: no EUH rates | |||||
| P: 222-231-422 | |||||
| Hazardous InformationPowder
Light- (F)
|
|||||
| R and S phrases | R: 11 | ||||
| S: 43 | |||||
