Generale
Niobio (dopo Niobe, figlia di tantalio) è un elemento chimico con l’elemento simbolo Nb e il numero atomico 41. È uno dei metalli di transizione, nella tavola periodica è nel 5 ° periodo e nel 5 ° sottogruppo (gruppo 5) o gruppo di vanadio.,
Nell’area linguistica anglosassone è ancora oggi molti metallurgisti, fornitori di materiali e in uso privato la lunga denominazione obsoleta columbium e l’abbreviazione Cb utilizzati.
Il metallo pesante che si verifica raramente è di colore grigio e facilmente malleabile. Il niobio può essere estratto dai minerali columbite, coltan (columbite-tantalite) e loparite. Viene utilizzato principalmente in metallurgia per produrre acciai speciali e migliorare la saldabilità.
Il niobio fu scoperto da Charles Hatchett nel 1801., Lo trovò nel minerale di columbite (trovato per la prima volta in un letto di fiume in Colombia), che era stato inviato in Inghilterra da John Winthrop intorno al 1700. Hatchett chiamò l’elemento columbium. Fino alla metà del 19 ° secolo si presumeva che il colombio e il tantalio, scoperti nel 1802, fossero lo stesso elemento, poiché quasi sempre si verificano insieme nei minerali (paragenesi).
Fu solo nel 1844 che il professore di Berlino Heinrich Rose dimostrò che il niobio e l’acido tantalico sono sostanze diverse., Non conoscendo il lavoro di Hatchett e la sua denominazione, ha chiamato l ” elemento riscoperto a causa della sua somiglianza con tantalio dopo Niobe, la figlia di Tantalo.
Fu solo dopo 100 anni di dibattito che l’Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata (IUPAC) propose nel 1950 il niobio come nome ufficiale dell’elemento.
Nel 1864 Christian Wilhelm Blomstrand riuscì a produrre niobio metallico riducendo il cloruro di niobio con idrogeno nel calore. Nel 1866, Charles Marignac confermò il tantalio come elemento separato.,
Nel 1907 Werner von Bolton produsse niobio molto puro riducendo un eptafluoroniobato con sodio.
occorrenza
Il niobio è un elemento raro con una quota di 1,8 · 10 nella crosta terrestre−3 %. Non sembra dignitoso. A causa dei raggi ionici simili, niobio e tantalio sono sempre fratelli. I minerali più importanti sono la columbite (Fe, Mn) (Nb, Ta)2O6, che è anche conosciuta come niobite o tantalite a seconda del contenuto di niobio o tantalio, così come il pirocloro (NaCaNb2O6F).,
Altri minerali per lo più rari sono:
- Euxenite .
- Olmsteadit (KFe2 (Nb, Ta) 2 · H2O) e
- Samarskit ((Y, He)43)
I depositi di niobio nelle carbonatiti, dove il pirocloro si è accumulato nei terreni alterati, sono di interesse economico. La produzione annuale nel 2006 è stata di quasi 60.000 t, il 90% delle quali è stato estratto in Brasile. Negli ultimi anni la produzione è aumentata in modo significativo. Brasile e Canada sono i principali produttori di concentrati minerali contenenti niobio., Grandi giacimenti di minerali si trovano anche in Nigeria, nella Repubblica Democratica del Congo e in Russia.
Estrazione e presentazione
Poiché niobio e tantalio si verificano sempre insieme, i minerali di niobio e tantalio vengono prima digeriti insieme e poi separati mediante cristallizzazione frazionata o diversa solubilità in solventi organici. Il primo processo di separazione industriale fu sviluppato da Galissard de Marignac nel 1866.,
In primo luogo, i minerali sono esposti ad una miscela di acido solforico e fluoridrico concentrato a 50-80 ° C. I fluoruri complessi 2− e 2−che sono facilmente solubili.
I sali dipotassici di questi fluoruri possono essere formati convertendoli in una fase acquosa e aggiungendo fluoruro di potassio. Solo il fluoruro di tantalio è scarsamente solubile in acqua e precipita. Il fluoruro di niobio facilmente solubile può quindi essere separato dal tantalio. Al giorno d’oggi, tuttavia, la separazione per estrazione con metil isobutilchetone è comune., Una terza possibilità di separazione è per distillazione frazionata dei cloruri NbCl5 e TaCl5. Questi possono essere prodotti facendo reagire minerali, coke e cloro ad alte temperature.
Il pentossido di niobio viene prodotto per la prima volta dal fluoruro di niobio separato reagendo con l’ossigeno. Questo viene prima convertito in carburo di niobio con carbonio e poi ridotto al metallo con ulteriore pentossido di niobio a 2000 ° C nel vuoto o ottenuto direttamente per alluminotermico., La maggior parte del niobio per l’industria siderurgica viene prodotto in questo modo, con l’aggiunta di ossido di ferro per ottenere una lega di ferro-niobio (60% di niobio). Se gli alogenuri vengono utilizzati come materiale di partenza per la riduzione, questo viene fatto con il sodio come agente riducente.
Proprietà
Il niobio è un metallo pesante duttile con una lucentezza grigia. Gli stati di ossidazione -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 sono noti. Come con il vanadio, che è sopra il niobio nella tavola periodica, il livello +5 è il più coerente., Il comportamento chimico del niobio è quasi identico a quello del tantalio, che è direttamente sotto il niobio nella tavola periodica.
Come risultato della formazione di uno strato passivo (strato protettivo), il niobio è molto resistente all’aria. La maggior parte degli acidi quindi non lo attacca a temperatura ambiente. Solo l’acido fluoridrico, specialmente se miscelato con acido nitrico e acido solforico caldo e concentrato, corrode rapidamente il niobio metallico. Il niobio è anche instabile negli alcali caldi, poiché dissolvono lo strato passivo., A temperature superiori a 200 ° C inizia a ossidarsi in presenza di ossigeno. La lavorazione della saldatura del niobio deve avvenire in un’atmosfera di gas protettivo a causa della sua instabilità nell’aria.
L’aggiunta di tungsteno e molibdeno al niobio aumenta la sua resistenza al calore e l’alluminio aumenta la sua resistenza.
L’elevata temperatura di transizione del niobio di 9,25 K, al di sotto della quale è superconduttore, e la sua capacità di assorbire facilmente i gas sono notevoli., Un grammo di niobio può assorbire 100 cm3 di idrogeno a temperatura ambiente, precedentemente utilizzato nella tecnologia dei tubi a vuoto.
Uso
Il niobio è usato come additivo per leghe per acciai inossidabili, acciai inossidabili speciali (ad esempio tubi per la produzione di acido cloridrico) e leghe non ferrose, come materiali legati al niobio sono caratterizzati da una maggiore resistenza meccanica., Anche in concentrazioni da 0,01 a 0,1% di massa, il niobio in combinazione con il rotolamento termomeccanico può aumentare significativamente la resistenza e la tenacità dell’acciaio. I primi tentativi di utilizzare il niobio come elemento di lega (sostituzione del tungsteno) ebbero luogo negli Stati Uniti nel 1925. Gli acciai raffinati in questo modo sono spesso utilizzati nella costruzione di condotte. Come un forte ex carburo, niobio è anche aggiunto ai materiali di consumo di saldatura per legare carbonio.,
Altri usi includono:
- Applicazione nella tecnologia nucleare a causa della bassa sezione di cattura per i neutroni termici.
- Produzione di elettrodi per saldatura stabilizzati al niobio come riempitivi di saldatura per acciai inossidabili, acciai inossidabili speciali e leghe a base di nichel
- A causa del suo colore bluastro, viene utilizzato per piercing gioielli e gioielli.
- Nel caso di monete con niobio (monete bimetalliche), il colore del nucleo del niobio può variare notevolmente a causa di processi fisici (ad es., monete da 25 euro dall’Austria).
- Quantità significative sono utilizzate come ferroniobio e niobio di nichel nell’industria metallurgica per la produzione di superleghe (leghe a base di nichel, cobalto e ferro). Parti statiche per turbine a gas stazionarie e volanti, parti di razzi e componenti resistenti al calore per la costruzione di forni sono fabbricati da questo.
- Il niobio è usato come materiale anodico nei condensatori elettrolitici al niobio. Un ossido di niobio, ossido di niobio (V), ha un’elevata rigidità dielettrica., Viene applicato alla superficie dell’anodo di niobio in un cosiddetto processo di formatura e funge da dielettrico in questo condensatore. I condensatori elettrolitici al niobio competono con i più popolari condensatori elettrolitici al tantalio.
- Sono le lampadine di vetro delle lampadine alogene all’esterno con z. B. niobio, parte della radiazione termica del filamento di tungsteno viene riflessa all’interno. Di conseguenza, una temperatura di esercizio più elevata e quindi una maggiore efficienza luminosa possono essere raggiunti con un minor consumo di energia.
- Come catalizzatore (ad es., nella produzione di acido cloridrico e nella produzione di alcoli da butadiene),
- Come potassio niobato (composto chimico di potassio, niobio e ossigeno), che viene utilizzato come un singolo cristallo nella tecnologia laser e di sistemi ottici non lineari
- Utilizzare come materiale dell’elettrodo di sodio ad alta pressione lampade a vapori
- Superconduttività: a temperature inferiori A 9,5 K, puro niobio è un superconduttore di tipo II., Leghe di niobio (con N, O, Sn, AlGe, Ge) appartengono ai tre elementi puri niobio, vanadio e tecnezio così come sostanze di tipo II-superconduttori sono: Le temperature di transizione di queste leghe sono tra 18,05 K (niobio stagno, Nb3Sn) e 23,2 K (niobio germanio, Nb3Ge). I risonatori a cavità superconduttori a base di niobio sono utilizzati negli acceleratori di particelle (tra cui XFEL e FLASH a DESY ad Amburgo). Per generare campi magnetici elevati fino a circa 20 Tesla, vengono utilizzati magneti superconduttori con fili in niobio-stagno e niobio-titanio., Ad esempio, 600 tonnellate di niobio-stagno e 250 tonnellate di niobio-titanio vengono utilizzate per il reattore sperimentale a fusione ITER. Anche i magneti superconduttori dell’LHC sono fatti di leghe di niobio.
istruzioni di sicurezza
Sebbene il niobio sia considerato non tossico, la polvere di niobio metallico irrita gli occhi e la pelle. La polvere di niobio è facilmente infiammabile.
Una modalità fisiologica di azione del niobio è sconosciuta.,>
| isotopo | 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 | |||||
